• Composites Research
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• 제33권5호
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• pp.262-267
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• 2020

고속 가공과 저중량 설계에 대한 수요가 증가함에 따라, 공작기계 주축의 진동 발생 가능성이 증가하고 있다. 또한 초정밀 가공에서 주축의 진동은 공작물 표면 형상에 큰 영향을 끼치게 된다. 다양한 가공 공정의 가공 정밀도를 향상시키기 위해, 공작기계 주축 진동 문제를 해결하여야 한다. 이 논문에서, 공작기계 주축의 진동 억제를 위해 TiC-SKH51 금속 기지 복합재가 사용되었다. TiC-SKH51 복합재의 동적 특성을 확인하기 위해 충격 망치 시험을 수행하였다. FEA의 모드 분석 결과와 충격 망치 시험 결과를 비교하여 FEA의 신뢰성을 확인한 후, 공작기계 주축 모델의 해석이 실행되었다. FEA 결과로부터 진동 발생 억제를 위해 TiC-SKH51 복합재를 적용한 공작기계 주축이 사용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제12권3호
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• pp.24-30
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• 2008

본 본문에서는 유한요소법과 다구찌의 최적설계법을 사용하여 헬멧의 모체 구조물에 대한 응력과 변형률 특성을 소재의 특성치, 헬멧의 두께, 보강뼈대의 수량과 두께의 함수로 각각 해석하였다. 소방관과 가스 작업자의 안전성 확보를 위해 필요한 헬멧에 대한 최적화 설계연구는 외부에서 작용하는 충격력에 대한 강도안전성을 높이고, 충격에너지 흡수력을 강화시킬 수 있는 데이터를 제공하기 때문에 대단히 중요하다. 따라서 헬멧 모체 구조물의 균일한 두께는 헬멧 모체의 중량을 감축하고 변형률 에너지를 높여 준다는 측면에서 줄여야 하지만, 헬멧의 보강뼈대의 수량과 두께는 헬멧의 충격강도를 높여준다는 측면에서 늘려주는 최적화 설계가 추진되어야 헬멧의 안전성은 확보된다는 해석결과를 제시하였다.

• 실천공학교육논문지
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• 제13권2호
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• pp.327-332
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• 2021

교육용으로 사용되는 피삭재(소재)는 SM20C, Al6061, 아크릴 등의 소재를 사용한다. SM20C 소재는 탄소강으로서 자격증 시험 및 기능경기대회에서 많이 사용되지만 산업현장에서도 많이 사용된다. Al6061 소재는 탄소강에 비하여 경도가 낮아지고 전성(연성)이 강한 소재이기에 공구의 구성인선이 많이 발생하는 소재 라고 한다. 아크릴 소재를 이용하여 학생들에게 실습지도 하면 어느 부분에서 과다 절삭으로 인하여 진동이 발생하고 공구의 파손이 발생하는 소재이다. 이러한 과정에서 5축장비인 2NC헤드에게 가해지는 충격이 정밀도 제어에는 어느정도 영향을 줄 수 있는지 알아본다. 5축장비의 가장 취약한 부분은 AC축을 제어하는 헤드가 가장 약한 부분이라 할 수 있다. 이 부분의 정밀도 및 누적 공차가 발생할 경우 모든 제품의 정밀도가 떨어지는 현상이 발생한다. 따라서 2NC헤드의 핵심적인 부분, 스핀들 하우징은 Al7075 T6(미국 알코아사) 소재를 사용하고 전체 바디는 FCD450 (구상흑연주철) 사용하여 진행하였다. 이 두가지 소재에서 작용되는 진동 및 절삭 과정에서 힘을 극한조건에서 유한요소 해석으로 적용되는 값을 밝혀 내고자 해석을 진행하였다. 이러한 해석 데이터를 활용하여 학생들이 5축절삭 보다 5축 가공기의 구조를 보고 이해하는데 도움이 되기를 기대한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.383-390
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• 2020

유연한 지반에 놓인 액체저장탱크의 지진 거동은 유체-구조물-지반 상호작용에 의해 복잡하게 나타나므로, 이 시스템의 지진응답과 피해를 정확하게 예측하기 위해서는 이를 엄밀히 고려하여야 한다. 이 연구에서는 유체-구조물-지반 상호작용을 엄밀히 고려하여 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 수행하고 그 응답 특성을 분석하고자 한다. 이를 위해 지진하중 작용 시 발생하는 유체의 동수압력 및 지반과 구조물 간의 상호작용력을 유한요소 기법을 사용하여 산정한다. 이때, 반무한 지반에서의 에너지 방사를 고려하기 위해 mid-point integrated finite element와 점성 감쇠기를 사용하여 지반 원역의 거동을 모사한다. 이와 같이 산정된 동수압력과 지반-구조물 상호작용력을 구조물의 유한요소에 작용시킨다. 자유장 해석을 통하여 입사 지진파에 의한 유효 지진력을 산정한다. 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 통하여 지반-구조물 상호작용의 효과로 인해 시스템 응답의 변화가 다양하게 나타남을 확인할 수 있다. 그러므로, 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 내진설계를 수행하거나 내진성능을 검토할 때는 유체-구조물-지반 상호작용을 엄밀히 고려하여야 할 것이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.211-222
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• 2011

본 논문에서는 고준위폐기물 처분장에서 처분용기를 취급할 때 발생할 수 있는 운송차량에서 처분용기의 추락낙하 사고시 지면에 충돌할 때 지면으로부터 받는 충격력에 대하여 직경이 102cm인 가압경수로(PWR)용 처분용기에 대한 구조해석을 수행하여 처분용기의 구조적 안정성을 평가하였다. 이를 위하여 처분용기가 추락낙하하여 지면과 충돌 시에 처분용기가 받는 충격력을 구하기 위한 기구동역학해석을 상용 CAE 시스템인 RecurDyn을 이용하여 수행하였으며, 이와 같이 구한 충격력에 대하여 상용 유한요소해석 코드인 NISA를 이용하여 처분용기의 비선형구조해석을 수행하여 처분용기 내에 발생하는 응력 및 변형을 구하였다. 이를 바탕으로 처분용기가 처분장에서 취급 시 부주의로 운송차량에서 추락낙하 하는 경우 처분용기의 구조적 안전성을 평가하였다. 처분용기를 강체로 가정하고 기구동역학해석을 수행한 결과 처분용기는 지면과 두 가지 유형으로 충돌함을 알 수 있었고, 충돌 초기 지면으로부터 받는 충격력이 가장 크고 그 이 후 충돌 시에는 충격력이 점차로 감소함을 알 수 있었다. 안정적인 구조안전성 평가결과를 얻기 위하여 처분장에서 차량 운송 시 추락낙하 사고에서의 운송차량의 높이는 충분히 높은 5m로 가정하였다. 충격력에 대한 비선형구조해석은 추락낙하하여 가장 큰 값인 충돌 초기의 충격력의 크기를 가지고 비선형구조해석을 수행하였다. 해석결과 이송 중인 차량에서 추락낙하하는 경우 처분용기의 내부 주철삽입물에 주철의 항복응력보다 더 큰 응력이 발생하였으며, 이는 처분용기에 항복이 발생하여 경수로 처분용기의 구조적 안전성이 확보되지 못함을 보여주고 있다.

• 전산구조공학
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• 제10권3호
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• pp.167-174
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• 1997

계가 혼돈거동을 나타낼 경우에는 변수들의 미소변화에 의해서도 계가 전혀 다른 거동을 나타낼 수 있기 때문에 비선형계의 설계 및 해석시에는 이를 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 구형 쉘의 중앙에 충격하중이 수직방향으로 작용하는 경우, 쉘의 기하학적 비선형성과 재료적 비선형성으로부터 기인되는 혼돈거동을 해석하였다. 쉘의 탄소성거동을 유한요소법을 이용하여 구한 후 계의 거동을 변위-시간이력, 프앙카레 맵, phase diagram등의 표준적인 방법들을 이용하여 쉘의 혼돈거동을 규명하였다. 해석결과, 계는 혼돈거동을 나타내었으나 탄소성보의 경우와는 달리 초기조건의 미소변화에 대한 극도의 민감도는 나타나지 않았으며 시간에 대한 쉘의 거동특성도 크게 변하지 않았다. 프앙카레 맵은 한정된 영역에 결쳐서 점들이 분포되었기 때문에 계의 거동이 혼돈거동임을 보여 주고 있지만 혼돈계의 프앙카레 맵에서 나타나는 기하학적 구조는 나타나지 않았다. 에너지선도를 이용하여 쉘이 하중의 작용방향 또는 반대방향으로 불규칙적으로 snap-through되는 원인을 규명하였다.

• 한국가스학회지
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• 제17권5호
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• pp.37-41
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• 2013

본 연구에서는 안전모 쉘 구조물의 정상부에 돌출부를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대해, 안전모의 두께를 변수로 응력과 변위거동 안전성을 유한요소법으로 해석하였다. 안전모는 오랫동안 착용해도 안전성을 높여주고, 충격에너지를 흡수하여 착용상의 불편함을 줄여주며, 머리와 목 부분을 보호할 수 있어야 한다. 응력해석결과에 의하면, 4,540N의 충격력이 안전모의 정상부 표면에 가해졌을 때 기존의 안전모에서는 3.7mm, 수정된 새로운 안전모에서는 3.2mm의 두께를 확보해야 안전하다는 것을 보여주고 있다. 변형거동 해석에 기초한 FEM 해석결과에 의하면, 기존의 안전모에서는 3.2mm, 수정된 새로운 안전모에서는 2.0mm의 두께를 유지해야 안전한 것으로 나타났다. 따라서, 안전모를 안전하게 설계하기 위해서는 안전모의 정상부에 돌출 구조물을 설치하는 것이 좀 더 안전하다할 수 있다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.57-65
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• 2022

본 연구에서는 폭약과 발파공 사이의 충전매질을 통한 충격파 전파 효과를 수치적으로 시뮬레이션하고 검증하였다. 고체(Lagrangian)와 유체(Eulerian)를 혼합 모델링하기 위해 Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) 방법을 선택하였다. 시간의존적 해석은 발파공정 시간 동안 수행되었다. 폭약과 매질(공기 또는 물)을 유한 요소망으로 모델링하였고, 발파공은 시작점(폭약)에서 발파공벽에 도달하는 전파 속도와 충격력을 결정할 수 있는 강체로 가정하였다. 해석결과에 따르면 물의 전파속도와 충격력은 공기의 경우보다 컸다. 추가로 발파 작업의 실제 현장을 모델링하고 시뮬레이션하였다. 암석은 탄소성체로 가정하였다. 해석결과에 따르면 충전매질이 물인 경우 순간 충격력이 더 크고, 파쇄블록 크기는 더 작은 것으로 나타났다. 반면 발파공배면에서의 충격량은 물인 경우에 더 작았는데, 이는 파쇄에 충격에너지가 상당부분 사용되고, 파쇄로 인한 감쇠 효과에 의해 주변의 고체를 통한 압력 전파는 공기보다 작아지기 때문이다. 이로써 충전매질로서 물이 공기보다 경제성이 더 높다는 것이 입증되었다.

• 한국기계가공학회지
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• 제17권3호
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• pp.109-119
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• 2018

The purpose of this study is to evaluate the structural safety of the front-end loader for the 90 kW class of agricultural tractors in impact test conditions. Deformation and stress on the loader under the impact test conditions are analyzed using the commercial finite element analysis software ANSYS. In previous research dealing with the initial design of the loader, the maximum stress occurred in the mount and exceeded the yield strength of the material. In this paper, an improved design of the mount of the loader was proposed to reduce the stress concentration in the initial design. The safety of the improved design was verified by performing rigid-body dynamics analysis, transient structural analysis, and static structural analysis under three impact test conditions: a drop and catch test, a corner pull test, a corner push test. It was found that the local stress concentration in the mount that appeared in the initial design was greatly reduced in the improved design, and that the maximum stresses occurred in the three impact test conditions are smaller than the yield strength. It is expected that the design improvement of the mount proposed in this study and the method of analysis may be effectively used to enhance structural safety in the development of new model front loaders in the future.

• 한국압력기기공학회 논문집
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• 제14권1호
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• pp.38-47
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• 2018

For safe operation of nuclear power plants, a loose-part monitoring system (LPMS) is used to detect and locate loose-parts within the reactor coolant system, and to estimate their mass and damage potential. There are several methods to estimate mass, such as the center frequency method based on the Hertz's impact theory, a frequency ratio method and so on, but it is known that these methods cannot provide accurate information on impact response for identifying the impact source. Thanks to increasing computing power, finite element analysis (FEA) method recently become an available option to calculate reliably impact response behavior. In this paper, a finite element analysis model to simulate the propagation behavior of the bending wave, generated by a metal ball impact, is validated by performing a series of impact tests and the corresponding finite element analyses for flat plate and shell structures. Also, a FEA-based metal sphere signal map is developed, and then blind tests are performed to verify the map. This study provides an accurate simulation method for predicting the metal impact behavior and for building a metal sphere signal map, which can be used to estimate the mass of loose-parts on site in nuclear power plants.