• 한국자동차공학회논문집
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• 제20권1호
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• pp.95-105
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• 2012

The selective catalytic reduction (SCR) system is a highly-effective aftertreatment device for NOx reduction of diesel engines. Generally, the ammonia ($NH_3$) was generated from reaction mechanism of SCR in the SCR system using the liquid urea as the reluctant. Therefore, the precise urea dosing control is a very important key for NOx and $NH_3$ slip reduction in the SCR system. This paper investigated NOx and $NH_3$ emission characteristics of urea-SCR dosing system based on model-based control algorithm in order to reduce NOx. In the map-based control algorithm, target amount of urea solution was determined by mass flow rate of exhaust gas obtained from engine rpm, torque and $O_2$ for feed-back control NOx concentration should be measured by NOx sensor. Moreover, this algorithm can not estimate $NH_3$ absorbed on the catalyst. Hence, the urea injection can be too rich or too lean. In this study, the model-based control algorithm was developed and evaluated on the numerical model describing physical and chemical phenomena in SCR system. One channel thermo-fluid model coupled with finely tuned chemical reaction model was applied to this control algorithm. The vehicle test was carried out by using map-based and model-based control algorithms in the NEDC mode in order to evaluate the performance of the model based control algorithm.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2005년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.51-54
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• 2005

Shape memory alloys (SMAs) find many applications in smart composite structural systems as the active components. Their ability to provide a high force and large displacement makes them an excellent candidate for an actuator for controlling the shape of smart structures. In this paper, using a macroscopic model that captures the thermo-mechanical behaviors and the two-way shape memory effect (TWSME) of SMAs smart morphing polymeric composite shell structures like shape-changeable UAV wings is demonstrated and analyzed numerically and experimentally when subjected to various kinds of pressure loads. The controllable shapes of the morphing shells to that thin SMA strip actuator are attached are investigated depending on various phase transformation temperatures. SMA strips start to transform from the martensitic into the austenitic state upon actuation through resistive heating, simultaneously recover the prestrain, and thus cause the shell structures to deform three dimensionally. The behaviors of composite shells attached with SMA strip actuators are analyzed using the finite element methods and 3-D constitutive equations of SMAs. Several morphing composite shell structures are fabricated and their experimental shape changes depending on temperatures are compared to the numerical results. That two results show good correlations indicates the finite element analysis and 3-D constitutive equations are accurate enough to utilize them for the design of smart composite shell structures for various applications.

• Steel and Composite Structures
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• 제33권4호
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• pp.509-523
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• 2019

In the present work, the buckling analysis of micro sandwich plate with an isotropic/orthotropic cores and piezoelectric/polymeric nanocomposite face sheets is studied. In this research, two cases for core of micro sandwich plate is considered that involve five isotropic Devineycell materials (H30, H45, H60, H100 and H200) and an orthotropic material also two cases for facesheets of micro sandwich plate is illustrated that include piezoelectric layers reinforced by carbon and boron-nitride nanotubes and polymeric matrix reinforced by carbon nanotubes under temperature-dependent and hydro material properties on the elastic foundations. The first order shear deformation theory (FSDT) is adopted to model micro sandwich plate and to apply size dependent effects from modified strain gradient theory. The governing equations are derived using the minimum total potential energy principle and then solved by analytical method. Also, the effects of different parameters such as size dependent, side ratio, volume fraction, various material properties for cores and facesheets and temperature and humidity changes on the dimensionless critical buckling load are investigated. It is shown from the results that the dimensionless critical buckling load for boron nitride nanotube is lower than that of for carbon nanotube. It is illustrated that the dimensionless critical buckling load for Devineycell H200 is highest and lowest for H30. Also, the obtained results for micro sandwich plate with piezoelectric facesheets reinforced by carbon nanotubes (case b) is higher than other states (cases a and c).The results of this research can be used in aircraft, automotive, shipbuilding industries and biomedicine.

• Computers and Concrete
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• 제27권4호
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• pp.355-367
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• 2021

This paper investigates the mechanical response of simply supported one-way reinforced concrete slabs under fire through numerical analysis. The numerical model is constructed using the software ABAQUS, and verified by experimental results. Generally, mechanical response of the slab can be divided into four stages, accompanied with drastic stress redistribution. In the first stage, the bottom of the slab is under tension and the top is under compression. In the second stage, stress at bottom of the slab becomes compression due to thermal expansion, with the tension zone at the mid-span section moving up along the thickness of the slab. In the third stage, compression stress at bottom of the slab starts to decrease with the deflection of the slab increasing significantly. In the fourth stage, the bottom of the slab is under tension again, eventually leading to cracking of the slab. Parametric studies were further performed to investigate the effects of load ratio, thickness of protective layer, width-span ratio and slab thickness on the performance of the slab. Results show that increasing the thickness of the slab or reducing the load ratio can significantly postpone the time that deflection of the slab reaches span/20 under fire. It is also worth noting that slabs with the span ratio of 1:1 reached a deflection of span/20 22 min less than those of 1:3. The thickness of protective layer has little effect on performance of the slab until it reaches a deflection of span/20, but its effect becomes obvious in the late stages of fire.

• 방사성폐기물학회지
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• 제4권2호
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• pp.117-131
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• 2006

한국의 고준위폐기물 기준 처분 시스템의 공학적 방벽에서의 T-H-M(Thermo-Hydro-Mechanical) 거동 실증을 위한 KENTEX(KAERI Engineering-scale T-H-M Experiment for Engineered Barrier System)실험 장치를 대상으로 열-수리-역학 연동현상 해석을 하여 온도, 포화도 및 응력의 변화를 예측하였다. 그리고 이들 변수와 열-수리-역학의 연동현상에 사용된 세물성법칙인 탄성물성법칙, 공극탄성 물성법칙 및 공극탄성-소성 물성법칙과의 관계를 분석하였다. 열-수리-역학 연동현상을 계산하는 데는 상용 유한요소 코드인 ABAQUS를 사용하였다. 열 계산에서 벤토나이트 내 온도는 히터 가열 후 초기에는 급격히 증가하다가 얼마의 시간이 경과한 후에는 거의 일정한 값에 도달하였다. 이 도달시간은 약 37.5일로 반경방향의 모든 지점(H=0.68m 일때)에서 정상상태에 도달한 것을 알 수 있었다. 즉, 히터와 벤토나이트 경계면에서는 $90^{\circ}C$, 벤토나이트와 외부 셀 경계면에서는 약 $70^{\circ}C$를 유지하였다. 열-수리-역학 연동현상 계산에서 시간에 따른 벤토나이트 포화도는 탄성 물성법칙, 공극탄성 물성법칙 및 공극탄성-소성 물성법칙의 세 경우 모두 거의 차이가 없었다. 열-수리-역학 계산 결과와 수리-역학 계산 결과의 비교에서 온도의 증가는 탄성 물성법칙 및 공극탄성 물성법칙 각각에 대해 시간이 경과함에 따라 포화도가 증가함을 초래해 포화가 빨리 진행됨을 알 수 있었다. 특히 히터에 가까운 쪽에서는물이 침투하고 있는 쪽 보다 포화도 증가가 큰 것으로 나타나 벤토나이트가 물로 포화되기 전의초기상태가 온도의 영향을 많이 받는 것을 알 수 있었다. 또한 응력은 세 물성 법칙 모두 시간의 경과에 따라 증가하는 경향을 보이나 탄성 물성법칙의 경우가 다른 두 경우보다 현저한 변화를 보이는데 이는 변형율이 탄성한계를 넘어서도 계속 작용하여 공극비 변화를 고려한 다른 두 물성법칙과 차이가 있음을 나타내고 있다. 그러나 공극탄성 물성법칙 및 공극탄성-소성 물성법칙의 경우에 열-수리-역학 계산 결과와 수리-역학 계산 결과를 비교하면 시간이 경과함에 따라 응력은 증가하지만 온도의 변화에 따른 서로의 응력의 차이는 작은 것을 알 수 있다. 즉 온도변화의 영향보다는 시간에 따른 포화도 변화의 영향이 더 큰 것으로 생각된다. 따라서 벤토나이트의 열-수리-역학 연동현상 해석에서 벤토나이트는 온도의 증가로 포화가 빨라지고, 포화도 증가는 응력을 증가시키는 결과를 보이므로 공극비, 열팽창 및 팽윤압 등의 영향을 받고 있는 것으로 이해된다. 그래서 벤토나이트의 열-수리-역학 연동현상 해석에서 벤토나이트는 공극비, 열팽창 및 팽윤압 등의 영향을 받으므로 탄성과 소성을 동시에 고려할 수 있는 물성법칙을 선택하는 것이 바람직하다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.270-288
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 역학적, 수리적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 해석해와의 비교를 통해 검증하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 본 연구에서는 사면체 개별 입자들을 이용하여 해석모델을 생성하고 3DEC을 이용하여 입자와 접촉에서의 거동을 해석하였다. 이 과정에서 등가연속체 개념을 적용해 입자기반모델의 미시물성을 산정할 수 있는 새로운 기법을 제시하였다. 한편, 균열 경사각과 거칠기, 경계응력조건 및 압력 조건에 따른 해석을 실시하여 각 해석조건이 균열의 수직, 전단방향 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 해석 결과, 제안된 수치모델은 경계응력에 따른 균열의 미끄러짐(fracture slip)과 유체 압력에 따른 균열의 개방(fracture opening), 균열 경사에 따른 응력 분포, 거칠기로 인한 전단변위의 구속 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 수치해석을 통해 계산된 균열의 수직방향, 전단방향 변위는 모두 해석해를 통해 계산된 값과 거의 일치하는 결과를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 다양한 조건의 실내시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.343-350
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• 2012

본 연구에서는 외부 개질기에 열원을 공급하기 위한 시스템 내에 가용한 열에너지의 활용 및 확보에 대한 해석을 위해서 외부 개질기를 연계한 평판형 SOFC 시스템의 해석 모델을 구축하고자 한다. 이러한 해석을 위한 모델 구축을 위해 Matlab simulink$^{(R)}$ 기반의 ThermoLib module을 사용하였으며, 구축된 해석 모델을 통하여 시스템의 성능 향상을 위한 구성 기법에 대해서 연구를 하였다. 시스템 구성 방법은 기존 시스템의 layout을 바꾸기 위해 공기극 출구가스 재순환 및 외부개질기와 촉매연소기를 통합한 개질반응시스템 적용, 개질기에 공급되는 혼합연료의 예열, 연료극 출구가스의 응축을 통한 연료 농도 향상 등을 고려하였다. 시뮬레이션의 해석 결과에서는 SOFC 시스템에 있어서 일반 연소기를 적용한 기준 시스템에 비하여 촉매 연소기를 사용한 시스템의 전기 효율이 12.13% 향상되었으며, 연료극 출구 가스를 응축시켜 버너로 연소시킨 시스템에서는 열효율이 76.12%로 가장 높았다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권1호
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• pp.133-140
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• 2014

본 연구의 목적은 국내 화력발전소에서 사용중인 인도네시아 석탄촤의 연소반응율을 연구하는 것이다. 석탄촤의 반응율은 External, Internal effectiveness factor를 고려하여 입자 내부 및 외부확산을 정량적으로 정리하였으며, Random pore model을 사용하여 탄소변환율에 따른 입자내부비표면적의 변화를 반영하였다. 가열 및 측정이 가능한 WHR(Wire Heating Reactor)를 활용하여 반응시간을 측정함으로써 석탄촤의 반응율을 도출하였고 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 및 TGA(Thermo-Gravimetric Analysis) 장비를 활용하여 석탄촤의 물리적인 특성인 내부비표면적과 Random pore model의 구조변수(${\Psi}$)를 측정하였다. 석탄 종에 따른 활성화에너지 및 빈도인자를 도출하기 위해 아역청탄인 BARAMULTI, ENERGYMAN, AGM탄을 사용하였다. 본 연구 결과에서 External, Internal effectiveness factors를 통해 확산에 따른 kinetics를 비교한 결과 외부 확산 보다 내부 확산의 영향이 지배적임을 확인하였다. 최종적으로 내부 및 외부 확산에 대한 영향을 고려한 3종의 석탄촤 Intrinsic kinetics의 활성화에너지는 110~118 kJ/mol의 값을 보였다.

• Computers and Concrete
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• 제25권6호
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• pp.497-507
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• 2020

This paper presents a numerical method for evaluating fire performance of prestressed concrete (PC) T shaped bridge girders under combined effect of structural loading and hydrocarbon fire exposure conditions. A numerical model, developed using the computer program ANSYS, is employed to investigate fire response of PC T shaped bridge girders by taking into consideration structural inherent parameters, namely; arrangement of prestressing strands with in the girder section, thickness of concrete cover over prestressing strands, effective degree of prestress and content of prestressing strands. Then, a sequential thermo-mechanical analysis is performed to predict cross sectional temperature followed by mechanical response of T shaped bridge girders. The validity of the numerical model is established by comparing temperatures, deflections and failure time generated from fire tests. Through numerical studies, it is shown that thickness of concrete cover and arrangement of prestressing strands in girder section have significant influence on the fire resistance of PC T shaped bridge girders. Increase in effective degree of prestress in strands with triangular shaped layout and content in prestressing strands can slow down the progression of deflections in PC T shaped bridge girder towards the final stages of fire exposure, to thereby preventing sudden collapse of the girder. Rate of deflection based failure criterion governs failure in PC T shaped bridge girders under most hydrocarbon fire exposure conditions. Structural inherent parameters incorporated into sectional configuration can significantly enhance fire resistance of PC bridge girders; thus mitigating fire induced collapse of these bridge girders.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제35권4호
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• pp.43-55
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• 2015

This paper presents the thermal hydraulic performance of a three dimensional rib-roughened solar air heater (SAH) duct with the one principal wall subjected to uniform heat flux. The SAH duct has aspect ratio of 12.0 and the Reynolds number ranges from 2000 to 12000. The roughness has relative rib height of 0.045, ratio of dimple depth to print diameter of 0.5 and rib pitch ratio of 8.0. The flow attack angle is varied from $35^{\circ}$ to $70^{\circ}$. Various turbulent flow models are used for the heat transfer and fluid flow analysis and their results are compared with the experimental results for smooth surfaces. The computational fluid dynamics (CFD) results based on the renormalization k-epsilon model are in better outcomes compared with the experimental data. This model is used to calculate heat transfer and fluid flow in SAH duct with the compound roughness of V-shaped ribs and dimples. The overall thermal performance based on equal pumping power is found to be the highest (2.18) for flow attack angle of $55^{\circ}$. The thermo-hydraulic performance for V-pattern shaped ribs combined with dimple ribs is higher than that for dimple rib shape and V-pattern rib shape air duct.