• 대한기계학회논문집A
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• 제36권6호
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• pp.599-608
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• 2012

일체형 원자로의 안전주입 노즐 이종금속 용접부의 잔류응력에 대한 레이저 피닝의 효과를 고찰하기 위해 상용 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 implicit 동적 유한요소 해석을 통해 연구를 수행하였다. implicit 동적 유한요소 해석은 기존의 실험 결과와의 비교에 따르면 레이저 피닝을 통한 잔류응력 이완에 대해 타당하다고 확인된다. 한편 내부 보수용접이 수행된 이종금속 용접부에 대해 해석이 수행되며 그 결과는 축방향 및 원환 잔류응력 모두 내부 보수용접에 기인하여 노즐의 내표면에서 인장임을 나타낸다. 또한 용접 잔류응력 이완에 대한 최대 충격 압력, 압력 지속 시간, 스폿 직경 및 피닝 방향과 같은 여러 변수의 효과를 고찰하기 위해 변수 해석 또한 수행하였다. 결과적으로, 레이저 피닝은 내표면 근처 영역의 잔류응력을 주로 이완시키는 예방정비 효과가 있음을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.892-899
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• 2002

콘크리트 휨 부재의 내하능력을 개선하는 방법들 중에서, 최근에 와서, 기존의 철근콘크리트 부재에서 사용하는 철근을 대신하여 섬유보강폴리머(FRP) 복합재료 층으로 보강한 콘크리트 부재에 관한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구는 휨을 받는 원형단면 FRP 콘크리트 부재의 거동을 예측하기 위한 해석모델에 중점을 두고 있다. FRP층과 내부에 충진된 콘크리트로 이루어진 부재의 응력 및 변형을 예측하기 위하여 층분할 단면해석 모델이 제시되었다. 콘크리트의 압축거동이 횡방향 팽창에 의존한다는 가정과 다축 압축 응력상태의 구성관계에 기초하여 FRP 층으로 둘러 쌓인 콘크리트의 응력변형률 관계를 정식화하였다. 고전적 적층이론에서, FRP 층의 거동은 2차원 적층의 면내거동의 응력-변형률 관계에 기초한 등 가직교재료특성에 기초하여 정식화하였다. 소개된 해석모델의 검증을 위하여 원형단면 FRP 콘크리트 휨 부재의 4점 실험과 비교한 결과, 본 모델은 부재의 모멘트-곡률 관계, 단면에서의 축방향 변형률뿐만 아니라 횡방향 변형률, 그리고 FRP 층으로 인한 콘크리트의 구속효과의 증진에 관한 거동 특성들을 잘 예측해 주었다.

• 한국재료학회지
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• 제18권10호
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• pp.547-551
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• 2008

Crack-free joining of $Si_3N_4\;and\;Al_2O_3$ using 15 layers has been achieved by a unique approach introducing Sialon polytypoids as a functionally graded materials (FGMs) bonding layer. In the past, hot press sintering of multilayered FGMs with 20 layers of thickness $500{\mu}m$ each has been fabricated successfully. In this study, the number of layers for FGM was reduced to 15 layers from 20 layers for optimization. For fabrication, model was hot pressed at 38 MPa while heating up to $1700^{\circ}$, and it was cooled at $2^{\circ}$/min to minimize residual stress during sintering. Initially, FGM with 15 layers had cracks near 90 wt.% 12H / 10 wt.% $Al_2O_3$ and 90 wt.% 12H/10 wt.% $Si_3N_4$ layers. To solve this problem, FEM (finite element method) program based on the maximum tensile stress theory was applied to design optimized FGM layers of crack free joint. The sample is 3-dimensional cylindrical shape where this has been transformed to 2-dimensional axisymmetric mode. Based on the simulation, crack-free FGM sample was obtained by designing axial, hoop and radial stresses less than tensile strength values across all the layers of FGM. Therefore, we were able to predict and prevent the damage by calculating its thermal stress using its elastic modulus and coefficient of thermal expansion. Such analyses are especially useful for FGM samples where the residual stresses are very difficult to measure experimentally.

• Smart Structures and Systems
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• 제21권1호
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• pp.27-35
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• 2018

In the water-filling and preloading test, the sensing cables were installed on the surface of steel spiral case and in the surrounding concrete to monitor the strain distribution of several cross-sections by using Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA), a kind of distributed optical fiber sensing (DOFS) technology. The average hoop strain of the spiral case was about $330{\mu}{\varepsilon}$ and $590{\mu}{\varepsilon}$ when the water-filling pressure in the spiral case was 2.6 MPa and 4.1 MPa. The difference between the measured and the calculated strain was only about $50{\mu}{\varepsilon}$. It was the first time that the stress adjustment of the spiral case was monitored by the sensing cable when the pressure was increased to 1 MPa and the residual strain of $20{\mu}{\varepsilon}$ was obtained after preloading. Meanwhile, the shrinkage of $70{\sim}100{\mu}{\varepsilon}$ of the surrounding concrete was effectively monitored during the depressurization. It is estimated that the width of the gap between the steel spiral case and the surrounding concrete was 0.51 ~ 0.75 mm. BOTDA based distributed optical fiber sensing technology can obtain continuous strain of the structure and it is more reliable than traditional point sensor. The strain distribution obtained by BOTDA provides strong support for the design and optimization of the spiral case structure.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.13-17
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• 2015

In superconducting coil applications particularly in wet wound coils, coated conductor (CC) tapes are subjected to different type of stresses. These include hoop stress acting along the length of the CC tape and the Lorentz force acting perpendicular to the CC tape's surface. Since the latter is commonly associated with delamination problem of multi-layered CC tapes, more understanding and attention on the delamination phenomena induced in the case of coil applications are needed. Difference on the coefficient of thermal expansion (CTE) of each constituent layer of the CC tape, the bobbin, and the impregnating materials is the main causes of delamination in CC tapes when subjected to thermal cycling. The CC tape might also experience cyclic loading due to the energizing scheme (on - off) during operation. In the design of degradation-free superconducting coils, therefore, characterization of the delamination behaviors including mechanism and strength in REBCO CC tapes becomes critical. In this study, transverse tensile tests were conducted under different loading conditions using different size of upper anvils on the GdBCO CC tapes. The mechanical and electromechanical delamination strength behaviors of the CC tapes under transverse tensile loading were examined and a two-parameter Weibull distribution analysis was conducted in statistical aspects. As a result, the CC tape showed similar range of mechanical delamination strength regardless of cross-head speed adopted. On the other hand, cyclic loading might have affected the CC tape in both upper anvil sizes adopted.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.25-28
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• 2017

In superconducting coil applications particularly in wet wound coils, coated conductor (CC) tapes are subjected to different type of stresses that could affect its electromechanical transport property. These include hoop stress acting along the length of the CC tape and the Lorentz force acting perpendicular to the CC tape's surface. Since the latter is commonly associated with the delamination problem of multi-layered REBCO CC tapes, more understanding and attention on the delamination phenomena induced in the case of coil applications are needed. Difference on the coefficient of thermal expansion (CTE) of each constituent layer of the CC tape, the bobbin, and the impregnating materials is the main causes of delamination in CC tapes when subjected to thermal and mechanical cycling. In the design of degradation-free superconducting coils, therefore, characterization of the delamination behaviors including mechanism and strength in the multi-layered REBCO CC tapes becomes a critical issue. Various trials to increase the delamination strength by improving interface characteristics at interlayers have been performed. In this study, in order to investigate the influences of laser cleaning and Ag annealing treated at the substrate side surface, transverse tensile tests were conducted under different sample configurations using $4.5mm{\times}8mm$ upper anvil. The mechanical delamination strength of differently processed CC samples was examined at room temperature (RT). As a result, the Sample 1 with the additional laser cleaning and Ag annealing processes and the Sample 2 with additional Ag annealing process only showed higher mechanical delamination strength as compared to the Sample 3 without such additional treatments. Sample 3 showed quite different behavior when the loading direction is to the substrate side where the delamination strength much lower as compared to other cases.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.521-526
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• 2005

원전 격납건물의 축대칭 모델은 해석상의 간편성으로 인하여 널리 사용된다. 하지만, 일반적인 돔 텐던의 배치는 축대칭 형상이 아니며 곡률을 가진 돔에 임의로 배치된 관계로 축대칭 근사화시 좀 더 엄밀한 수학적 유도가 요구된다. 본 연구에서는 국내의 CANDU형 및 한국형 격납건물 돔에 비축대칭으로 배치된 텐던을 축대칭 모델에 적용하기 위한 합리적인 변환 절차를 제안하였다. 텐던 강성의 모델링에서는 실제 3차원으로 배치된 돔 텐던의 자오선방향 및 원환방향으로의 강성 기여를 고려할 수 있도록 텐던을 등가의 층으로 근사화하였다. 프리스트레싱의 효과는 등가하중법 및 초기응력법 관점에서 고찰하였으며, 축대칭 모델의 방법론에 적합하도록 등가하중 및 초기응력을 유도하였다. 후속 논문에서는 제안된 모델을 적용한 수치 예제들을 범용구조해석 프로그램으로 해석하고 타당성을 검증하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권4호
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• pp.1236-1249
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• 2021

Although there are still controversial opinions and uncertainty on application of SiC_f/SiC composite cladding as next-generation cladding material for its great oxidation resistance in high temperature steam environment and other outstanding advantages, it cannot deny that SiC_f/SiC cladding is a potential accident tolerant fuel (ATF) cladding with high research priority and still in the engineering design stage for now. However, considering its disadvantages, such as low irradiated thermal conductivity, ductility that barely not exist, further evaluations of its in-pile behaviors are still necessary. Based on the self-developed code we recently updated, relevant thermohydraulic and mechanical models in FROBA-ATF were applied to simulate the cladding behaviors under normal and accident conditions in this paper. Even through steady-state performance analysis revealed that this kind of cladding material could greatly reduce the oxidation thickness, the thermal performance of UO₂-SiC was poor due to its low inpile thermal conductivity and creep rate. Besides, the risk of failure exists when reactor power decreased. With geometry optimization and dopant addition in pellets, the steady-state performance of UO₂-SiC was enhanced and the failure risk was reduced. The thermal and mechanical performance of the improved UO₂-SiC was further evaluated under Loss of coolant accident (LOCA) and Reactivity Initiated Accident (RIA) conditions. Transient results showed that the optimized ATF had better thermal performance, lower cladding hoop stress, and could provide more coping time under accident conditions.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.257-263
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• 2021

복합재료는 높은 비 강성 및 비 강도 특성으로 인해 기체 혹은 액체 연료를 저장하기 위한 압력 용기의 설계 및 제작에 널리 활용되고 있다. 이에 따라, 압력용기의 파열압력 또는 파단 변형률의 기계적 특성의 보다 정확한 측정은 상용화 전에 필수적 요소이다. 그러나, 기존의 시험방법을 활용한 복합재료 압력 용기의 안전성 검증은 하중 전달 매체의 변형으로 인한 추가적인 에너지 손실의 발생과, 불필요한 하중 및 모멘트의 발생 등의 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 수직기둥의 이론적인 하중전달 정도와 적용 가능한 수직방향 변위를 고려하여 세그먼트형 링 버스트 시험장치를 설계하였다. 또한, 세그먼트 형 링 버스트 시험장치의 균일한 압력분포를 검증하기 위해 수치해석을 활용하였고, 수압 시험방법과 링 시편의 원주방향 응력 및 변형률 분포를 비교하였다. 복합재료 압력용기의 파괴 거동을 모사하기 위해 Hashin 파손 기준을 적용하였고, 실험적으로 파단 변형률을 측정하여 이를 수치해석 결과와 비교하였다.

• Composites Research
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• 제21권3호
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• pp.9-17
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• 2008

본 논문에서는 저속충격하중을 받은 필라멘트 와인딩 탄소섬유강화 복합재 압력용기의 잔류강도 저하특성에 대한 수치해석 및 실험결과에 대해서 논한다. 복합재 압력용기의 원통부의 여러 곳에 대해 낙하 공구의 끝단을 모사한 삼각형 충격자를 사용한 저속 충격시험이 실시되었고, 유한요소해석을 수행하여 충격시의 기계적 변형 및 응력분포 거동에 대한 예측을 실시하였다. 충격하중을 받은 복합재 압력용기의 잔류강도 저하 특성을 정량적으로 평가하기 위해, 충격부위를 포함하는 원환시편을 압력용기의 실린더부로부터 채취하여, 원주방향 내압인장강도 측정 수압시험법으로부터, 원환시편의 수압파열 압력을 측정하였다. 결과적으로 본 연구를 통해 충격 에너지의 수준에 따른 잔류강도 변화가 성공적으로 계측되었으며, 복합재 압력용기의 충격손상허용을 정량적으로 평가하기 위한 유용한 방법론이 정립되었다.