• Tribology and Lubricants
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• 제35권1호
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• pp.44-51
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• 2019

The paper presents the rotordynamic performance measurements and model predictions of a fuel cell electric vehicle (FCEV) air compressor supported on gas foil bearings (GFBs). The rotor has an impeller on one end and a thrust runner on the other end. The front (impeller side) and rear (thrust side) gas foil journal bearings (GFJBs) are located between the impeller and thrust runner to support the radial loads, and a pair of gas foil thrust bearings are located on both sides of the thrust runner to support the axial loads. The test GFJBs have a partial arc shim foil installed between the top foil and bump strip layers to enhance hydrodynamic pressure generation. During the rotordynamic performance tests, two sets of orthogonally installed eddy-current displacement sensors measure the rotor radial motions at the rotor impeller and thrust ends. A series of speed-up and coast-down tests to 100k rpm demonstrates the dominant synchronous (1X) rotor responses to imbalance masses without noticeable subsynchronous motions, which indicates a rotordynamically stable rotor-GFB system. Finite element analysis of the rotor determines the rotor free-free (bending) natural modes and frequencies well beyond the maximum rotating frequency. The predicted damped natural frequencies and damping ratios of the rotor-GFB system reveal rotordynamic stability over the speeds of interest. The imbalance response predictions show that the predicted critical speeds and rotor amplitudes strongly agree with the test measurements, thus validating the developed rotordynamic model.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제13권1호
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• pp.889-901
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• 2021

The tension of cables and motion response significantly affect safety of an immersed tunnel element in the immersion process. To investigate those, a hydrodynamic scale-model test was carried out and the model experiments was conducted under wind, current and wave loads simultaneously. The immersion standby (the process that the position of the immersed tunnel element should be located before the immersion process) and immersion process conditions have been conducted and illustrated. At the immersion standby conditions, the maximum force of the cables and motion is much larger at the side of incoming wind, wave and current, the maximum force of Element-6 (6 cables directly tie on the element) is larger than for Pontoon-8 (8 cables tie on pontoon of the element), and the flexible connection can reduce the maximum force of the mooring cables and motion of element (i.e. sway is expecting to decrease approximate 40%). The maximum force of the mooring cables increases with the increase of current speed, wave height, and water depth. The motion of immersed tunnel element increases with increase of wave height and water depth, and the current speed had little effect on it. At the immersion process condition, the maximum force of the cables decrease with the increase of immersion depth, and dramatically increase with the increase of wave height (i.e. the tension of cable F4 of pontoons at wave height of 1.5 m (83.3t) is approximately four times that at wave height of 0.8 m). The current speed has no much effect on the maximum force of the cables. The weight has little effect on the maximum force of the mooring cables, and the maximum force of hoisting cables increase with the increase of weight. The maximum value of six-freedom motion amplitude of the immersed tunnel element decreases with the increase of immersion depth, increase with the increase of current speed and wave height (i.e. the roll motion at wave height of 1.5 m is two times that at wave height of 0.8 m). The weight has little effect on the maximum motion amplitude of the immersed tunnel element. The results are significant for the immersion safety of element in engineering practical construction process.

• 대한토목학회논문집
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• 제5권1호
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• pp.21-30
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• 1985

Tension Leg Platform (TLP)이란 평행위치로부터 일정 범위내에서 움직임으로 인하여 외 력의 효과를 완화시키는 compliant 구조물인 동시에, 기인장력을 받고 있는 연직 anchor cable 이 있으므로 부력이 자중을 초과하게 되는 안정한 platform 이다. 일반적으로 부체는 해상조건이 험할수록, 그리고 수심이 깊어질수록 동요가 심해지는데 TLP는 기인장 cable로 인하여 심해에서도 비교적 동요가 작아서 최근 대수심구조물의 총아로 각광받고 있다. 일찌기 Paulling 등이 TLP 거동의 예측을 위하여 수정된 Morison 방정식을 사용하는 선형동유체력합성방법을 발표하였다. 그러나 만일 TLP의 각 부재가 Morison 방정식의 가정이 성립할 수 없을 정도로 크다면 새로운 해석이 필요하다 하겠다. 일본의 Tanaka는 이런 경우에 McCamy-Fuchs 이론의 결과치를 이용하였으나, 완전한 해석이라기 보다는 일종의 간편법이라 하겠다. 본고에서는 큰 배수용적을 가진 연직부체가 있고, 이론적 해석의 결과를 검토해 볼 수 있는 수리모형 실험 결과가 있는 Deep Oil Technology (DOT) 회사의 TLP를 대상으로 하였다. 이 TLP는 부력을 전담하고 있는 연직축대칭 원통과 이들을 연결하고 있는 세부재로 이루어져 있어 축대칭부분에는 축대칭 Green 함수를 사용하여 동유체력을 구하고 세부재는 종래의 수정된 Morison 방정식의 항력항을 선형화하여 동유체력을 구하였다. 그리하여 부재의 각 미소부분에서 구한 힘들을 TLP의 중심에 원점을 둔 좌표계로 옮겨 동적응답을 구한 것이다. 본 해석에서 부재 상호간의 작용은 무시하였으며 단지 부재간의 거리효과만 고려하였다. 따라서 사용된 좌표계는 전체 (Global) 좌표계, 지점 (Local) 좌표계 및 파랑 (Wave) 좌표계 등이었고 각 좌표계간의 변환식이 필요하였다. 전체적인 해석정도는 선형이론으므로 케이블의 강성도 역시 선형적으로 구하였으며, 앞서 언급했다시피 Morison 방정식의 비선형항인 항력항은 Fourier 해석으로 선형화 하였다. 이러한 Fourier 해석은 잘 알려져 있는 Lorentz 원리와 같다고 볼 수 있다. 세부재의 경우 접선력은 무시하였고 수입자의 운동에 의한 부채에 대한 수직력만 고려하였다. 여기서 파랑좌표계에서 지점좌표계로의 좌표변환이 주의를 요하고 있다. 이제 이렇게 구한 각 힘들을 전체좌표 계에서 6개의 자유도별로 운동방정식에 대입하면 각 자유도별 동적응답이 구하여지는 것이다. DOT TLP의 Surge mode에 대한 동적응답을 실험치와 비교하여 본 결과, 세부재에 대한 고려를 뺄 수 없음을 알 수 있었다. 이는 연직축대칭 부체의 크기가 그리 크지 않으므로 인한 것이며, TLP의 원형의 경우에는 보다 더 관성력이 지배적일 것으로 사료된다.

• 한국지형학회지
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• 제19권3호
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• pp.1-22
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• 2012

하구의 분류는 크게 지형경관적 특성에 근거한 정성적인 분류와 수괴의 물리적 특성에 근거한 정량적 분류로 구분될 수 있으나, 전자는 하구의 특성을 정량화하기 어려우며 후자는 자료부족으로 인해 폭넓은 적용이 어렵다. 하구의 형태적 수렴 특성은 자료의 획득이 상대적으로 용이하면서도 하구의 조석전파 특성과 연관시킬 수 있어 하구분류 기준으로 사용하기 적합하다. 본 연구는 국내 19개 하구에 대해 하구의 형태적 수렴특성을 이용하여 하구별 특징을 파악하고 분류를 시도한 것이다. 하구의 수심과 너비자료를 이용하여 수심과 너비의 감소율(${\nu}$)과 무차원화된 하구의 길이($y_0$)를 구하고, 1차원 수심적분 운동방정식과 연속방정식으로부터 유도한 전이함수 ${\xi}({\nu},ky)$에 ${\nu}$와 $y_0$을 대입하여 하구별 조위/조석 진폭비와 조위/조류 위상차를 도출하였다. 이 결과를 토대로 19개 하구의 특징을 파악하고 3개 그룹을 구분하였다. 국내 19개 하구는 크게 조위 변동이 조류 변동보다 우세한 제1그룹, 하구와 조류 변동이 조위 변동보다 우세한 제2그룹, 그리고 1그룹과 2그룹의 전이 형태를 갖는 제3그룹 하구로 분류된다. 민감도 분석 결과 하구분류 알고리듬은 하구 길이의 변화에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 하구 길이가 과대 혹은 과소 추정되었을 때 본래의 조위/조류 진폭비는 과소 혹은 과대 추정되며, 본래의 조위/조류 위상차는 과대 혹은 과소 추정된다. 그러므로 형태적 수렴 특성을 이용하여 하구분류를 하고자 할 때는 하구 길이의 적절한 산정이 무엇보다 중요하다. 하구분류 알고리듬은 수심의 변화를 무시하여도 동일한 분류 결과를 주는 것으로 확인되었다. 이는 하구길이의 적절한 산정이 전제될 경우 하구분류 알고리듬이 자료의 제약 없이 대부분의 국내하구에 적용할 수 있음을 의미한다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제24권9호
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• pp.667-674
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• 2014

선박의 추진축계는 외부 변동 부하에 의해서 축계 손상을 일으킬 수 있다. 이러한 추진축계의 동역학적인 특성은 운전 중에 일어나는 공진을 견딜 수 있거나 또는 피하도록 설계 및 최적화 해야 한다. 이러한 공진은 대빙급 선박의 추진시스템의 설계에 요구되는 프로펠러에서 유체역학적인 상호작용에 기인한다. 추진축계는 프로펠러와 대빙 사이의 상호관계로 인한 과도부하와 시스템의 공진에 의해서 진지한 응력을 받게 된다. 이 논문은 대빙이 적용된 극지 연구 선박에서 추진축계의 과도비틀림 진동응답을 검토하고자 한다. 추진축계는 전기모터로 구동되는 원동기, 탄성커플링 기어 및 프로펠러로 구성되어 있다. 이론적인 해석은 프로펠러의 대빙 부하를 기진력으로 과도비틀림진동 해석을 수행하였다. 그리고 실선에서 비틀림 진동을 계측하고 공진점을 확인하고 이를 이용하여 추진축계 한계 설계 토크에 대한 적용된 평가 요소를 국제선급연합 규정과 비교하였다. 전기모터를 갖는 추진축계에서 공진을 초래하는 탄성커플링의 강성 선정의 영향을 검토하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권5호
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• pp.455-463
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• 2012

본 연구에서는 부유식 해상 풍력 발전기의 로터 축과 타워 상단에 작용하는 동적 하중을 계산하였다. 부유식 해상 풍력 발전기는 부유식 플랫폼, 타워, 낫셀, 허브, 그리고 3개의 블레이드로 구성되어 있는 다물체계 시스템이다. 본 연구에서는 이들 모두를 각각 6 자유도를 갖는 강체로 가정하였다. 부유식 해상 풍력 발전기의 타워는 플랫폼에 고정되어 있고, 3개의 블레이드는 허브에 고정되어 있다. 낫셀은 타워의 상부에 회전 관절로 연결되어 있으며, 블레이드와 허브로 구성된 로터는 낫셀과 회전 관절로 연결되어 있다. 본 연구에서 부유식 풍력 발전기의 운동 방정식은 다물체계 동역학을 기반으로 한 운동방정식 구성 방법 중 하나인 recursive formulation을 이용하여 구성하였다. 외력으로는 부유식 플랫폼에 작용하는 비선형 유체 정역학 힘과 선형 유체 동역학적 힘 그리고 계류력을 고려하였고, 블레이드에 작용하는 풍력을 고려하였다. 이와 같이 구성한 운동 방정식을 해를 구하여 풍력 발전기를 구성하고 있는 각 요소들의 각 연결 부위에 작용하고 있는 구속력을 계산하였다. 그 결과, 동적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중은 정적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중보다 큰 것을 알 수 있으며, 따라서 부유식 풍력 발전기의 구조해석의 입력 값으로서 정적 하중보다 동적 하중을 고려하는 것이 더 엄격한 해석 기준이라고 할 수 있다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.203-216
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• 2021

진자형 파력발전장치(Oscillating Wave Surge Converter, OWSC)는 다양한 유형의 파랑 조건에서 효율적으로 작동해야하며 최적의 파랑에너지를 추출하도록 설계되어야 하기 때문에 OWSC의 거동과 관련된 복잡한 파랑-구조물 상호작용이 광범위한 조건에서 검토되어야 한다. OWSC의 개념 설계 및 개발단계에서 수치해석은 OWSC의 설계도구로써 좋은 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 기초적인 OWSC의 거동특성에 대한 검토를 목적으로 오픈소스 CFD를 이용하여 내습하는 파랑에 대한 역삼각형 플랩의 거동특성에 대한 수치해석을 수행하였다. 규칙파 내습시 주기의 변화에 따른 역삼각형 플랩 인근의 자유수면변위 및 회전각도(Flap Rotation angle)를 산정하여 구조물의 거동 특성에 대해 고찰하고, 그 결과를 수리실험과 비교·검토하여 해석성능의 타당성 및 OWSC의 관련 문제를 수치적으로 해석하기 위한 수치모델로서의 적용성능을 검증하였다. 수치해석결과는 파랑과 역삼각형 플랩의 상호작용에 의한 유체역학적 거동 특성을 양호하게 재현함을 확인하였다.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.2255-2265
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• 2013

본 연구에서는 유역의 배수구조를 설명할 수 있는 폭 함수 기반의 Clark 모형을 제안하였다. 시간-면적곡선으로는 지표면과 하천에 대하여 개별적인 동수역학적 특성을 적용한 재조정된 폭 함수를 이용하였다. 선형저수지 추적의 경우 기존의 Clark 모형과 같이 차분화된 형태가 아니라 해석식을 적용하여 수행하였다. 본 연구에서 고려한 주요한 매개변수들로는 지표면평균이송속도 및 하천평균이송속도와 저류상수를 들 수 있다. 실제 매개변수의 추정 과정에는 전역최적화 기법 중의 하나인 SCE-UA 기법을 적용하였다. 또한 Clark 모형으로부터 유도된 순간단위도의 형상은 원점에 대한 1차모멘트와 면적중심에 대한 2, 3차 모멘트로 구분하여 평가하였다. 관측 수문사상의 통계모멘트들과 본 연구에서 추정된 통계모멘트들의 상관계수는 1차모멘트의 경우 0.995, 2차모멘트는 0.993, 3차모멘트는 0.983로 산정되었다. 평균과 분산에 대해서는 추정값과 관측값이 대체로 일치하는 경향을 보여주었다. 그러나 추정된 3차모멘트에 대한 결과는 다소 과대 평가되는 경향을 나타내었다. 제안된 Clark 모형은 순간단위도의 형상을 평균과 분산만을 고려하여 적용한 방법보다 수문곡선의 왜곡 및 첨두좌표의 모의와 관련된 한계점을 개선하였다. 이러한 결과로부터 본 연구에서 제시한 방법론은 배수경로의 이질성과 동적매개변수들의 영향을 적절하게 반영할 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 고려한 모멘트들의 변동성은 주로 저류상수의 영향이 크게 나타나고 있으며, 지표면평균이송속도보다는 하천평균이송속도가 크게 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 저류상수와 하천평균이송속도가 Clark 모형으로부터 유도되는 순간단위도의 형상을 결정하는데 지배적인 역할을 하는 것으로 확인되었다. 따라서 두 매개변수는 모형의 적용 과정에서 중요하게 고려되어야 할 것으로 판단된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제31권2호
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• pp.54-62
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• 2024

SICM (scanning ion conductivity microscopy)은 nanopipette이 시료에 접근하게 되면서 tip에 인가되는 전류값의 변화가 발생하는데, 이를 이용하여 시료의 표면 형상을 측정하는 분석기술이다. 본 연구는 SICM mapping의 기본이 되는 tip과 시료 간의 거리에 의한 전류 반응곡선인 approach curve에 대해 연구한 결과를 담고 있다. Approach curve에 대해 우선 시뮬레이션 해석을 진행하였으며, 이를 기반으로 실험을 병행하여 이 둘 사이의 반응 곡선 차이를 분석하였다. 시뮬레이션 해석을 통해 tip과 시료와의 거리가 tip 내경의 절반 이하로 가까워지면서 current squeezing 효과를 확인할 수 있었다. 하지만, 시뮬레이션에 반영된 단순 이온 통로 감소에 의한 전류밀도 감소는 실제 실험을 통해 측정된 current squeezing 효과에 비해 훨씬 작은 것으로 측정되었다. 이는 나노 스케일의 매우 좁은 통로에서 이온전도도는 확산계수에 의한 단순 Nernst-Einstein 관계를 따르는 것이 아니라, tip과 시료가 만들어 내는 벽면에서의 유체역학적 유동 저항성을 고려하는 것이 추가로 필요할 것으로 보인다. 향후 이러한 SICM 측정은 전기화학 표면 반응성을 분석하는 SECM (scanning electrochemical microscopy) 측정기술과 통합되어 SECM 측정 한계를 보완될 수 있을 것으로 기대된다. 그렇게 되면, 반도체 배선 공정 및 패키징 공정에 사용되고 있는 다양한 패턴 형상에서 무전해 도금의 촉매 반응과 전기도금에서 유기첨가제 작용의 국부적 차이를 직접적으로 측정하는 것이 가능하게 될 것으로 기대된다.