• Title/Summary/Keyword: 1차원 열 해석

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An Estimation of Equivalent Heat Source for Thermal Analysis of Steel Deck Bridge under Pavement Procedure (강바닥판 교량의 포장시 열영향 해석을 위한 등가열원 산정기법)

  • Chung, Heung-Jin;Yoo, Byoung-Chan;Lee, Wan-Hoon
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.20 no.5
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    • pp.653-660
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    • 2007
  • Since the temperature of asphalt for deck plate of steel bridge during paying procedure is relatively high as $240^{\circ}C\;to\;260^{\circ}C$, the temperature of deck plate of bridge rises mere than $100^{\circ}C$ and excessive displacement and stress could occur. In order to avoid undesirable failure of base plate and determine the optimal pavement pattern, a thorough thermal analysis is needed. General structural model which is made of beam and plate element should be modified for transient heat transfer analysis; asphalt pavement material and convection effect on surface of structure need to be added. A new technique with the Equivalent Heat Source (EHS) for numerical thermal analysis for steel bridge under thermal load of Guss asphalt pavement is proposed. Since plate/beam elements which were generally used for structural analysis for bridge cannot explain convection effect easily on plate/beam surface, EHS which is determined based on calculated temperature with convection effect is used. To verify the EHS proposed in this study, numerical analyses with plate elements are performed and the results are compared with estimated temperatures. EHS might be used for other thermal analyses of steel bridge such as welding residual stress analysis and bridge fire analysis.

Thermo-Elastic Analysis, 3-Dimensional Stress Analysis and Design of Carbon/Carbon Brake Disk (탄소/탄소 브레이크 디스크의 열탄성 해석과 3차원 응력해석 및 설계)

  • 오세희;유재석;김천곤;홍창선;김광수
    • Composites Research
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    • v.15 no.1
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    • pp.41-52
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    • 2002
  • This paper presents the thermo-elastic analysis for searching the behavior of carbon/carbon brake system during the braking period and the 3-D stress analysis to find the shape of the brake disk which is safe to the failure. The mechanical properties of the carbon/carbon brake disk were measured for both in-plane and out of plane directions. The mechanical properties were used as the input of the thermo-elastic analysis and 3-dimensional stress analysis for the brake disk. The gap between rotor clip and clip retainer is an important parameter in the loading transfer mechanism of the rotor disk. The change of gap was considered both the mechanical deformation and thermal deformation. Because the rotor clip and clip retainers were not contacted, they were excluded from the analysis model. Rotor disk was modeled by using the cyclic symmetry condition. The contact problems between rotor clip and key drum as well as between rotor disk and rotor were considered. From the results of the 3-D stress analysis, the stress concentration at the key hole of the brake disk was confirmed. The stress distributions were studied thor the variation of the rotation angle of the contact surface and the radius of curvature at the key hole part.

Development of 2-ton thrust-level sub-scale calorimeter (추력 2톤급 축소형 칼로리미터 개발)

  • Cho, Won-Kook;Ryu, Chul-Sung;Chung, Yong-Hyun;Lee, Kwang-Jin;Kim, Seung-Han;Lee, Soo-Yong
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.33 no.3
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    • pp.107-113
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    • 2005
  • A calorimeter of 2-ton thrust level rocket engine chamber has been developed to measure the wall heat flux. The liner of the chamber is made of copper-chromium alloy to maximize the heat transfer performance and structural strength. 1-D design code based on empirical correlations has been used for the prediction of the global thermal characteristics while 3-D CFD has been applied for the verification of local cooling performance. The predicted average wall heat flux at the throat is 43 $MW/m^{2}$ for the combustion chamber pressure of 53 bar. The chamber structure is confirmed to be safe at the pressure of 150 bar through 2-D stress analysis and measurement of the strain of the test species. Finally, the test of pressurizing the calorimeter chamber has been performed with water at the pressure of 150 bar in room temperature environment. No thermal damage has been detected after the hot-fire test in the test nozzle of same cooling performance with the developed calorimeter though the measured throat heat flux is higher than the design value by 10%.

Performance Prediction of SOFC using Numerical Analysis (전산해석을 이용한 SOFC 성능 예측)

  • Park, S.M.;Oh, T.Y.;Kim, J.Y.;Lee, H.I.
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 2011.05a
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    • pp.88.1-88.1
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    • 2011
  • 본 연구에서는 SOFC 시스템 설계기술 개발을 위한 기초 연구로서 전산해석을 이용한 SOFC 성능예측 기법을 개발하였다. 기본설계 단계에서 SOFC의 성능을 개략적으로 예측할 수 있는 1차원 예측 모델을 정립하였으며, 온도, 조성, 전해질, 전극 두께 등을 비롯한 다양한 조건 변화에 따른 성능예측을 수행하여 실험값과 비교한 결과 최대전력밀도 조건에서 23%의 오차를 갖는 것으로 나타났다. 또한 Stack 제작단계에서 다양한 운전조건과 형상변화에 따른 SOFC 성능 변화를 예측할 수 있는 3차원 해석기법을 정립하였으며, 최대전력밀도에서 5.1%의 오차를 보였다. 포괄적인 열 및 물질 전달 현상과 전기화학반응을 3차원적으로 해석함으로써 보다 정확한 예측이 가능하였다. 또한 수소와 적당량의 수분을 함께 공급할 경우 SOFC 성능이 향상되는 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발된 기술을 활용할 경우 시제품 제작 전에 전지시스템의 성능을 미리 예측할 수 있으므로, 향후 제품 개발시 제작비용 절감과 설계기간 단축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

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A Study on Convergence Contact Behavior of Friction Heat and Pad on Disk Brake (디스크 브레이크에서 마찰열과 패드에 작용하는 융합 접촉거동에 관한 연구)

  • Han, Seung-Chul;Lee, Bong-Gu
    • Journal of the Korea Convergence Society
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    • v.9 no.1
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    • pp.283-289
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    • 2018
  • In automotive disc brake systems, frictional heat is not uniformly dispersed for reasons such as heat flux and thermal deformation. The thermoelastic deformation due to the frictional heat affects the contact pressure distribution and the contact load may be concentrated on the contact portion on the the disc brake surface, resulting in thermoelastic instability. In this study, thermal analysis and thermal deformation analysis considering the contact between disk and pad occurred during braking through 3D axial symmetry model with reference to the experimental equation and Kao's analysis method of contact pressure of disk and pad. ANSYS is used to analyze the thermal and elastic instability problems occurring at the contact surface between the disk and the pad, considering both the thermal and mechanical loads. A 3D axisymmetric model with direct contact between the disk and the pad was constructed to more accurately observe the thermal behavior of the disk by observing the frictional surface temperature, thermal deformation and contact thermal stress of the disk.

A Study on the Evaluation of Thermal Performance of Aluminium Alloy Window Frame considering 2D Steady-state Heat Transfer applied to Educadtional Facility (2차원 정상전열해석을 통한 교육시설의 알루미늄 창호 열성능 평가에 관한 연구)

  • Kang, Jung-Hun;Kwak, Young-Kuhn;Noh, Seung-Uk;Park, Dae-Ho;Lee, Ju-Ho;Hong, Wan-Pyo;Hwang, In-Kyu;Park, Tong-So
    • Proceedings of the KAIS Fall Conference
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    • 2011.05a
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    • pp.122-125
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    • 2011
  • 본 연구에서는 기존 교육시설에 설치된 알루미늄 합금 창의 2차원 정상상태 전열해석을 통한 열성능 평가를 수행하였다. 교육시설의 주요 창호재료로 적용된 알루미늄은 열전도율이 $175 \;Kcal/m^2h^{\circ}C$ 정도로 플라스틱 소재와 비교하여 매우 불리하여 기존 시설에 설치된 알루미늄 창호는 열손실의 주요인으로 지적되고 있다. 본 연구에서는 이러한 점에 착안하여 충남 서산지방에 위치한 대학건물의 알루미늄 합금 창호의 열성능 평가에 관한 연구를 수행하여 다음과 같은 해석 결과를 도출하였다. (1) 2차원 정상상태 전열해석을 위한 경계조건은 국토해양부고시 건축물의 에너지절약설계기준의 [별표 6] 중부지방 냉난방장치의 용량계산을 위한 설계 외기온 기준과 [별표 7]의 실내온도 기준을 적용하여 여름철 실내 $27^{\circ}C$, 실외 $31.3^{\circ}C$, 겨울철 실내 $21.0^{\circ}C$, 실외 $-9.6^{\circ}C$ 로 설정하고 해석한 결과 열관류율은 알루미늄 합금 창호는 $U=9.631 \;W/m^2K$, 복층유리 $U= 2.382 \;W/m^2K$로 여름철과 겨울철 동일한 해석결과치가 산출되었다. (2) 산출된 열관류율 해석결과를 건축물의 에너지절약설계기준 [별표 3] 열교차단재가 적용되지 않은 금속제 창의 단열성능 중 일반복층창 성능기준인 $4.0 \;W/m^2K$와 비교할 때, 알루미늄 창틀을 통하여 225%의 열량이 손실됨을 보여 주고 있다.

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Finite Element Formulation for the Finite Strain Thermo-Elasto-Plastic Solid using Exponential Mapping Algorithm : Model and Time Integration Scheme (지수 사상을 이용한 비선형 열-탄소성 고체의 유한요소해석 : 모델과 시간적분법)

  • 박재균
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.8 no.2
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    • pp.19-25
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    • 2004
  • The linear analysis for the balance of linear momentum of a structure is relatively easy to perform, but the error becomes large when the structure experiences large deformation. Therefore, the material and geometric nonlinearity need to be considered for the precise calculations in that case. The plastic flow of a ductile steel-like metal mainly transforms its dissipated mechanical energy into heat, which transfers under the first and second law of thermodynamics. This heat increases the temperature of the material and the strength of the material decreases accordingly, which affects mechanical behavior of the given structure. This paper presents a finite-strain thermo-elasto-plastic steel model. This model can handle large deformation and thermal load simultaneously, which is common during earthquake periods. Two 3-dimensional finite element analyses verify this formulation.

Thermal Design for a LED Light using Numerical Analysis (수치해석을 이용한 LED 조명등 방열 설계)

  • Hwang, Soon-Ho;Lee, Young-Lim
    • Proceedings of the KAIS Fall Conference
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    • 2010.05b
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    • pp.693-695
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    • 2010
  • 3~5W의 출력을 내는 MR16 LED 조명기구는 저 전력, 긴 수명으로 인해 에너지 문제를 해결하기 위한 중요한 요소로 작용한다. 반면에 정션 온도 상승으로 인해 수명이 급격히 단축하는 문제점이 발생하므로 방열 문제를 해결하는 것이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 단일 고출력 LED 패키지를 이용한 MR16 조명등의 개발을 위해 1차원 열저항 해석 및 3차원 CFD 해석을 수행하였다.

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Thermoelastic deformation and stress analysis of a FGM rectangular Plate (경사기능재료 사각 판의 열 탄성 변형과 응력 해석)

  • Kim,Gwi-Seop
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.31 no.1
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    • pp.34-41
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    • 2003
  • A Green's function approach is adopted for analyzing the thermoelastic deformation and stress analysis of a plate made of functionally graded materials (FGMs). The solution to the 3-dimensional steady temperature is obtained by using the laminate theory. The fundamental equations for thermoelastic problems are derived in terms of out-plane deformation and in-plane force, separately. The thermoelastic deformation and the stress distributions due to the bending and in-plane forces are analyzed by using a Green’Às function based on the Galerkin method. The eigenfunctions of the Galerkin Green's function for the thermoelastic deformation and the stress distributions are approximated in terms of a series of admissible functions that satisfy the homogeneous boundary conditions of the rectangular plate. Numerical examples are carried out and effects of material properties on thermoelastic behaviors are discussed.

A Linear Stability Analysis of Unsteady Combustion of Solid Propellants (고체추진제 비 정상연소의 선형 안정성해석)

  • 이창진;김성인;변영환
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • 1998.04a
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    • pp.29-29
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    • 1998
  • 고체 추진제 연소불안정에 관한 해석은 준-정상 1차원 해석인 QSHOD(Quasi-Steady Homogcneous One-Dimension)에 의하여 단순화된 지배방정식을 이용하여 응축영역을 해석하는 것이 일반적이다. 이때 외부교란에 대한 기체영역과 표면반응 영역의 응답은 화학반응이 발생하지 않는 고체영역의 응답에 비하여 매우 빠르므로 준-정상적인 거동을 한다. 본 연구에서는 복사열전달에 의한 열속(heat flux)이 고체 추진제의 표면에 존재하며 이 중의 일부가 고체영역에서 흡수될 때 표면에서의 선형교란을 고려한 ZN(Zeldovich-Novozhilov) 방법을 이용하여 연소불안정 현상을 이론적으로 해석하여 연소불안정 현상을 설명할 수 있는 연소 응답함수를 구하였다. 본 연구에서 얻어진 응답함수를 해석함으로써, Zebrowski등$^{(5)}$ 에 의하여 얻어진 복사열 교란에 대한 응답함수가 과소 평가된 응답특성을 나타내고 있음을 알았다. 또한 응답함수의 고유불안정성을 판별하는 민감계수 r과 k의 영역의 해석으로부터 SOn등$^{(6)}$ 에 의하여 밝혀진 안정 경계선의 안정한 영역보다 본 연구에서 구한 안정 경계영역이 줄어드는 경향을 보여주고 있다. 이것은 (6)에서 과소 평가된 복사열전달의 영향을 수정한 결과 때문이다.

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