• Structural Engineering and Mechanics
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• 제86권4호
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• pp.519-533
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• 2023

This work focuses on the dynamic analysis of thermal barrier coated straight and curved turbine blades modelled as functionally graded sandwich panel under thermal environment. The pre- twisted straight/curved blade model is considered to be fixed to the hub and, the complete assembly of the hub and blade are assumed to be rotating. The functionally graded sandwich composite blade is comprised of functionally graded face-sheet material and metal alloy core. The constituents' material properties are assumed to be temperature-dependent, however, the overall properties are evaluated using Voigt's micromechanical scheme in conjunction with the modified power-law functions. The blade model kinematics is based on the equivalent single-layer shear deformation theory. The equations of motion are derived using the extended Hamilton's principle by including the effect of centrifugal forces, and further solved via 2D- isoparametric finite element approximations. The mesh refinement and validation tests are performed to illustrate the stability and accurateness of the present model. In addition, frequency characteristics of the pre-twisted rotating sandwich blades are computed under thermal environment at various sets of parametric conditions such as twist angles, thickness ratios, aspect ratios, layer thickness ratios, volume fractions, rotational velocity and blade curvatures which can be further useful for designing the blade type structures under turbine operating conditions.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.390-399
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• 2012

본 연구에서는 지속적인 담수유입이 존재하고 S자의 수로형태를 가진 경기만 석모수로에서 소조기 홍수시 13시간 동안 7개의 정선에서 단면유속 및 염분을 관측하였다. 각 단면의 최강 창조와 낙조시의 유속 크기와 방향을 파악하였고, 단면 내의 유속 분포 및 염분구조를 분석하였다. 또한 정선 별로 나타나는 횡 방향 흐름이 어떠한 운동량에 의해 지배되는지 파악하고자 횡 방향의 운동량 분석을 수행하였다. 운동량 분석에서는 석모수로의 S자 형태의 영향을 고려하기 위해서 원심력을 고려하였다. 분석 결과 소조기 홍수시 석모수로는 횡 방향 압력 경도력과 수직적 마찰력이 가장 우세하기 때문에 염분 분포와 성층에 의한 흐름이 주로 나타났다. 수로의 특성은 크게 북단과 남단으로 나누어 볼 수 있는데 상대적으로 조간대가 넓게 형성되고 담수의 영향이 큰 석모수로 북단의 4개 정선중에서 수심이 깊은 정선에서는 횡 방향 압력 경도력이 우세하지만 수직적으로 크기가 다르며, 수심이 낮은 정선에서는 수직 마찰항이 우세하였다. 이와는 달리 수심이 깊고 수로의 굴곡이 심한 석모수로 남단에서는 낙조시 지형학적 원인과 담수의 영향에 따라 이류 가속항과 원심력이 강해지게 된다. 이와 같은 결과를 종합할 때, 석모수로는 위치와 수심, 수로의 굴곡 등에 따라 운동량 분포가 각기 달리 나타나며 이러한 영향으로 인해 횡 방향 흐름 특성이 발생했음을 알 수 있다.

• 에너지공학
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• 제8권2호
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• pp.325-332
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• 1999

회전 히트파이프가 작동할 때 응축 액막은 중력과 원심력에 의해 관 내벽을 따라 응축부에서 증발부로 이송된다. 회전 히트파이프의 성능은 응축 액막의 두께와 응축 액막 유동율에 의해 좌우된다. 따라서 기존의 많은 연구자들은 회전 히트파이프의 성능을 향상시키기 위하여 테이퍼, 계단식 벽면, 코일 삽입등 관 내부의 형상에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 회전 히트파이프의 새로운 관 내벽 형상으로써 응축부에 축 방향으로 사각 그루브(groove)를 갖는 구조이다. 히트파이프가 회전하면 원심력에 의해 응축 액막이 그루브로 유동하며 따라서 응축부의 전체적인 액막 두께를 감소시킬 수 있다. 실험 결과 그루브에 의한 액막 유동 효과로써 열전달 계수가 향상되었다. 또한 응축 액막 유동 해석 결과는 본 실험치와 정량적으로 다소 차이를 나타내었으나 회전수 및 열속 변화에 대하여 정성적으로 유사한 경향을 나타내었다.

• 한국재료학회지
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• 제23권9호
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• pp.483-488
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• 2013

Over the past few decades, high-nitrogen austenitic steels have steadily received greater attention since they provide a unique combination of high strength and ductility, good corrosion resistance, and non-magnetic properties. Recently, highnitrogen 18Mn-18Cr austenitic steels with enhanced strength have been developed and widely used for generator retaining rings in order to prevent the copper wiring from being displaced by the centrifugal forces occurring during high-speed rotation. The high-nitrogen austenitic steels for generator retaining ring should be expanded at room temperature and then stress relief annealed at around $400^{\circ}C$ to achieve the required mechanical properties. In this study, four kinds of high-nitrogen 18Mn-18Cr austenitic steels with different nitrogen content were fabricated by using a pressurized vacuum induction melting furnace, and then the effects of nitrogen content, cold working, and stress relieving on tensile properties were investigated. The yield and tensile strengths increased proportionally with increasing nitrogen content and cold working, and they further increased after stress relieving treatment. Based on these results, a semi-empirical equation was proposed to predict the tensile strength of highnitrogen 18Mn-18Cr austenitic steels for generator retaining rings. It will be a useful for the effective fabrication of high-nitrogen 18Mn-18Cr austenitic steels for generator retaining rings with the required tensile properties.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권12호
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• pp.3533-3539
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• 2009

에어컨 임펠러는 에어컨에 장착되어지는 부품으로서 모터 구동에 의하여 차가운 바람을 실내로 유입되도록 해주는 부분이다. 본 연구에서는 임펠러의 파손 원인을 수치적인 방법에 의하여 규명하고, 공진에 의한 파손 여부를 평가한다. 임펠러의 공진 여부를 판단하기 위하여 임펠러의 고유진동수와 Aerodynamic force에 의한 특성 주파수를 비교한다. 먼저, 임펠러의 고유진동수를 알기 위하여 모드 실험과 수치 계산을 병행한다. 즉, 구조 해석용 상용 소프트웨어인 ANSYS를 이용하여 고유진동수와 모드 형을 계산하고, 이를 확인하기 위하여 실험적 주파수 분석을 수행한다. 공진 현상의 원인이 되는 외력에 대하여 임펠러 Blade에 작용하는 Aerodynamic force를 구하여야 하며, 본 연구에서는 V.E.M.(Vortex Element Method)에 근거한 유동 해석 프로그램을 수행하여 Aerodynamic force에 의한 특성 주파수를 얻는다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권8호
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• pp.103-111
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• 2002

열하중과 원심력을 고려한 발전용 터빈 블레이드의 정상 상태 크리프 해석을 수행하였다. 3차원 터빈 블레이드 유한 요소 모델에 대하여 크리프 변형률과 응력을 계산하고 수치적 방법에 의해 크리프 수명을 예측하였다. 약 200시간 정도의 크리프 해석 결과 GTD111 터빈 블레이드는 아직 파손 응력에 도달하지 않았으며, 크리프 응력은 시간이 경과함에 따라 점차 이완되고 있다. 터빈 블레이드의 최대 크리프 변형률은 익형의 압력면 끝단에서 발생하며 수치적 방법에 의해 약 50,000 시간 이후에 파손 변형률에 도달할 것이다. 따라서 현재 터빈의 기동 중 블레이드는 크리프에 의한 손상을 입지 않는다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제4권3호
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• pp.7-13
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• 2001

The present study investigates convective heat/mass transfer and flow characteristics inside a cooling passage of rotating gas-turbine blades. The rotating duct has staggered ribs with $70^{\circ}$ attack angle, which are attached on leading and trailing surfaces. Naphthalene sublimation technique is employed to determine detailed local heat transfer coefficients using the heat and mass transfer analogy. Additional numerical calculations are conducted to analyze the flow patterns in the cooling passage. The present experiments employ two-surface heating conditions in the rotating duct because the exposed surfaces to hot gas stream are pressure and suction side surfaces in the middle passages of an actual gas-turbine blade. Secondary flows are generated by Coriolis and centrifugal forces in the spanwise and streamwise directions. The ribs attached on the walls disturb the mainflow resulting in recirculation and secondary flows near the ribbed wall. The local heat transfer and flow patterns in the passage are changed significantly according to rib configurations and duct rotation speeds. Therefore, the geometry and arrangement of the ribs are important for the advantageous cooling performance. The experimental results show that the ribs enhance the heat transfer more than $70\%$ from that of the smooth duct. The duct rotation generates the heat transfer discrepancy between the leading and trailing walls due to the secondary flows induced by the Coriolis force. The overal heat transfer pattern on the leading and trailing walls for the first and second passes are depended on the rotating speed, but the local heat transfer trend is affected mainly by the rib arrangements.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제29회 추계학술대회논문집
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• pp.354-358
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• 2007

초소형 터보제트엔진에 적용되는 슬링거 인젝터 시스템의 분무특성을 파악하기 위한 연구를 수행 하였다. 이 연료 분사시스템은 엔진의 회전축으로부터 발생된 원심력에 의하여 연료가 연소기 내부로 공급되고, 액체연료의 미립화를 초래한다. 시험장치는 고속으로 회전하는 Spindle, 슬링거 인젝터, 가압식 물탱크, 아크릴 케이스로 구성하였다. 분무입자의 크기 및 속도를 측정하기 위해 PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) 시스템을 사용하였고, Nd-Yag Laser를 광원으로 사용하여 분무를 가시화 하였다. 시험결과 SMD(Sauter Mean Diameter)는 회전수, 유량, Injection Orifice 수에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 이러한 실험적 연구로부터 이 시스템의 분무특성을 이해할 수 있었고, 초소형 터보제트엔진에 적합한 슬링거 인젝터의 형성을 도출할 수 있었다.

• Biomaterials and Biomechanics in Bioengineering
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• 제1권2호
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• pp.81-93
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• 2014

An in vitro cell study evaluating cell adhesion to hydroxyapatite (HA) coated prosthetic Ti-6Al-4V alloy via laser treatment is presented in comparison with uncoated alloy. Based on our previous in vitro biocompatibility study, which demonstrated higher cell attachment and proliferation with MC3T3-E1 preosteoblast cells, the present investigation aims to reveal the effect of laser coating Ti alloy with HA on the adhesion strength of bone-forming cells against centrifugal forces. Remaining cells on different substrates after centrifugation were visualized using fluorescent staining. Semi-quantifications on the numbers of cells were conducted based on fluorescent images, which demonstrated higher numbers of cells retained on HA laser treated substrates post centrifugation. The results indicate potential increase in the normalized maximum force required to displace cells from HA coated surfaces versus uncoated control surface. The possible mechanisms that govern the enhancing effect were discussed, including surface roughness, chemistry, wettability, and protein adsorption. The improvement in cell adhesion through laser treatment with a biomimetic coating could be useful in reducing tissue damage at the prosthetic to bone junction and minimizing the loosening of prosthetics over time.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권10호
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• pp.60-65
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• 2003

회전분무시스템을 적용한 가스터빈연소기의 점화특성을 연구하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 연료분사는 연료를 회전연료노즐의 내측에 공급한 후, 고속모터로 회전하는 연료노즐에서 발생하는 원심력을 이용하여 분사되는 방식을 이용하였다. 실물크기의 연소기 및 시험리그를 제작하여 한국항공우주연구원의 연소시험설비를 이용하여 대기압 조건에서 연소시험을 수행하였다. 시험결과 이 연소기의 점화성능은 연료노즐의 회전속도를 증가하거나 감속할 경우 연소가스의 온도가 급격하게 변화되는 특성이 있음을 알 수 있었다.