• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제21권1호
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• pp.13-25
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• 1997

전 세계의 대형 저속 디젤 엔진을 설계.제작하는 회사는 1980년대에 들어오면서 MAN - B&W, SULZER, MITSUBISHI의 3파전 양상을 띠고 있으며, 세계 시장점유율에서는 MAN - B&W가 50%이상을 차지하고 있다. 한국은 현재 한국중공업, 현대중공업, 쌍용중공업 및 삼성중공업에서 대형 저속 디젤 엔진을 생산하고 있다. 국내에서 생산되고 있는 대형 저속 디젤 엔진은 대부분이 MAN - B&W형이고 SULZER형이 약 20%를 차지하고 있다. 기술력은 위의 3사에 거의 의존하고 있으며, 설계보다는 생산에 치중하고 있는 실정이다. 선박용 엔진 구조물은 베드 플레이드(bed plate), 실린더 프레임(cylinder frame), 프레임 박스(frame box)등이 주 스테이 볼트(long stay bolt)에 의하여 체결되어 한 개의 대형 수직 구조물을 이루고 있으며, 프레임 박스의 안내면(guide plate)과 베드 플레이트의 베어링 지지부(bearing support)등은 엔진의 폭발력과 선박의 추진력을 직접적으로 받으므로 구조적 결함과 하자 보수의 문제들이 발생하고 있다. 이와 같은 사용상 및 제작상의 제문제를 해결하기 위해서는 유한요소 구조 해석 능력을 자체 보유하여 구조 설계상의 문제점을 분석하고 엔진 구조물의 취약 부위를 집중 검토하여야하며, 이를 통해 선박의 운항 중에 일어날 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있다. 그러나 국내에서는 이러한 대형 엔진 구조물의 설계/해석 기술이 거의 없고 구조적 문제점이 발생할 경우에는 모든 사항을 설계사(licensor)에 전적으로 의존하고 있는 실정이다. 한편, 설계 기술을 보유하고 있는 MAN - B&W, NEW SULZER DIESEL사 등은 정밀 구조 해석을 통하여 기존 엔진 구조물에 대한 안전성 및 신뢰성을 높임과 동시에 신 모델 개발에 박차를 가하고 있으나, 기술 이전은 회피하고 있어 대형 엔진 구조물에 대한 구조 해석 기술의 개발이 시급하다고 할 수 있다. 본 해설에서는 CAD/CAE(Computer Aided Design/Computer Aided Engineering)를 이용하여 위에서 제시된 대형 엔진 구조물의 구조해석 절차와 방법에 대해 간략히 설명하고자 한다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권1호
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• pp.28-35
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• 2020

본 논문은 회전익 항공기의 동체에 특정 장비를 장착하기 위한 지지 구조물에서 균열이 발생하여 이를 개선하기 위한 목적으로 수행한 연구이다. 회전익 항공기 동체의 스킨(Skin) 구조물에 추가된 지지 구조물인 더블러(Doubler)는 개발 단계에서의 하중을 기반으로 설계 및 제작 되었으며, 항공기 운용 중 특정 시점에 더블러의 표면에서 균열이 발견되었다. 균열의 원인을 찾기 위해서 장비 장착 시 체결 조건으로 발생할 수 있는 원 구조물의 초기 변형을 고려하고, 항공기 날개 통과 주파수와 해당 구조물의 고유 주파수를 동특성 해석 조건으로 고려 하였다. 이러한 시나리오의 검토 결과로 초기 변형을 유발하는 패스너 체결 부위의 물리적인 틈(Gap) 제거를 위한 심(Shim)구조물을 추가하고, 두께가 보강된 더블러를 장착하였다. 개선된 설계의 구조적 검증을 위한 동특성 해석 결과를 검토하여 구조 강도의 증가를 확인하고, 더블러에 대한 피로 평가 수행을 통해 항공기 요구 수명 조건 또한 충족함을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.73-79
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• 2009

본 논문에서는 승객 보호용으로 지하철 역사에 설치된 PSD(승강장 스크린 도어)의 상부 헤더박스 내에 부착되어 개폐용 유리문을 지지하는 알루미늄 구동(레일)부재에 대한 구조해석과 최적설계를 수행하였다. 구동부재의 볼트 체결부에 대한 엄밀한 구조해석을 위하여 물리적 현상과 일치하도록 상세 유한요소 모델링하여 해석의 정확도를 높였다. 또한 유리문이 구동부재에 걸려 있으면서 개폐될 때 발생하는 하중의 이동상태를 고려한 구조해석 결과, 설계 목표치인 내구 수명 20년이 만족되었다. 구동부재 단면의 단면 길이를 설계변수로 하고 설계제약조건(응력의 최소화, 중량의 감소)에 만족할 수 있도록 반응표면법을 적용한 최적화를 수행하여 15%의 감량 결과를 도출하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.337-342
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• 2011

매우 큰 편심하중을 지지하면서 상하로 수직위치를 제어하는 의료용 리프트 칼럼은 수직위치의 정확도를 확보하기 위해 매우 낮은 구조적 변형과 진동은 물론 높은 피로강도가 요구된다. 리프트 칼럼은 일반적으로 3단 슬라이딩 붐구조로 유도전동기로 작동되며, 상하운동에 따라 변동응력을 나타낸다. 본 연구에서는 리프트 칼럼의 상하운동으로 야기되는 변동응력에 따른 피로강도를 수치해석적으로 예측하였다. 한 주기 상하운동에 따른 응력변동은 유한요소해석으로 구하였으며, 피로수명은 Palmgren-miner기법과 재료의 S-N선도를 적용하여 예측하였다. 수치해석의 신뢰성을 확보하기 위하여 리프트 칼럼의 상세형상과 체결부위을 반영한 3차원 FEM모델을 생성하였으며, 칼럼과 패드사이 계면은 접촉조건으로 처리하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권2호
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• pp.175-181
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• 2018

전기펌프시스템은 기존 터보펌프의 가스발생기, 구동기 및 터빈이 필요 없는 매우 간결한 구조를 갖고 있어 저가 소형 위성 발사체의 차세대 추진기관으로써 최근 주목받고 있다. 그래서 본 논문에서는 로켓엔진용 전기펌프 시스템의 가장 중요한 핵심부품인 영구자석 동기모터(PMSM)의 개발 및 발사체로의 적용 가능성을 파악하기 위하여 50 kW, 50,000 RPM의 성능을 가지는 전기모터에 대한 개념설계안을 도출하였다. 요구되는 전기모터의 성능을 만족시키기 위해서 전자기장해석을 수행하여 모터의 전체 외경과 회전자의 내경을 결정하였으며, 회전자는 4,000 가우스의 Sm2Co17 원통형 자석을 이용하여 Inconel 718 재료의 캔으로 체결하였다. 또한, 엔진구동시 모터 운전 영역에서의 회전 동역학적 안정성을 검증하기 위해서 회전체 동역학해석을 수행하였으며, Campbell 선도를 통하여 설계한 모터의 단품운전 뿐만 아니라 성능확인을 위한 Dynamo meter 운전 시에도 공진현상이 발생하지 않음을 해석적으로 확인할 수 있었다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제29권2호
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• pp.95-103
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• 2020

본 논문에서는 경량구조 적용을 위한 구조 접합부 설계를 제시하였다. 압력에 대한 구조 안정성 연구를 위하여 용접부 접합부와 볼트 접합부에 대한 모델을 설계하였다. 확립된 모델의 신뢰성 검증을 위하여, 비선형 해석을 수행하였고, 실험결과와 비교하였을 때 유사한 결과를 확인하였다. 또한 비교연구를 통하여 구조설계 재료와 적합한 용접방법을 선택하였으며, 볼트의 개수와 위치에 따른 파단하중 시뮬레이션을 진행하여 응력에 따른 안정성을 분석하였다. 마지막으로, 접합부 모델을 기반으로 경량 구조를 모델링하고 구조 해석을 수행하였다. 그 결과, 용접부와 볼트체결을 적용하여 설계된 구조가 접합부를 적용하지 않은 구조에 비해 최대응력이 31.4% 감소함을 확인하였다. 이 결과를 토대로, 경량구조의 안정성 해석 시 접합부 모델링의 필요성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제34권2호
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• pp.101-107
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• 2021

복합재료를 활용하여 설계되는 구조물은 각 부품들의 조립, 체결부를 갖게 된다. 이러한 연결 또는 조인트는 구조에서 잠재적으로 취약 부분이 될 수 있다. 복합재료 볼트 조인트의 파손모드는 구조 안전성을 위해 베어링 파손모드로 설계된다. 베어링 파손모드로 파괴되는 복합재료 볼트 조인트의 하중-변위 관계는 초기 파손 발생 후 비선형 거동을 보이며, 점진적인 파손을 보인다. 이러한 비선형적이고 점진적인 복합재료 볼트 조인트의 파손거동을 정확히 예측하기 위해 본 연구에서는 기존의 파손해석 모델에서 전단 손상변수 계산 과정에 수정을 수행하였다. 수정된 파손해석 모델을 이용하여 복합재료 볼트 조인트의 베어링 응력-베어링 변형률 결과를 예측하였으며, 기존 수정되지 않은 해석모델과 비교를 통해 수정된 모델의 유효성을 입증하였다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제2권1호
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• pp.101-109
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• 1999

본 논문은 항공기 구조물의 체결용 홀(hole)을 냉간가공(cold working)할때 홀주변에 생성되는 잔류응력이 균열발생 수명과 균열성장에 미치는 영향을 연구한 내용이다. 항공기용 재료로 많이 사용되는 AL7075-T6 및 AL2024-T3 시편으로 측정된 계수를 Morrow의 수명예측식에 적용하여 수정된 냉간가공(cold working)에 관한 수명예측식을 제안하였다. 수정된 계산식으로 얻어진 수명예측값과 실험에 의하여 이미 알려진 값이 비교적 일치함을 보여 이러한 재료에 대하여 수명예측이 가능함을 보였다. 균열성장 예측을 위해 역시 AL7075-T6 재료에 대하여 가중함수(weight function)방법으로 잔류응력 세기계수를 구하여 Forman의 균열성장 예측식을 수정하여 계산 한 결과 이 또한 알려진 실험값과 거의 일치함을 보여 실험에 사용한 재료의 구조물 해석에 유용 할 것으로 보인다. 본 연구는 항공기용 구조물의 홀주변을 냉간가공 (cold working)할 때 생성되는 잔류응력의 영향을 연구하는 기초적인 단계 일 뿐이며, 향후 실제 정비현장에서 적용 할 수 있는 대상분야와 연구 방향에 대한 보다 심층적 연구가 필요함을 보인다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권5호
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• pp.707-713
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• 2013

커플링 볼트는 조립, 분해 시 작업자의 안전이 고려되는 부분이나 공정 중단의 비용이 중요한 부분에서 기존의 일반볼트를 대체한다. 해양과 발전분야에서 세계적으로 광범위하게 적용되어, 회전하는 플랜지 결합에 사용되어 왔고, 국제적인 국가 선급 협회나 규제기관의 사용을 승인받아 왔었다. 커플링 볼트는 유압식으로 인장되어 플랜지 사이를 안정적으로 단단히 결합한다. 본 논문에서는 발전소 커플링 볼트의 국산화를 위해, 역설계를 통해 현재 사용 중인 볼트의 치수를 측정, 역학적인 수식을 통해 권장 체결하중의 기준을 살펴보았다. 마찰계수는 실험을 통해 선정하였고, 구조해석을 통해 체결상태를 확인하였다. 형상변수에 따른 접촉압력의 변화를 볼트 재설계시 참고할 수 있도록 나타내었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.121-128
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• 2010

저층 장스팬 철골프레임에는 강재절감을 위해 휨모멘트 저항에 극대화한 판폭 두께비가 큰 변단면 부재를 사용하고 있다. 게다가, 밀착조임 볼트접합은 고장력 볼트조임에 비하여 공사비 절감과 시공용이성의 장점을 지니고 있다. 한편, 밀착조임 엔드플레이트 접합사용에 다수 장점을 가지고 있음에도 불구하고 구조적 거동 및 해석상의 복잡함이 존재한다. 이에 본 연구에서는 밀착조임 엔드플레이트 접합형 변단면 부재에 대한 실대형 실험을 행하였다. 변수로는 체결 토크치, 재하패턴, 볼트종류, 접합부 파괴형이다. Silva et al.과 AISC(2003)에서 제시한 강성 및 내력식을 이용한 예측결과를 실험결과와 비교하였다.