• 한국지반공학회논문집
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• 제29권8호
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• pp.65-73
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• 2013

지중 열교환 시스템은 지속적인 에너지 효율의 개선으로 공간 냉난방을 위한 친환경적 에너지 기술로 주목받고 있다. 지중에 매설된 파이프는 내부 유체 순환을 통하여 인접한 지반과 열적 상호작용으로부터 직접적인 열에너지 교환을 수행한다. 하지만, 파이프의 수치모델링에서 열-수리가 연관된 난류해석과 파이프의 긴 세장비에 의한 메쉬사이즈의 부적합성은 열교환 시스템의 적절한 수치해석을 어렵게 하고 있다. 본 논문에서는 파이프 내부 유체흐름에 대한 에너지 보존의 법칙을 적용하여 지배방정식을 유도하였으며, Galerkin수식화와 시간적분을 통하여 열-수리 연동일차원 파이프 요소를 개발하였다. 그리고 제안된 파이프 요소를 기 개발된 다공질 재료를 위한 열-수리-역학(Thermo-Hydro-Mechanical) 해석을 위한 유한요소 프로그램과 결합하였다. 개발된 요소를 이용한 수치해석 결과는 열응답 시험(Thermal Response Test) 결과로부터 주위지반의 유효 열전도도를 평가하기 위하여 사용하는 선형 열원 모델이 인접 파이프간의 열적상호작용과 파이프의 단부효과에 의하여 지반의 열전도도를 과다 평가하는 것으로 보여주었다. 따라서 열응답 시험 해석 결과에 대한 역해석을 적용하여 최적의 수렴성을 보여주는 변환행렬을 제시하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권4호
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• pp.363-373
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• 2018

The evaluation of Thermo-Hydro-Mechanical (THM) coupling behavior is important for the development of underground space for various purposes. For a high-level radioactive waste repository excavated in a deep underground rock mass, the accurate prediction of the complex THM behavior is essential for the long-term safety and stability assessment. In order to develop reliable THM analysis techniques effectively, an international cooperation project, Development of Coupled models and their Validation against Experiments (DECOVALEX), was carried out. In DECOVALEX-2015 Task B2, the in situ THM experiment that was conducted at Horonobe Underground Research Laboratory(URL) by Japan Atomic Energy Agency (JAEA), was modeled by the research teams from the participating countries. In this study, a THM coupling technique that combined TOUGH2 and FLAC3D was developed and applied to the THM analysis for the in situ experiment, in which rock, buffer, backfill, sand, and heater were installed. With the assistance of an artificial neural network, the boundary conditions for the experiment could be adequately implemented in the modeling. The thermal, hydraulic, and mechanical results from the modeling were compared with the measurements from the in situ THM experiment. The predicted buffer temperature from the THM modelling was about $10^{\circ}C$ higher than measurement near by the overpack. At the other locations far from the overpack, modelling predicted slightly lower temperature than measurement. Even though the magnitude of pressure from the modeling was different from the measurements, the general trends of the variation with time were found to be similar.

• 전산구조공학
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• 제6권4호
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• pp.89-98
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• 1993

최근 원자력의 사용이 증가함에 따라 핵폐기물을 효과적으로 처리하는 문제에 관심이 집중되고 있다. 이러한 핵폐기물을 지층내에 저장할 경우 고온의 열에 의해 핵폐기물 구조체에 지대한 영향을 미치므로 지반의 열력학적 거동을 분석할 필요성이 요구된다. 본 연구는 지반내에 처분된 고온의 사용후 핵연료에 의한 열역학적인 응력이 집중되어 비선형 거동이 예상되는 저장구조체 주변에는 비선형 유한요소를 적용하고 선형거동이 예상되는 무한영역에는 선형경계요소를 사용하여, 일반적인 역학적 계와 동일한 방법으로 비선형 유한요소와 경계요소를 조합한 프로그램을 개발하였다. 사용후 핵연료 폐기구조체와 같이 국부적인 비선형거동이 예상되는 구조물에서는 조합방법이 전 영역을 비선형 유한요소로 모형화하여 해석하는 것보다 효율적임을 알 수 있었다. 또한, 지층내 지반에 영향 미치는 주요 지반계수를 변화시킨 경우, 터널경계의 변위에 이러한 계수들이 어떠한 영향을 미치는가를 개발된 방법을 사용하여 검토하였다. 검토결과, 다른 계수들의 변화보다 열팽창계수의 변화가 터널주위의 변위에 상당한 영향을 미침을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.59-67
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• 2003

본 연구에서는 지하수 유동 특성 해석의 신뢰도 증진을 위해서 우리나라 심부결정질 암석의 접촉 면적과 간극의 변화양상, 구속압과 온도에 따라 유체투과율의 변화 양상을 살펴보고자 하였다. 또한 역학적 물성과 열적 물성을 측정하여 모델링의 입력자료에 대한 신빙성을 높일 수 있도록 하였다. 실험 결과 초기 평균 간극은 544.33$\mu\textrm{m}$∼898.62$\mu\textrm{m}$ 범위를 보였으며 분포특성은 로그-정규분포 형태를 보였다. 구속압 변화에 따라 유체투과율은 감소하는 경향이 나타나고 온도 증가에 따라 유체투과율이 감소하는 경향을 보였으며 접촉 면적이 커지면 유체투과율 변화 폭이 작아짐을 이론과 실험을 통해 규명하였다. 암석의 역학적, 열적 물성을 측정한 결과 기존에 측정된 우리나라 화강암의 물성치와 근사한 값을 가지는 것으로 나타났다.

• 한국안전학회지
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• 제19권4호
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• pp.135-140
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• 2004

마모구조는 대략적으로 기계, 화학 및 열적 마모 등으로 구분되어 진다. 평면변형 유한요소법이 지속적인 칩 형성을 갖는 대각선 가공을 시뮬레이션 하기 위하여 새로운 재료의 응력 및 온도 필드와 같이 사용되었다. 작업소재의 변형은 등방성 변형 경화를 갖는 탄성-점소으으로 취급되며, 수치해석의 해는 소성 변형과 온도 필드의 결합을 설명하며, 온도 종속적인 재료 물성치로 취급된다. 이 논문에서 개발된 모델에서는 전단영역 주위의 변형률, 응력 및 온도 분포에 대한 구성모델의 불확실성의 영향들을 보여주며 예측된 전단영역의 응력, 변형률 및 온도의 평균값들은 기존의 실험 치와 비교해서 잘 맞는 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.817-822
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• 2017

제동 장치는 기계장치의 사용자나 시스템의 안전관점에서 가장 중요한 요소 중 하나이며, 작동 조건 내에서 신뢰성 있는 제동력이 유지 되어야 한다. 일반적으로 브레이크는 운동에너지를 마찰을 통해 열에너지로 변환하여 회전하는 기계장치를 제동한다. 운동에너지가 열에너지로 전환되는 과정에서 고온의 열이 발생하여 기계적 거동에 영향을 준다. 마찰열은 브레이크 시스템의 열팽창 및 마찰계수 변화 등에 영향을 주고 제어되지 않는 고온은 브레이크 성능을 저하시킨다. 따라서 브레이크의 발열을 예측하고 이를 제어하는 것은 중요하다. 마찰열을 예측하기 위한 다양한 수치해석 연구들이 수행되었지만, 계산의 효율 및 재원의 한계로 수치해석의 경계조건을 다양한 형태로 가정하여 마찰열 예측 연구를 수행하였다. 가정된 마찰열 거동은 실제 열전달 온도 분포 경황과 차이가 있고 이를 이용한 냉각 효과나 열응력 수치해석 결과의 신뢰성이 부족하다. 이러한 한계점을 극복하고 마찰열 예측 시뮬레이션 절차를 정립하기 위하여 본 연구에서는 열-구조 결합 요소를 사용하여 브레이크 시스템의 마찰열 발생을 직접적으로 모사하는 시뮬레이션을 수행하였다. 본 논문은 Finite Element Method(FEM)을 이용하여 브레이크 작동에 따른 마찰열 발생을 모사하고 열분포 특성을 분석하기 위해 브레이크 모델을 대상으로 열-구조 연성요소를 적용한 수치해석 연구를 수행하였다. 이 연구는 마찰열 직접 모사의 필요성을 제안하고 시뮬레이션에 필요한 정보를 제공할 수 있다 판단된다.

• Coupled systems mechanics
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• 제3권1호
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• pp.1-25
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• 2014

In this work, we present the theoretical formulation, operator split solution procedure and partitioned software development for the coupled thermomechanical systems. We consider the general case with nonlinear evolution for each sub-system (either mechanical or thermal) with dedicated time integration scheme for each sub-system. We provide the condition that guarantees the stability of such an operator split solution procedure for fully nonlinear evolution of coupled thermomechanical system. We show that the proposed solution procedure can accommodate different evolution time-scale for different sub-systems, and allow for different time steps for the corresponding integration scheme. We also show that such an approach is perfectly suitable for parallel computations. Several numerical simulations are presented in order to illustrate very satisfying performance of the proposed solution procedure and confirm the theoretical speed-up of parallel computations, which follow from the adequate choice of the time step for each sub-problem. This work confirms that one can make the most appropriate selection of the time step with respect to the characteristic time-scale, carry out the separate computations for each sub-system, and then enforce the coupling to preserve the stability of the operator split computations. The software development strategy of direct linking the (existing) codes for each sub-system via Component Template Library (CTL) is shown to be perfectly suitable for the proposed approach.

• Elastomers and Composites
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• 제53권3호
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• pp.175-180
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• 2018

Solution-styrene-butadiene rubber (SSBR) composites were manufactured using four kinds of fillers: silica-silane coated carbon black (SC-CB) hybrid, starch-SC-CB hybrid, pure silica, and pure starch. The influence of filler type on the mechanical properties of the rubber matrix was studied in this work. SC-CB was prepared by silane-graft-coating using vinyl triethoxy silane and carbon black, which enhanced the dispersion effect between the rubber matrix and the filler, and improved the mechanical properties of the compounds. The morphology of the composites was observed by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The thermal decomposition behavior of the composites was determined by thermogravimetric analysis (TGA), and the crosslinking behavior of the composites was tested using a rubber process analyzer (RPA). The hardness, tensile strength, swelling ratio, and gas transmittance rate of the composites were evaluated according to ASTM. The test results revealed that with the addition of SC-CB, the hybrid fillers, especially those blended with silica, showed a better reinforcement effect, the highest hardness and tensile strength, and stable thermal decomposition behavior. This implies that the silica-SC-CB hybrid filler has a notable mechanical reinforcement effect on the SSBR matrix. Because of self-crosslinking during its synthesis, the starch-SC-CB hybrid filler produced the most dense matrix, which improved the anti-gas transmittance property. The composites with the hybrid fillers had better anti-swelling properties as compared to the neat SSBR composite, which was due to the hydrophilicity of silica and starch.

• 열처리공학회지
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• 제8권3호
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• pp.213-221
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• 1995

Temperature distribution, transformation and residual stresses generated during the quenching process of carbon steel. It follows many difficulties in the analytical considerations on those quenching process because of the coupling effects on temperature and metallic structures. In this paper one of the basic study on the quenching stresses was carried out for the case of the round steel bar specimen(SM45C) with 40mm both in its diameter and length. The temperature distributions considering strain hysteresis were numerically calculated by finite element technique. In calculating the transient temperature field, the heat flux between water and rod surface was determined from the heat transfer coefficient. The gradient of temperature is almost same to geometric of specimen. At early stage of the quenching process, the abrupt temperature gradient has been shown in the surface of the specimen.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권3호
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• pp.849-859
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• 2022

Feed-water valves (FWVs) are used to regulate the flow rate of water entering steam generators, which are very important devices in nuclear power plants. Due to the working environment of relatively high pressure and temperature, there is strength failure problem of valve body in some cases. Based on the thermo-fluid-solid coupling model, the valve body stress of the feed-water valve in the opening process is investigated. The flow field characteristics inside the valve and temperature change of the valve body with time are studied. The stress analysis of the valve body is carried out considering mechanical stress and thermal stress comprehensively. The results show that the area with relatively high-velocity area moves gradually from the bottom of the cross section to the top of the cross section with the increase of the opening degree. The whole valve body reaches the same temperature of 250 ℃ at the time of 1894 s. The maximum stress of the valve body meets the design requirements by stress assessment. This work can be referred for the design of FWVs and other similar valves.