• Composites Research
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• v.19 no.4
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• pp.31-38
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• 2006

In this study, effects of curing temperature and autofrettage pressure on a Type 3 cryogenic propellant tank, which is composed of composite hoop/helical layers and a metal liner, were investigated by thermo elastic analysis and composite/aluminum ring specimen tests. Temperature field of a Type 3 tank was obtained from solving the heat transfer problem and, in turn, was used as nodal temperature boundary conditions during the elastic analyses for curing temperature and autofrettage pressure effects. As a result, it was shown that the higher curing temperature was, the more residual compressive stress and tensile stress were induced in composites and metal liner, respectively. On the contrary, autofrettage pressure brought the reduction of these residual thermal stresses caused by cryogenic environments to the tank structure. This tradeoff for curing temperature and autofrettage pressure must be considered in the design and manufacturing stages for a Type 3 cryogenic tank.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.157-160
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• 2009

멀티 피직스 시스템은 구동을 수치적으로 해석하기 위하여 두 개 이상의 연성이 되어 있는 물리계를 고려해야하는 시스템을 일컫는다. 대표적인 예로 기계 분야에서 현재까지 많이 연구되어 왔던 열탄성(Thermal/Structure)과 유체/구조 연성(Fluid/Structure)시스템을 들 수 있다. 또한 현재 차세대 성장산업으로 많은 관심이 집중되고 있는 의료기기나 지능형 자동차와 로봇 등에서 사용되는 다양한 센서와 엑추에이터 등도 특별한 예로 들 수 있다. 특히, 한 개의 물리계 해석으로 시스템 해석이 가능한 기존의 일반적인 기계 시스템과는 달리 MEMS 등의 초소형 시스템은 시스템의 거동을 수치적으로 계산하기 위하여 여러 물리계의 연성을 고려해야 한다는 점에서 대표적인 다물리계 시스템의 예로 들 수 있다. 이렇게 우리생활에 밀접하게 쓰이고 있는 멀티 피직스 시스템은 단일 물리계 시스템과 비교하여 엔지니어의 경험에 의존하여 설계(Design)하기가 어려운 특성이 있다. 이에 이 연구 논문에서는 이런 멀티 피직스 시스템을 해석하고 최적화 하기위한 노력을 소개한다.

• Journal of the KSME
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• v.24 no.4
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• pp.275-283
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• 1984

유한요소기법은 원만한 온도변화를 갖는 이동경계문제에 대해 적용할 수 있음을 설명하였다. 상변화가 일어나는 요소에서 어느 한 시간 단계에 변화할 수 있는 온도의 범위는 상변화 온도 구간 보다 적어야 원만한 수치해를 얻을 수 있음을 소개하였다. 잠열의 효과를 엔탈피의 온도에 대한 변화율로 처리하여 열용량 행렬을 계산할 수 있음을 설명하였다. 급격한 변화를 갖는 온 도분포를 수치적으로 근사해를 구할 때 나타나는 파동형상은 연속적인 변수를 부분적으로 근사 해를 가정 하는데서 포함되는 오차에 기인한다. 따라서 이러한 급격한 변화의 변수를 취급하는 기법이 요구된다. 상변화를 수반하는 이동경계문제는 물의 결빙금속의 열처리, 용접, 고체연료의 연소 등에서 많이 접하게 되나 전문적인 프로그램이 없으므로(저자가 조사한 바에 의하면) 온 도분포를 요구하는 문제에서는 이의 선결이 요망되고 있다. 특히 구조해석문제에서 시간에 따라 온도조건이 변화는 경우가 많아 온도분포에 대해 따로 계산하고 그 후 구조해석을 하는 방법이 있으나, 이는 상변화와 같은 물성의 큰 변화가 없는 경우에만 가능하다. 따라서 상변화가 있는 문제에서 열탄성(thermo-elasticity)이나 열탄소성(thermoelasto-plasticity)해석을 하기 위해서는 이동경계와 구조해석을 동시에 하여야 한다.

• Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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• 2002.10a
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• pp.100-105
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• 2002

This paper predicts the material properties of spatially reinforced composites (SRC) and analyzes the thermo-elastic behavior of a kick motor nozzle manufactured from that material. To find the appropriate SRC structure for the nozzle throat that satisfies given design conditions, the equivalent material properties of the SRC are predicted using the superposition method for those of rod and matrix. Studied are the elastic behavior, temperature distribution, and thermo-elastic behavior of a kick motor nozzle composed of carbon/carbon SRC as a throat part. The elastic deformation of the nozzle composed of 3D carbon/carbon SRC shows asymmetry in a circumferential direction. However, 4D carbon/carbon SRC nozzle shows uniform deformation in the circumferential direction. Stress concentration in connecting parts of the kick motor nozzle is ultimately high due to the high temperature gradient in each connecting part. The thermo-elastic deformations of both the 3D and the 4D SRC nozzles are uniform in the circumferential direction due to the isotropy of CTE of each SRC. The deformation of the 3D SRC nozzle is a slightly smaller than that of the 4D SRC nozzle in the nozzle throat, which is favorably effective on rocket thrust. The circumferential stress is the most critical component of the kick motor nozzle. The 4D SRC nozzle having 1,1,1,1.7 diameters in each direction has the smallest circumferential stress among several SRC nozzles.

• Composites Research
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• v.25 no.2
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• pp.34-39
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• 2012

A thermo-poro-elastic constitutive model of unidirectionally fiber-reinforced composite materials is suggested by extending the unmixing-mixing scheme which is based upon composite micromechanics. The strain components of thermal expansion due to a temperature change, gas pressure in pores, and chemical shrinkage are included in the constitutive model. On purpose to verify the derived constitutive relations, the representative volume element of two-dimensional lamina subject to various loading conditions is analyzed by the finite element method. The overall stress and strain responses are obtained, and compared with the predicted values by the unmixing-mixing scheme. The numerical results show the usefulness of the proposed model to predict the thermoelastic behavior of porous composites.

• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.10 no.2
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• pp.88-97
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• 1996

The pupose of this study is to improve the mechanical properies and to evaluate the residual stresses of flame-sprayed Alumina ceramic coating layer. The first work in this study is to investigate the effects of strengthening heat treatments on the mechanical properties of coating layer. Strengthening heat treatments for sprayed specimens were carried out in vaccum furnace. The mechanical properties such as microhardness, thermal shock resistance, adhesive strength and erosion resistance were tested for the sprayed specimens after strengthening heat treatments. And it was clear that the mechanical properties of coating layer were much improved by strengthening heat treatments. The second work in this study is to evalute the residual stresses in coating lsyer by numerical analysis. FDM and FEM were used to analyze temperature distribution and residul stresses in coating layer. It was proved that are tensile stresses in coating layer and that residual stresses can be controlled by the appropriate selection of the spraying parameters such as preheat temperature, coating thickness and bond coat thickness.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.43-46
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• 2009

열탄성 부영역, 열탄점소성/손상 부영역, 공유면, 접촉 공유면에 기반을 둔 영역/경계 분할법을 적용하여 재료 비선형성을 갖는 열탄점소성 손상 문제와 경계 비선형성을 갖는 접촉 문제의 효율적인 해석을 제안하였다. 영역 및 경계 분할에 관련된 공유면 및 접촉 공유면에서의 연속 구속 조건을 처리하기 위하여 간단한 벌칙 함수 기법을 적용하였다. 결과적으로 재료 및 경계 비선형성은 소수의 부영역과 접촉 경계면에서 계산되는 유한요소 행렬들에 국한된다. 따라서 적절한 해석 알고리듬을 구성하면 대폭적인 효율성 향상이 가능하게 된다. 대변형과 같은 기하학적 비선형성은 고려하지 않았으며, 간단한 수치 실험을 통해서 열탄점소성 손상 및 접촉 해석의 효율성에 관련된 기본적인 특성을 분석하였다.

• Composites Research
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• v.15 no.3
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• pp.52-61
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• 2002

For the aerothermoelastic analysis of cylindrical piezolaminated shells, geometrically nonlinear finite elements based on the multi-field layerwise theory hale been developed. Applying a Han Krumhaar's supersonic piston theory, supersonic flutter analyses are performed for the cylindrical piezolaminted shells subject to thermal stresses and deformations. The possibility to increase flutter boundary and reduce thermoelastic deformations of piezolaminated panels is examined using piezoelectric actuations. Results show that active piezoelectric actuations can effectively increase the critical aerodynamic pressure by retarding the coalescence of flutter modes and compensating thermal stresses.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.68-71
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• 2010

극심한 고온 및 고압 환경에 노출되기 쉬운 항공우주 구조물에서 발생하는 기계적 삭마 현상을 해석하기 위하여 영역/경계 분할법을 적용한 삭마 해석 모델을 제안하였다. 영역 및 경계는 상변화 현상에 의한 비선형 거동을 하는 삭마 부영역과 선형 거동을 하는 선형 열탄성 부영역, 공유면, 경계 공유면으로 분할하였다. 삭마 재료 내부의 열분해 반응은 엔탈피 방법을 이용하였으며, 표면 침식 반응은 공기역학적 전단 응력과 삭마 재료의 전단 강도를 기반으로 매칭 기법을 이용하였다. 화학적 및 열적 삭마는 고려하지 않았으며, 간단한 수치 해석을 통해서 기본적인 기계적 삭마 특성을 분석하였다.

• Tribology and Lubricants
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• v.15 no.4
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• pp.291-296
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• 1999

This paper presents the results of thermoelastic wear behaviors in ventilated disk brakes for a high-speed automotive and train using the finite element method. The computed results show that the sinusoidal distortions due to non-uniform distributions of temperature profiles may lead to thermoelastic wears on the rubbing surface. This may decrease the service life of a disk brake and produce micro-cracks, noise and squeals between two rubbing surfaces.