• 대한기계학회논문집A
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• 제39권11호
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• pp.1183-1189
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• 2015

본 연구는 풍력발전기용 동력 전달부품의 테이퍼 연결장치 설계에 관한 것이다. 요구되는 전달토크의 크기, 동력을 전달하는 축의 직경, 테이퍼 링의 접촉면적 그리고 압축 면압을 부과하기 위한 볼트의 체결력 등이 테이퍼 연결장치 설계의 주요 변수이다. 테이퍼 연결의 계산은 축대칭 평면 변형률 조건의 복합링 구조로 가정하여 응력과 변형량을 계산 하였다. 축에 작용하는 면압은 요구 전달동력을 이용하여 계산하였고, 보강링에 작용하는 면압은 축과 허브의 변형량 일치 조건을 이용하여 계산하는 방법을 제안하였다. 복합링의 수식으로 구한 반경방향의 변형량으로 테이퍼 각도를 고려한 축방향 습동거리를 계산하였다. 수식으로 구한 응력과 상대습동거리의 타당성을 검증하기 위하여 유한요소해석을 수행하였으며 축방향의 하중이 발생하는 테이퍼면에서 원주방향의 응력이 최대 10% 수준의 오차를 보이고 있으나 그 외 응력분포와 상대습동거리는 수식적인 방법과 해석적인 방법이 일치함을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권10호
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• pp.853-862
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• 2018

본 연구에서는 적응적 분할격자기반 2차원 침수해석모형 K-Flood를 개발하였다. 분할격자기법은 흐름 특성을 기반으로 격자를 분할하여 흐름영역과 비흐름영역으로 구분하는 격자생성기법이며, 분할격자기법과 격자세분화기법을 동시에 활용하면 매우 적은 수의 격자로 복잡한 형상의 흐름영역을 표현할 수 있어 효율적인 모의가 가능하다. 특히 최근 도시홍수에 대해 매우 정밀한 해상도의 자료와 격자를 이용하여 보다 정확한 침수해석 또는 예보를 하고자 하는 시도가 늘어나고 있으며, K-Flood는 이러한 복잡한 흐름영역의 계산 시 적응적 분할격자를 활용하여 효율적인 격자생성이 가능하다. 공간 및 시간에 대해 2차 정확도의 유한체적 수치해법이 적용되었다. K-Flood의 검증을 위해 2차원 침수해석모형의 검증에 널리 사용되고 있는 1) 원형 실린더에 의한 충격파 반사 모의, 2) 도시홍수실험 모의, 3) Malpasset 댐붕괴 모의를 수행하였다. 모든 모의에서 관측자료 및 과거의 모의결과와 비교하여 성공적으로 K-Flood의 성능을 검증하였다.

• 한국기계가공학회지
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• 제18권8호
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• pp.67-73
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• 2019

An ultra-high pressure treatment device is a device used for increasing the shelf life of food by sterilizing it by applying hydrostatic pressure to solid or liquid food. The ultrahigh pressure treatment system developed in this study is a pressure vessel with a processing capacity of 100 L and a maximum pressure of 700 MPa. Pressure vessels for ultrahigh-pressure processing equipment are manufactured using wire-winding techniques. The design formula for making ultra-high pressure vessels with wire windings is given in ASME Section VIII - Division 3. In this study, the ratio of the cylinder to the winding area that can be applied in a wire-winding application was analyzed using a finite element analysis. Furthermore, the relationship between the variation of the residual stress in the vessel and the ratio of the winding area due to the variation of the winding tension was analyzed, and a design guide applicable to the actual product design was developed. Finally, the design equation was modified by presenting the coefficients to correct the difference between the finite element analysis and the design equation.

• Ocean Systems Engineering
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• 제8권4호
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• pp.381-407
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• 2018

This paper presents a hybrid numerical approach, which combines a two-phase Navier-Stokes model (NS) and the fully nonlinear potential theory (FNPT), for modelling wave-structure interaction. The former governs the computational domain near the structure, where the viscous and turbulent effects are significant, and is solved by OpenFOAM/InterDyMFoam which utilising the finite volume method (FVM) with a Volume of Fluid (VOF) for the phase identification. The latter covers the rest of the domain, where the fluid may be considered as incompressible, inviscid and irrotational, and solved by using the Quasi Arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element method (QALE-FEM). These two models are weakly coupled using a zonal (spatially hierarchical) approach. Considering the inconsistence of the solutions at the boundaries between two different sub-domains governed by two fundamentally different models, a relaxation (transitional) zone is introduced, where the velocity, pressure and surface elevations are taken as the weighted summation of the solutions by two models. In order to tackle the challenges associated and maximise the computational efficiency, further developments of the QALE-FEM have been made. These include the derivation of an arbitrary Lagrangian-Eulerian FNPT and application of a robust gradient calculation scheme for estimating the velocity. The present hybrid model is applied to the numerical simulation of a fixed horizontal cylinder subjected to a unidirectional wave with or without following current. The convergence property, the optimisation of the relaxation zone, the accuracy and the computational efficiency are discussed. Although the idea of the weakly coupling using the zonal approach is not new, the present hybrid model is the first one to couple the QALE-FEM with OpenFOAM solver and/or to be applied to numerical simulate the wave-structure interaction with presence of current.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권3호
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• pp.255-270
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• 2023

One of the main parameters that affect the design of suction caisson-supported offshore structures is uplift behavior. Pull-out of suction caissons is profoundly utilized as the offshore wind turbine foundations accompany by a tensile resistance that is a function of a complex interaction between the caisson dimensions, geometry, wall roughness, soil type, load history, pull-out rate, and many other parameters. In this paper, a parametric study using a 3-D finite element model (FEM) of a single offshore suction caisson (SOSC) surrounded by saturated soil is performed to examine the effect of some key factors on the tensile resistance of the suction bucket foundation. Among the aforementioned parameters, caisson geometry and uplift loading as well as the difference between the tensile resistance and suction pressure on the behavior of the soil-foundation system including tensile capacity are investigated. For this purpose, a full model including 3-D suction caisson, soil, and soil-structure interaction (SSI) is developed in Abaqus based on the u-p formulation accounting for soil displacement (u) and pore pressure, P.The dynamic responses of foundations are compared and validated with the known results from the literature. The paper has focused on the effect of geometry change of 3-D SOSC to present the soil-structure interaction and the tensile capacity. Different 3-D caisson models such as triangular, pentagonal, hexagonal, and octagonal are employed. It is observed that regardless of the caisson geometry, by increasing the uplift loading rate, the tensile resistance increases. More specifically, it is found that the resistance to pull-out of the cylinder is higher than the other geometries and this geometry is the optimum one for designing caissons.

• Composites Research
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• 제21권3호
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• pp.9-17
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• 2008

본 논문에서는 저속충격하중을 받은 필라멘트 와인딩 탄소섬유강화 복합재 압력용기의 잔류강도 저하특성에 대한 수치해석 및 실험결과에 대해서 논한다. 복합재 압력용기의 원통부의 여러 곳에 대해 낙하 공구의 끝단을 모사한 삼각형 충격자를 사용한 저속 충격시험이 실시되었고, 유한요소해석을 수행하여 충격시의 기계적 변형 및 응력분포 거동에 대한 예측을 실시하였다. 충격하중을 받은 복합재 압력용기의 잔류강도 저하 특성을 정량적으로 평가하기 위해, 충격부위를 포함하는 원환시편을 압력용기의 실린더부로부터 채취하여, 원주방향 내압인장강도 측정 수압시험법으로부터, 원환시편의 수압파열 압력을 측정하였다. 결과적으로 본 연구를 통해 충격 에너지의 수준에 따른 잔류강도 변화가 성공적으로 계측되었으며, 복합재 압력용기의 충격손상허용을 정량적으로 평가하기 위한 유용한 방법론이 정립되었다.

• Composites Research
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• 제19권1호
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• pp.22-28
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• 2006

금속재 라이너를 갖는 복합재 압력용기는 라이너의 반복 수명 향상을 위해 제조 공정 중 라이너가 압축잔류응력을 갖도록 하는 자긴처리 공정을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 자긴처리에 의한 라이너의 압축잔류응력과 이후의 응력 거동을 정확히 예측할 수 있는 유한요소해석 기법을 제시하고, 이러한 해석 결과를 바탕으로 복합재 압력용기의 반복 수명을 예측할 수 있는 방법을 제안한다. 재료 및 기하학적 비선형성을 고려한 3차원 비선형 유한요소해석을 통해 라이너의 응력 거동을 정확히 예측하고, 압력용기의 반복수명을 결정짓는 파라미터로 금속재 라이너의 폰미세스 응력을 도입한다. 라이너 재료에 대한 피로시험과 복합재 압력용기 시제품에 대한 반복시험을 통해 제안된 방법의 타당성과 유효성을 입증한다.

• 한국음향학회지
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• 제23권4호
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• pp.268-273
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• 2004

본 연구에서는 원호의 내부벽면에 1열로 배열된 어레이 트랜스듀서를 이용한 반사-투과형 생체진단용 역산란 초음파 단층화상법을 제안하였다. 제안된 방법에서는 대상 물체의 배면에 반사판을 배치하여 경면효과를 이용하였고, 유한 대역을 갖는 펄스파를 송신파로 사용하여 다중 주파수 성분을 이용함으로써 데이터 관측 범위를 줄일 수 있었다. 제안된 방법의 성능 평가를 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 모의 생체 조직에 대한 유효성을 검토한 격과, 트랜스듀서군의 송수신 각도 범위가 30도로 극히 좁은 범위로 제한되었음에도 불구하고 정량적인 화상재현이 가능함을 확인할 수 있다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제13권2호
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• pp.27-41
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• 2008

An unstructured hybrid mesh flow solver has been developed for the simulation of three-dimensional steady and unsteady incompressible flow fields. The incompressible Navier-Stokes equations with an artificial compressibility method were discretized by using a node-based finite-volume method. For the unsteady time-accurate computation, a dual-time stepping method was adopted to satisfy a divergence-free flow field at each physical time step. An implicit time integration method with local time stepping was implemented to accelerate the convergence in the pseudo-time sub-iteration procedure. The one-equation Spalart-Allmaras turbulence model has been adopted to solve high-Reynolds number flow fields. The flow solver was parallelized to minimize the CPU time and to overcome the computational overhead. This method has been applied to calculate steady and unsteady flow fields around submarine configurations and a 3-D infinite cylinder. Validations were made by comparing the predicted results with those of experiments or other numerical results. It was demonstrated that the present method is efficient and robust for the prediction of steady and unsteady incompressible flow fields.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.259-269
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• 2006

원환균열과 원주균열을 지닌 축대칭 선형 점탄성 중실축과 중공축이 외력을 받을 때 파괴역학 변수로서 응력확대계수, 에너지방출률 그리고 균열개구변위의 수치해를 유한요소해법을 이용하여 구한다. 균열선단에서는 응력의 특이성을 지닌 1/4절점 삼각형 특이요소가 사용된다. 또한 수치해를 비교 검증하기 위해 탄성-점탄성 상응원리를 이용하여 선형파괴역학의 탄성해들로부터 점탄성 이론해가 유도 제시된다. 해석에 사용되는 점탄성 물성은 체적변형은 탄성적이고 전단변형은 표준선형고체처럼 거동한다고 가정한다. 제시된 수치해법과 이론해는 축대칭 점탄성 거동 연구에 중요한 자료가 된다.