• 제목/요약/키워드: maximum shear stress

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Research of Diffusion Bonding of Tungsten/Copper and Their Properties under High Heat Flux

  • Li, Jun;Yang, Jianfeng
    • 한국재료학회:학술대회논문집
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    • 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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    • pp.14-14
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    • 2011
  • W (tungsten)-alloys will be the most promising plasma facing armor materials in highly loaded plasma interactive components of the next step fusion reactors due to its high melting point, high sputtering resistance and low deuterium/tritium retention. The bonding technology of tungsten to Cu alloy was one of the key issues. In this paper, W/CuCrZr diffusion bonding has been performed successfully by inserting pure metal interlay. The joint microstructure, interfacial elements migration and phase composition were analyzed by SEM, EDS, XRD, and the joint shear strength and micro-hardness were investigated. The mock-ups were fabricated successfully with diffusion bonding and the cladding technology respectively, and the high heat flux test and thermal fatigue test were carried out under actively cooling condition. When Ni foil was used for the bonding of tungsten to CuCrZr, two reaction layers, Ni4W and Ni(W) layer, appeared between the tungsten and Ni interlayer with the optimized condition. Even though Ni4W is hard and brittle, and the strength of the joint was oppositely increased (217 MPa) due primarily to extremely small thicknesses (2~3 ${\mu}m$). When Ti foil was selected as the interlayer, the Ti foil diffused quickly with Cu and was transformed into liquid phase at $1,000^{\circ}C$. Almost all of the liquid was extruded out of the interface zone under bonding pressure, and an extremely thin residual layer (1~2 ${\mu}m$) of the liquid phase was retained between the tungsten and CuCrZr, which shear strength exceeded 160 MPa. When Ni/Ti/Ni multiple interlayers were used for bonding of tungsten to CuCrZr, a large number of intermetallic compound ($Ni_4W/NiTi_2/NiTi/Ni_3T$) were formed for the interdiffusion among W, Ni and Ti. Therefore, the shear strength of the joint was low and just about 85 MPa. The residual stresses in the clad samples with flat, arc, rectangle and trapezoid interface were estimated by Finite Element Analysis. The simulation results show that the flat clad sample was subjected maximum residual stress at the edge of the interface, which could be cracked at the edge and propagated along the interface. As for the rectangle and trapezoid interface, the residual stresses of the interface were lower than that of the flat interface, and the interface of the arc clad sample have lowest residual stress and all of the residual stress with arc interface were divided into different grooved zones, so the probabilities of cracking and propagation were lower than other interfaces. The residual stresses of the mock-ups under high heat flux of 10 $MW/m^2$ were estimated by Finite Element Analysis. The tungsten of the flat interfaces was subjected to tensile stresses (positive $S_x$), and the CuCrZr was subjected to compressive stresses (negative $S_x$). If the interface have a little microcrack, the tungsten of joint was more liable to propagate than the CuCrZr due to the brittle of the tungsten. However, when the flat interface was substituted by arc interfaces, the periodical residual stresses in the joining region were either released or formed a stress field prohibiting the growth or nucleation of the interfacial cracks. Thermal fatigue tests were performed on the mock-ups of flat and arc interface under the heat flux of 10 $MW/m^2$ with the cooling water velocity of 10 m/s. After thermal cycle experiments, a large number of microcracks appeared at the tungsten substrate due to large radial tensile stress on the flat mock-up. The defects would largely affect the heat transfer capability and the structure reliability of the mock-up. As for the arc mock-up, even though some microcracks were found at the interface of the regions, all microcracks with arc interface were divided into different arc-grooved zones, so the propagation of microcracks is difficult.

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GCP 복합지반의 거동분석을 위한 유한요소해석 (Finite Element Analysis for Investigating the Behavior of Gravel Compaction Pile Composite Ground)

  • 김경업;박경호;김호연;김대현
    • 한국지반신소재학회논문집
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    • 제17권3호
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    • pp.19-32
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    • 2018
  • GCP(Gravel Compaction Pile, 이하 GCP)공법은 현재 정량적인 설계법이 제시되어 있지 않아 경험적인 방법에 의해 설계 및 시공되고 있어 팽창파괴, 전단파괴 등 다양한 형태의 파괴가 빈번히 발생하고 있으나 명확한 원인 규명과 파괴 예방 대책수립이 어려운 실정이다. 또한 국내와 시공 장비, 재료 특성 등이 다름에도 불구하고 해외의 지반에 적용하는 공법을 그대로 국내에 적용하고 있어 지지력, 침하량 등이 실측값과 큰 차이를 나타내고 있다. 본 연구에서는 GCP공법의 합리적이고 안전한 설계법을 제안하기 위한 연구로써 국내 점토지반에 GCP공법을 적용하여 지반강도 변화에 따른 침하 및 응력 거동특성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 ABAQUS를 이용하여 복합지반의 침하량과 침하감소율, 응력분담비, GCP의 최대 수평변위량 및 발생 예상위치를 분석하고자 하였다. 분석 결과, 치환율 30%이상에서 복합지반의 침하감소율이 60%이상 감소하는 것을 확인하였고, GCP의 최대 수평변위량은 말뚝 직경의 2.6배의 깊이에서 발생하였으며, 치환율 40%이상에서는 수평변위량의 차이가 미미한 것을 확인하였다.

기존 지하철정거장 비개착공법 적용시 유한요소 해석과 관리기준에 관한 연구 (A Study on the Finite Element Analysis and Management Criteria by Applying UPRS Method in the Subway Station)

  • 조병준
    • 한국방재안전학회논문집
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    • 제12권4호
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    • pp.43-52
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    • 2019
  • 지하철 정거장의 하부에 비개착공법 적용하여 안정성 영향분석을 위하여 유한요소 변위 해석, 유한요소 응력해석, 강관추진 진행 과정에 따른 변위, 내부 굴착에 따른 변위 및 강관의 응력변화, 지반의 물리적 특성인 탄성 및 탄소성 이론 등을 도입하였다. 구조적으로 적당한 미소 요소로 분할해서 각 요소가 유한개의 점으로 연결되는 요소로 가정한 모델로 하여 수치적 해석을 통하여 비개착공법 적용시 구조물 안정성에 미치는 영향을 국토교통부와 외국 자료를 근간으로 한 구조물 관리기준과 비교 검토하였다. 그 결과 최대 변위 7.21 mm가 발생되어 허용변위 기준(25.00 mm) 이내, 최대 각 변위는 1/3,950으로 허용 각변위 기준(1/500) 이내, 비개착공법 강관다발 구조체의 최대 휨압축응력량도 70.29 MPa로 허용기준(210.00 MPa) 이내로 분석되었고, 최대 전단응력량은 47.38 MPa로 허용기준(120 MPa) 이내로 분석되어 유한요소 해석결과, 설계 및 시공 안정성을 검증하였다.

금형두께에 대한 1차 구조해석 결과를 기반으로 한 2차 최적화 해석에 관한 연구 (A Study on the Secondary Optimization Analysis based on the Result of Primary Structure Analysis for the Die Thickness)

  • 이종배;김상현;우창기
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제15권6호
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    • pp.3448-3454
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    • 2014
  • 기존의 구조해석은 탄성해석을 일반적으로 실무에서 주축으로 해왔다. 때문에 보다 정밀한 해석을 위하여 재료와 기하학적인 비선형을 고려한 해석의 필요성이 끊임없이 대두되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 간단한 모델을 제작하여 비선형 원리를 적용한 최적화를 수행하여 기존의 구조해석의 경험자들은 누구나 용이하게 해석을 수행할 수 있는 이론과 방법을 제시하는데 있다. 본 연구에서 소개되는 모델은 금형 다이리브에 적용될 수 있도록 전단하중에 대하여 충분한 강도로 Strain, Stress가 적게 발생하게 하여, 초기에는 Strain, Stress가 크기에 맞게 형상을 재구성하고 Hyperstudy와 Abaqus 연동에 의한 비선형으로 해석하고 제품에서 허용되는 최대, 최소 Stress 범위와 최소 Strain을 갖는 조건하에서 일정한 증가치를 만들게 하였다. 실험 모델에서 Plate 두께가 40 Newton의 힘으로 주어질 때 Iteration 처리로 금형 두께에 따른 Stress와 Strain에 대한 금형두께에 적용하고자 했을 때 7~8mm 두께가 최적화라는 결론을 얻을 수 있었다.

응력조건에 따른 고결모래의 강도정수 평가 (Effect of Stress Level on Strength Parameters of Cemented Sand)

  • 이문주;최성근;추현욱;조용순;이우진
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제23권5호
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    • pp.143-151
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    • 2007
  • 고결모래의 거동은 고결정도, 상대밀도, 응력조건, 그리고 입자특성 등에 의해 영향을 받으며, 특히 고결모래의 강도에 영향을 끼치는 고결결합은 응력에 의해 파괴되기 때문에 고결모래의 강도정수는 응력조건을 고려하여 평가되어야 한다. 일반적으로 고결모래의 마찰각은 고결결합에 의해 영향을 받지 않기 때문에 미고결 상태의 마찰각과 동일한 반면, 점착력은 고결결합에 의해 증가하는 것으로 알려지고 있다. 따라서 본 연구에서는 석고를 고결유발제로 하는 고결시료를 조성하여 다양한 구속압 조건에서 배수전단시험을 실시함으로써, 구속압 변화에 따른 고결모래의 강도정수를 평가하였다. 실험결과 고결모래의 점착력은 고결정도와 구속압의 크기에 따라 고결지배구간, 천이구간, 응력지배구간에서 다르게 평가되었다. 또한 본 연구에서는 고결결합을 파괴시키지 않고 강도정수를 평가하기 위한 적정 구속압을 결정하기 위해 고결정도를 표현하는 일축압축강도와 고결결합을 파괴시키지 않는 최대 구속압의 관계를 결정하였다.

콘크리트내 표면매입 보강된 FRP 판과 콘크리트 사이의 착-미끄러짐 관계 해석 (Analysis on the Interfacial Bond-Slip Relationship between ear Surface-Mounted FRP Plate and Concrete)

  • 서수연
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제26권1호
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    • pp.79-86
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    • 2014
  • 이 연구는 표면매입 보강된 FRP 판과 콘크리트사이의 응력전달기구를 이론적으로 연구한 것으로서 이선형 부착모델을 이용하여 부착거동을 묘사하고 이를 실험 결과와 비교하여 신뢰성있는 해석방법을 제시하였다. 연구로부터, 표면매입된 FRP 판과 콘크리트사이의 계면특성을 고려한 미분방정식에 이선형 부착-미끄러짐 관계곡선을 사용하여 해석할 경우, 모델의 임계값인 최대전단강도와 미끄러짐 변위, 그리고 박락에 의한 연화거동이 시작될 때의 변위값 선정과정이 제시되었다. 또한 제안된 모델을 사용하여 부착길이가 다르게 보강된 표면매입 FRP 판의 미끄러짐 거동을 해석한 결과 실제 거동을 매우 근사하게 묘사할 수 있는 것으로 나타났다.

원판형 심장판 주위의 혈액 흐름에 대한 수직 해석 (A Numerical Study on the Blood Flow through a Disc Type Heart Valve)

  • 박영필;이신재
    • 대한의용생체공학회:의공학회지
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    • 제2권2호
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    • pp.89-102
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    • 1981
  • The recirculating flows which occur in the prosthetic heart valve have been known to cause several diseases in the human body. And the recent studies show that the shear stress at the wall of the artery is also very important factor in the formation of thrombus. And many studies knave been devoted in obtaining more information about the blood flow through the prosthetic heart valve. In this Paper, the steady axisymmetric flow through the Disc-Type Heart Valve is studied by using the numerical method. The geometry of the Disc-Type Heart Valve is simplified, and the flow is assumed to be steady axisymmetric flow. The vorticity transport equation derived from the Wavier-Stoke's equation is used as the governing equation, and the explicit finite difference method is used to obtain the steady state solution. The results for several Reynolds numbers show that the recirculating flow becomes large as the Remolds number increases. Furthermore, it can be shown that the magnitudes of the vorticity and the stresses are also increased with the Reynolds number, but there is only a little change in their configurations of distribution and in their positions of maximum values.

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후향계단 DDES 해석의 길이척도 영향 분석 (EFFECT OF LENGTH-SCALE IN DDES FOR BACKWARD-FACING STEP FLOW)

  • 이충연;사정환;박수형;이은석;이진익;이광섭
    • 한국전산유체공학회지
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    • 제17권4호
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    • pp.24-31
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    • 2012
  • Effects of the subgrid length-scale in the Delayed-Detached Eddy Simulation(DDES) are investigated based on the Spalart-Allmaras(S-A) and the k-$\omega$ Shear Stress Transport(SST) turbulence models. Driver & Seegmiller's experimental results are used to validate numerical results. Grid convergence with grid resolution and subgrid length-scale is investigated. The simulation results show that the volume method for the subgrid length-scale is more resistant to unfavorable effects of the grid size in the periodic direction than the maximum method. Using a sufficient grid resolution and an appropriate subgrid length-scale, both S-A based DDES and SST based DDES methods can provide a good correlation with the experimental data.

Dynamic analysis of concrete beams reinforced with Tio2 nano particles under earthquake load

  • Sharifi, Morteza;Kolahchi, Reza;Bidgoli, Mahmood Rabani
    • Wind and Structures
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    • 제26권1호
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    • pp.1-9
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    • 2018
  • This research studies the dynamic analysis of a concrete column reinforced with titanium dioxide ($TiO_2$) nanoparticles under earthquake load. The effect of nanoparticles accumulation in a region of concrete column is examined using Mori-Tanaka model. The structure is simulated mathematically based on the theory of sinusoidal shear deformation theory (SSDT). By calculating strain-displacement and stress-strain relations, the system energies include potential energy, kinetic energy, and external works are derived. Then, using the Hamilton's principle, the governing equations for the structure are extracted. Using these equations, the response of the concrete column under earthquake load is investigated using the numerical methods of differential quadrature (DQ) and Newark. The purpose of this study is to study the effects of percentage of nanoparticles, nanoparticles agglomeration, geometric parameters and boundary conditions on the dynamic response of the structure. The results indicate that by increasing the volume percent of $TiO_2$ nanoparticles, the maximum dynamic deflection of the structure decreases.

Numerical simulations of a horizontal axis water turbine designed for underwater mooring platforms

  • Tian, Wenlong;Song, Baowei;VanZwieten, James H.;Pyakurel, Parakram;Li, Yanjun
    • International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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    • 제8권1호
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    • pp.73-82
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    • 2016
  • In order to extend the operational life of Underwater Moored Platforms (UMPs), a horizontal axis water turbine is designed to supply energy for the UMPs. The turbine, equipped with controllable blades, can be opened to generate power and charge the UMPs in moored state. Three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are performed to study the characteristics of power, thrust and the wake of the turbine. Particularly, the effect of the installation position of the turbine is considered. Simulations are based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the shear stress transport ${\kappa}-{\omega}$ turbulent model is utilized. The numerical method is validated using existing experimental data. The simulation results show that this turbine has a maximum power coefficient of 0.327 when the turbine is installed near the tail of the UMP. The flow structure near the blade and in the wake are also discussed.