• 한국해양공학회지
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• 제19권1호
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• pp.20-25
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• 2005

The authors performed the underwater explosion analysis for the liquified oxygen tank - a kind of fuel tank of a mid-size submarine, and tried to verify the structural safety for this structure. First, the authors reviewed the theory and application of underwater explosion analysis, using a Structure-Fluid Interaction technique and its finite element modeling scheme. Next, the authors modeled the explosive and sea water as fluid elements, the LOX tank as structural elements, and the interface between the two regions as the ALE scheme. The effect on shock pressure and impulse of fluid mesh size and shape are also investigated. Upon analysis, it was found that the shock pressure due to explosion propagated into the water region, and hit the structure region. The plastic deformation and the equivalent stress were apparent at the web frame and the shock mount of LOX structure, but these values were acceptable for the design criteria.

• 터널과지하공간
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• 제22권1호
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• pp.69-76
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• 2012

본 논문은 폭약의 폭발현상을 이용한 폭발용접, 폭발성형과 충격분말고화기술의 기본적 원리와 실험방법, 실험결과에 대하여 기술한다. 타이타늄(Ti)과 스테인레스 강(Stainless steel, SUS 304) 판재의 폭발용접 실험결과, 두 재료 접촉면의 단면에서는 연속적인 젯(jet)모양의 파형이 관찰되었고, 두 금속판재의 설치 경사각도가 $15{\sim}20^{\circ}$ 이고 접착속도가 2,100~2,800 m/s인 경우에 최적의 접합조건을 보였다. 알루미늄(Al) 판재를 이용한 폭발성형 실험과 전형적인 가압성형 실험 결과를 비교분석하여, 폭발성형의 경우가 큰 곡률변형을 보여 가공성이 우수한 것으로 확인되었다. 끝으로 금속과 세라믹의 혼합분말($Fe_{11.2}La_2O_3Co_{0.7}Si_{1.1}$)에 대한 충격고화 실험법을 제안하고 실험을 수행한 결과, 고화체의 표면과 내부에 균열이 확인되지 않았으며 세라믹입자와 금속입자들의 강한 미세조직 결합이 형성되었다. 또한 충격분말고화실험에서 발생되는 폭약의 폭발에 의한 폭굉파와 수중 충격파의 전파 및 간섭현상을 분석하기 위하여 LS-Dyna 3D를 이용한 동적해석을 수행하였다. 그 결과, 물용기 내 벽면에서 반사된 수중충격파가 중앙부에서 중첩되어 폭약의 폭발압력보다 높은 20 GPa의 수중 충격압을 보여, 물용기 내부형상의 중요성을 입증하였다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제15권12호
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• pp.1822-1828
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• 2001

The experiment for the sympathetic detonation (Sudo et al., 1951) (Fukuyama et al., 1958) in water was conducted. Composition B (RDX: 64%, TNT: 36%, Detonation velocity: 7900m/s) was used for both donor (the thickness was 50mm, and the diameter was 31mm) and receptor charges. The distance between the donor and the receptor, and the thickness (5, 7.5, 10mm) of the receptor were varied in the experiments. In order to investigate the basic characteristics of the underwater sympathetic detonation of high explosive, the sympathetic detonation phenomena were visualized by a high-speed camera (HADLAND PHOTONICS, IMACON790) in forms of streak and framing photographs. The 200ns/mm streak velocity was 2㎲. Manganin gauges (KYOWA Electronic INSTRUMENTS CO. SKF-21725) were used for the pressure measurements. The gauges were set under the receptor. The pressures during the complete and incomplete explosions were measured.

• 한국해양공학회지
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• 제36권3호
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• pp.161-167
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• 2022

Three-dimensional finite element analysis (3D-FEA) models have been used to evaluate the shock-resistance responses of various equipments, including armaments mounted on a warship caused by underwater explosion (UNDEX). This paper aims to check the possibility of using one-dimensional (1D) FEA models for the shock-resistance responses. A frigate was chosen for the evaluation of the shock-resistance responses by the UNDEX. The frigate was divided into the thirteen discrete segments along the length of the ship. The 1D Timoshenko beam elements were used to model the frigate. The explosive charge mass and the stand-off distance were determined based on the ship length and the keel shock factor (KSF), respectively. The UNDEX pressure fields were generated using the Geers-Hunter doubly asymptotic model. The pseudo-velocity shock response spectrum (PVSS) for the 1D-FEA model (1D-PVSS) was calculated using the acceleration history at a concerned equipment position where the digital recursive filtering algorithm was used. The 1D-PVSS was compared with the 3D-PVSS that was taken from a reference, and a relatively good agreement was found. In addition, the 1D-PVSS was compared with the design criteria specified by the German Federal Armed forces, which is called the BV043. The 1D-PVSS was proven to be relatively reasonable, reducing the computing cost dramatically.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권3호
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• pp.305-314
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• 2021

In order to reduce enormous cost of real-scale underwater explosion experiments on ships, the mechanical response of the ships have been analyzed by combining scaled-down experiments and Hopkinson's scaling law. However, the Hopkinson's scaling law is applicable only if all variables vary in an identical ratio; for example, thickness of ship, size of explosive, and distance between the explosive and the ship should vary with same ratio. Unfortunately, it is infeasible to meet such uniform scaling requirement because of environmental conditions and limitations in manufacturing scaled model systems. For the facile application of the scaling analysis, we propose a generalized scaling law that is applicable for non-uniform scaling cases in which different parts of the experiments are scaled in different ratios compared to the real-scale experiments. In order to establish such a generalized scaling law, we conducted a parametric study based on numerical simulations, and validated it with experiments and simulations. This study confirms that the initial peak value of response variables in a real-scale experiment can be predicted even when we perform a scaled experiment composed of different scaling ratios for each experimental variable.

• 터널과지하공간
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• 제22권3호
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• pp.221-225
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• 2012

마그네슘 합금은 경량화 재료로서 많은 주목을 받고 있으나, 스테인레스 스틸과의 접합이 어려운 문제점이 있다. 본 연구에서는 수중충격파를 이용하여 스테인레스 스틸(SUS304)과 마그네슘 합금(AZ31)의 폭발용접을 수행하고 접합특성에 관한 분석을 수행하였다. SUS304의 두께는 0.5 mm와 1 mm를 사용하였으며, 폭약과 재료의 이격거리는 45 mm, 폭약의 설치경사는 $20^{\circ}$로 하여 실험한 결과, 두 재료의 접합면에서 중간층(resolidified interlayer)이 형성되었다. 중간층의 형성을 억제하기 위하여 폭약과 재료의 거리를 60 mm로 증가시켰으며 폭약의 경사는 $30^{\circ}$으로 변경하여 폭발용접실험을 수행하였다. 그 결과, 폭약과 재료 사이의 간격과 경사각이 증가함에 따라 중간층이 나타나지 않는 경향을 보였다. 이 중간층에 대하여 EPMA분석한 결과, 중간층은 두 금속의 재료가 혼합되어 있는 것으로 확인 되었으며, 경도는 두 금속의 평균 경도에 해당 됨이 확인 되었다.

• Coupled systems mechanics
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• 제7권3호
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• pp.333-351
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• 2018

In the present paper, the behavior of the Karaj double curvature arch dam is studied focusing on the effects of structural nonlinearity on the responses of the dam body when an underwater explosion occurred in the reservoir medium. The explosive sources are located at different distances from the dam and the effects of the cavitation and the initial shock wave of the explosion are considered. Different amount of TNT are considered. Two different linear and nonlinear behavior are assumed in the analysis and the dam body is assumed with and without contraction joints. Radial, tangential and vertical displacements of the dam crest are obtained. Moreover, maximum and minimum principal stress distributions are plotted. Based on the results, the dam body responses are sensitive to the insertion of joints and constitutive model considered for the dam body.

• 자원환경지질
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• 제5권4호
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• pp.187-209
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• 1972

발파(發破)에 있어서 천공배치(穿孔配置)는 발파효과에 영향(影響)을 미치는 가장 중요(重要)한 요소중(要素中)의 하나다. Burn-cut 의 폭발(爆發)의 여러 요소(要素)에 관(關)한 연구(硏究)는 Brown, Cook에 의(依)해 발표(發表)된 바 있으나 본연구(本硏究)에 있어서는 Burn-cut 와 Pyramid-cut의 천공배치(穿孔配置)의 대비(對比)와 폭원(爆源)과 자유면(自由面)사이의 역학적(力學的) 응력해석(應力解析)에 중점(重點)을 두어 이등교수(伊藤敎授)가 전개(展開)한 이론(理論)에서 다루지 않은 주정천공배치(週正穿孔配置)에 의(依)한 Burn-cut의 효과을 연결(連結)시켰다. 종래(從來)의 이론(理論)에 의(衣)하면 단일자유면발파(單一自由面發破)에 있어서는 압축응력외(壓縮應力外)에 자유면(自由面)에서 반사(反射)되는 인장응력(引張應力)의 영향(影響)을 추가(追加)로 받는다. 본(本) 신천공(新穿孔) 배치(配置)에 의(依)한 Burn-cut는 자유면수(自由面數)의 증가(增加)와 거리(距離)의 축소(縮少)를 꾀하므로서 이효과(效果)는 더욱 증대(增大)된다. 이와 같은 효과를 위(爲)해서는 다음 두가지 점(點)을 고려해야 한다. 첫째 심기공(心技孔)의 무장약공(無裝藥孔)은 보조응력(補助應力)을 크게 하기위(爲)해 가능(可能)한 대구경(大口徑)으로 깊게 천공(穿孔)해야 한다. 둘째 각 심기공간(心技孔間)의 거리(距離)를 접근(接近)시켜 완전(完全) 발파(發破)를 기(期)해야 한다. 그 까닭은 구경(口徑)이 증가(增加)됨에 따라 2차(次) 자유면(自由面)은 넓어지고 거리가 가까울수록 장약공(裝藥孔)과 무장약공(無裝藥孔)사이의 인장응력(引張應力)은 더욱 발달(發達)되기 때문이다. 선진국(先進國)에서는 심기공(心技孔)사이의 거리(距離)를 4"로 함이 이상적(理想的)이라고 알려지고 있으나 본실험(本實驗)에 의(依)하면 더 욱 근접(近接)될수록 파괴암석(破壞岩石)이 증가(增加)되고 굴진장(掘進長)도 깊어짐이 밝혀졌다. 나아가서는 굴진장(掘進長)을 더욱 증대(增大)시키기 위(爲)해 Burn-cut로 부터 Large hole Burn-cut를 개발(開發)하여 발파회수(發破回數) max 7회(回)/일(日)로서 1발파당(發破當) 3.1m까지 시도(試圖)함으로서 고속도굴진(高速度掘進)의 기원(起源)을 마련했다. 또한 대구경(大口徑) Burn-cut에서는 큰 저항(抵抗)을 극복하기 위해 금속초유폭약(金屬硝油爆藥)을 사용(使用)함이 더욱 효과적(效果的)임이 입증(立證)됐다. 최근(最近)에 와서 저렴(低廉)한 가격(價格)과 취급안전(取扱安全)으르 각광을 받고있는 AN-FO는 비료용 또는 공업용(工業用) 초안(硝安)에 연료유(燃料油)를 혼합(混合)한 것으로서 외관(雷管)만으로는 순감(純感)하여 폭발(爆發)하지 않으나 Gelatin Dynamite등(等)의 폭발성(爆發性) 예감제(銳感劑)에 의(依)해 발파공내(發破孔內)에서 일단 기폭(起爆)되면 종래(從來)의 초안폭약(硝安爆藥)에 상당(相當)한 위력(威力)을 발휘(發揮)케 한다. AN-FO 폭제(爆劑)의 성능(性能)에 관(關)해서는 많은 보고(報告)가 있었으나 본(本) 실험(實驗)에 의(依)하면 초유혼합비(硝油混合比)는 분상(粉狀)은 93.5:6.5, prill상(狀)은 94:6이 최적(最適)이며 분상(粉狀) AN-FO는 prill상(狀) AN-FO보다 항상(恒常) 폭속(爆速)이 높다. 또한 기폭감도(起爆感度), 충격감도(衝擊感度), 진거감도(塵據感度) 등(等) 제감도(諸感度)는 타화약(他火藥)에 비(比)해 몹시 경감(鏡感)하며 전폭성(傳爆性)은 prill상(狀)이 분상(粉狀)보다 우수(優秀)함을 얻었다. 발파후(發破後) Gas도 양호(良好)하며 AN-FO는 제조후(製造後) 7일(日) 전후(前後)가 최대효과를 갖는다. 종래(從來) AN-FO는 지난 여러해 동안 로천굴(露天掘)에만 사용(使用)하여 왔으나 필자(筆者)는 AN-FO의 기초성능시험(基礎性能試驗)을 토대(土臺)로 이를 이용(利用)한 신종폭제(新種爆劑)로서 금속초유폭약(金屬硝油爆藥)과 수중폭약(水中爆藥)을 발전(發展)시켰다. 금속초유(金屬硝油)의 폭약(爆藥)은 AN-FO와 Al 금속분말의 혼합물(混合物)이며 수중폭약(水中爆藥)은 종래폭약(從來爆藥)과 AN-FO로 제조(製造)한 바 이에 관(關)해서는 다른 논문(論文)에 기술(記述)했다. 본(本) 연구(硏究)에 있어서는 단일자유면(單一自由面) 발파(發破)에 있어서 격유폭약류(隔油爆藥類)를 사용(使用)한바 그 효과(效果)가 매우 양호(良好)하였음을 확인(確認)하였다.