Induction heating of float metal products has an increasing importance in many applications, because it generates the heat within workpiece itself and provides high power densities and productivity. In this study, the induction heating of a steel plate to simulate the line heating is investigated by means of the Finite Element Analysis of the magnetic field and temperature distribution. A numerical model is used to calculate temperature distribution within the steel plate during the induction heating with a specially designed inductor. The effects of materital properties depending on the temperature and magnetic field are taken into consideration in an iterative manner. The simulation results show good magnetic field with experimental data and provide good understanding of the process. Since the numerical model demonstrates to be suitable for analysis of induction heating process, the effects of air gap and frequency on magnetic-flux and power-density distribution are also investigated. It is revealed that these process parameters have an important roles on the electro-magnetic field and power-density distribution governing the temperature distribution of the plate.
Process design has been performed for the warm hydroforming of light weight alloy tubes. For the heating of tubes, specially designed induction heating system has been adopted to ensure rapid heating of tubes. The induction heating system uses 30kHz frequency induction coil in order to concentrate the energy in the tube and prevent the energy loss. But the induced heat by the integrated heating system, consisting of induction coil, tube, pressure oil and dies, was normally not equally distributed over the length and circumference of the tube specimen, and consequent temperature distribution was non-uniform. So additional heating element has been inserted into the inside of the tube to maintain the forming temperature and reduce temperature drop due to heat loss to the molds. And for that heat loss, a heat insulation system has also been installed. The drop in flow stress at elevated temperatures results in lower internal pressure for hydroforming and lower clamping forces. The proposed warm hydroforming process has been successfully implemented when applying 6061 aluminum extruded tubes.
Sculptured surface structures such as ship hulls are traditionally formed up to the required double curved shape by line heating method. The nature of the line heating process is a transient thermal process, followed by a thermo-elastic-plastic stress field. The permanant shape is dependent on many factors involved in the process, Among them are torch speed and path, supplied heat type and amount , and plate size. Thus, the work is essentially leaded by experts with lots of experiences. However, in order to effectively improve productivity through automation, each factor should be clearly examined how much it affects the final shape. This can not be done only by experiments, but can be achieved by a mechanics-based approach. In this paper, we propose a conceptual configuration for plate forming system, and then present simulations of the line heating process with numerical data in practices and suggest a computerized process of the line heating for practical applications. The modeling of heating torch, water cooling, and the plate to be formed is proposed for the finite element analysis after the mechanics of line heating is studied. Parametric studies are given and discussed for the effects of plate thickness, torch speed and initial curvature in forming a saddle typed surface.
Jeongtae Kim;Insung Park;Gwantae Kim;Taekyu Kim;Hongsoo Ha
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제25권2호
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pp.14-18
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2023
Superconducting layers deposited on the metal substrate using the pulsed laser deposition process (PLD) play a crucial role in exploring new applications of superconducting wires and enhancing the performance of superconducting devices. In order to improve the superconducting property and increase the throughput of superconducting wire fabricated by pulsed laser deposition, high temperature heating device is needed that provides high temperature stability and strong durability in high oxygen partial pressure environments while minimizing performance degradation caused by surface contamination. In this study, new heating device have been developed for PLD process that deposit and growth the superconducting material continuously on substrate using reel-to-reel transportation apparatus. New heating device is designed and fabricated using iron-chromium-aluminum wire and alumina tube as a heating element and sheath materials, respectively. Heating temperature of the heater was reached over 850 ℃ under 700 mTorr of oxygen partial pressure and is kept for 5 hours. The experimental results confirm the effectiveness of the developed heating device system in maintaining a stable and consistent temperature in PLD. These research findings make significant contributions to the exploration of new applications for superconducting materials and the enhancement of superconducting device performance.
본 연구에서는 흑연섬유(GF)의 전기적 특성을 변화시키기 위하여 질소관능기 도입을 실시하였고, 처리조건에 따라 흑연섬유의 발열성능을 평가하였다. 흑연섬유는 $200^{\circ}C$에서 2 h 동안 열-고상반응법으로 처리되었다. 질소도핑 된 흑연섬유의 표면특성은 XPS로 조사되었으며, 저항 및 발열온도는 전위계 시스템과 열화상카메라를 이용하여 측정하였다. XPS 결과 우레아 함량이 증가함에 따라 흑연섬유 표면의 질소관능기가 증가하였으며, 이 질소관능기가 도입됨에 따라서 흑연섬유의 발열특성이 또한 향상되었다. 우레아 처리된 흑연섬유의 최대 발열온도는 60 V에서 $53.8^{\circ}C$로 나타났으며, 이는 미처리 흑연섬유와 비교하여 발열특성이 약 55% 향상됨을 알 수 있었다. 이러한 효과는 열고상반응법에 의해서 흑연섬유 표면에 도입된 질소관능기 때문에 기인한 것으로, 이는 흑연섬유의 열적 특성에 상당히 영향을 주었다.
불연속 탄소섬유-에폭시 복합재의 저항발열 특성에 관한 연구를 수행하였다. 1, 3, 5 wt.% 불연속 탄소섬유가 함유된 복합재 시험편을 초음파 처리와 캐스트 몰딩(cast molding)을 이용하여 제조하였다. 시편에 DC 전류 인가시 발생되는 저항열에 의한 시편의 표면온도 변화를 적외선 카메라를 이용하여 측정하였다. 발열온도를 예측하기 위해서 유한요소해석을 수행하였는데, 실측된 온도와 부합함을 확인하였다. 탄소섬유의 함량과 인가전압이 증가할수록 발열저항에 의해서 발생된 열은 증가함을 확인하였다. 복합재 내에서 균일한 온도분포를 얻기 위해서는 탄소섬유의 분산상태가 중요하며, 대기온과 습도 등 실험환경이 발열온도에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 카본나노튜브(CNT) 면상발열체에 preceramic polymer 중 하나인 실세스퀴아잔을 코팅하여 고온에서 안정적인 발열이 가능한 CNT/SiCN 복합체 시트를 제조하였다. 제조된 복합체 필름은 FE-SEM을 통해 실세스퀴아잔이 CNT 면상발열체의 표면을 모두 코팅한 것을 확인하였다. 또한 800℃의 열처리를 통해 실세 스퀴아잔이 SiCN 세라믹으로 전환되어도 표면의 결함이 발견되지 않고 온전한 구조를 유지하는 것을 확인하였다. CNT/SiCN 복합체 시트는 질소와 공기 분위기 모두에서 기존의 CNT 시트보다도 높은 열적 안정성을 확보할 수 있었다. 마지막으로 제조된 CNT/SiCN 복합체 필름은 대기 중에서 700℃ 이상의 온도로 발열이 가능하였고 발열 후 온도를 식히고 재발열 또한 성공적으로 이루어졌다.
본 연구에서는 화재에 의한 콘크리트의 단면손실과 역학적 특성을 저하하는 주요 요인 가운데 온도증가율, 즉 초기가열구배를 변화시키면서 모의화재실험을 수행하였다. 그리고 수행된 모의화재실험에서 관찰된 단면손실을 모사하기 위하여 요소제거모델을 활용한 유한요소해석법에 의해 열전달해석을 수행하였다. 이때 모의화재실험결과와 수치해석결과가 가장 일치하는 대류열전달계수를 반복적인 해석과정을 통해 도출하였다 이상의 과정으로부터 얻어진 초기가열구배에 따른 대류열전달계수의 변화를 조사한 결과, 각 초기가열구배별 대류열전달계수의 변화는 분수함수 형태로 근사시킬 수 있었다. 최종적으로 모의화재실험으로부터 도출된 초기가열구배별 대류열전달계수의 변화 결과를 내삽하여 다양한 초기가열구배에 따른 화재경과시간별 대류열전달계수의 변화를 추정할 수 있는 수식을 함께 제시하였다.
Thick cylindrical structures, such as assemblies with electrical induction heaters or nuclear fuel element, are sometimes subjected to thermal stresses from internal heating. Such stresses are produced by temperature gradients between the inside and outside surfaces. These problems possess symmetry about either a point or an axis. the objective of this paper is to present the determination of the temperature distribution and thermal stress-strain within a conducting body by finite element method.
The present research deals with structural analysis and optimal design of the heating drum of a hot-rolling press for medium density fiberboard. Stress concentration in the journal of the heating drum is analyzed by the submodel technique of the finite element method. The fatigue life under operating conditions is analyzed and evaluated by the stress-life theory. Shape optimal design problems, to minimize the maximum stress occurring in the journal, are formulated and shape parameters of the corner fillets of the journal are defined as the design variables. The problems are solved by the numerical optimization method and optimal shapes are found. The optimal designs are shown to be reliable in terms of the maximum stress and the fatigue life.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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