Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.6
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pp.913-922
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1987
In this paper the solidification phenomena at the molten pool has been modeled and simulated in terms with the one dimensional unsteady-state heat transfer of the solid and molten phase and the pressure distribution in the solid phase for the twin-roller continuous casting of Sn-15% Pb. The further purpose of this study was to effectively analyze the thermal and mechanical deformation of roll applying the results of the heat transfer and the pressure distribution to the boundary conditions. The strip thickness of rapidly solidified metallic strip decreases with increasing angular velocity of the roller and with increasing initial roll gap. For this reason the roll spacing and angular velocity of the rolls are considered to be main variables. The recommended optimal casting regimes for continuous strip dimensions is near 0.8mm-1.0mm in thickness at the given angular velocity .omega.=2.0 rad/sec. Results of the experiment using Sn-15% Pb are compared with model predictions. The calculated roll deformation has been in good agreement with the observed value of roll deformatiion. All the deformation. All the deformation of the roller is within the elastic range, the plastic yielding are not occured. However, these elastic stresses are sufficient to take place of the shortened roller life by the thermal fatigue and a notch fatigue. The higher cooling rates were obtained by a twin-roller quenching technique. Also the quenched microstructure of the rapidly solidified shell was verified.
Kim, Jong-Hyun;Korea Aerospace University, Jae-Seong;Lee, Jung;Kwag, No-Gwon;Lee, Bo-Young
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.5
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pp.485-492
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2009
The thermal fatigue crack(TFC) is one of the life-limiting mechanisms at the nuclear power plant operating conditions. In order to evaluate the structural integrity, various non-destructive test methods such as radiographic test, ultrasonic test and eddy current are used in the industrial field. However, these methods have restrictions that defect detection is possible after the crack growth. For this reason, acoustic emission testing(AET) is becoming one of powerful inspection methods, because AET has an advantage that possible to monitor the structure continuously. Generally, every mechanism that affects the integrity of the structure or equipment is a source of acoustic emission signal. Therefore the noise filtering is one of the major works to the almost AET researchers. In this study, acoustic emission signal was collected from the pipes which were in the successive thermal fatigue cycles. The data were filtered based on the results from previous experiments. Through the data analysis, the signal characteristics to distinguish the effective signal from the noises for the TFC were proven as the waveform difference. The experiment results provide preliminary information for the acoustic emission technique to the continuous monitoring of the structure failure detection.
Park, Tae-Keun;Kim, Jin-Sun;Jung, Hee-Suk;Kim, Jung-Soo;Kim, Do-Hyong;Lee, Young-Joo
Proceedings of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Conference
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2006.05a
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pp.20-24
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2006
In this paper we investigated the method of examining the accelerated life test on LED traffic signal module by the temperature. The longevity presumption of the LED type signal light by a general heat cycle test used and executed cycle when it was done to longevity by the heat cycle test number and the acceleration factor of a real system requirements of this heat cycle test. Therefore, it reports on the introduction of the acceleration type from which the LED traffic signal module is done here to clarify the above-mentioned acceleration factor with the object and the acceleration factor is requested the test atmosphere actually in the system requirements.
Kwon, Oh Young;Jang, Young Moon;Lee, Young-ho;Choa, Sung-Hoon
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.24
no.1
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pp.103-111
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2017
In this study, the thermomechanical stress and fatigue analysis of a high voltage and high current (3,300 V/1200 A) insulated gate bipolar transistor (IGBT) module used for electric locomotive applications were performed under thermal cycling condition. Especially, the reliability of the copper wire and the ribbon wire were compared with that of the conventional aluminum wire. The copper wire showed three times higher stress than the aluminum wire. The ribbon type wire showed a higher stress than the circular type wire, and the copper ribbon wire showed the highest stress. The fatigue analysis results of the chip solder connecting the chip and the direct bond copper (DBC) indicated that the crack of the solder mainly occurred at the outer edge of the solder. In case of the circular wire, cracking of the solder occurred at 35,000 thermal cycles, and the crack area in the copper wire was larger than that of the aluminum wire. On the other hand, when the ribbon wire was used, the crack area was smaller than that of the circular wire. In case of the solder existing between DBC and base plate, the crack growth rate was similar regardless of the material and shape of the wire. However, cracking occurred earlier than chip solder, and more than half of the solder was failed at 40,000 cycles. Therefore, it is expected that the reliability of the solder between DBC and base plate would be worse than the chip solder.
Thermal stress and elastic creeping stress analysis was conducted by finite element method to simulate start-up process of a boiler header of 500MW standard fossil power plant. Start-up temperature and operating pressure history were simplified from the real field data and they were used for the thermal stress analysis. Two kinds of thermal stress analysis were considered. In the first case only temperature increase was considered and in the second case both of temperature and operating pressure histories were considered. In the first analysis peak stress was occurred during the temperature increase from the room temperature. Hence cracking or fracture may occur at the temperature far below the operating maximum temperature. In the results of the second analysis von Mises stress appeared to be higher after the second temperature increase. This is due to internal pressure increase not due to the thermal stress. When the stress components of radial(r), hoop($\theta$) and longitudinal(z) stress were investigated, compression hoop stress was occurred at inner surface of the stub tube when the temperature increased from room temperature to elevated temperature. Then it was changed to tension hoop stress and increased because of the operating pressure. It was expected that frequent start-up and shut-down operations could cause thermal fatigue damage and cracking at the stub tube hole in the header. Elastic-creeping analysis was also carried out to investigate the stress relaxation due to creep and stabilized stress after considerable elapsed time. The results could be used for assessing the creep damage and the residual life of the boiler header during the long-tenn service.
Insulating glass units (IGUs) have been widely used in buildings in recent years due to their superior thermal insulation performance. However, because of the panel reciprocating motion and fatigue deterioration of sealants under long-term wind loads, many IGUs have the problem of early failure of watertight properties in real usage. This study aimed to propose a statistical method for wind-induced deflection of IGU panels during the whole life service period, for further precise analysis of the accumulated fatigue damage at the sealed part of the edge bond. By the estimation of the wind occurrence regularity based on wind pressure return period, the events of each wind speed interval during the whole life were obtained for the IGUs at 50m height in Beijing, which are in good agreement with the measured data. Also, the wind-induced deflection analysis method of IGUs based on the formula of airspace coefficient was proposed and verified as an improvement of the original stiffness distribution method with the average relative error compared to the test being about 3% or less. Combining the two methods above, the deformation of the outer and inner panes under wind loads during 30 years was precisely calculated, and the deflection and stress state at selected locations were obtained finally. The results show that the compression displacement at the secondary sealant under the maximum wind pressure is close to 0.3mm (strain 2.5%), and the IGUs are in tens of thousands of times the low amplitude tensile-compression cycle and several times to dozens of times the relatively high amplitude tensile-compression cycle environment. The approach proposed in this paper provides a basis for subsequent studies on the durability of IGUs and the wind-resistant behaviors of curtain wall structures.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.4
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pp.1178-1185
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2010
Recently, high speed of container freight cars is causing fatigue damage of wheel. Sudden failure accidents cause a lot of physical and human damages. Therefore, damage analysis for wheel prevents failure accident of container freight car. Wheel receives mechanical and thermal loads at the same time while rolling stocks are run. The mechanical loads applied to wheel are classified by the horizontal load from contact of wheel and rail in curve line section and by the vertical force from rolling stocks weight. Also, braking and deceleration of rolling stocks cause repeated thermal load by wheel tread braking. Specially, braking of rolling stocks is frictional braking method that brake shoe is contacted in wheel tread by high breaking pressure. Frictional heat energy occurs on the contact surface between wheel tread and brake shoe. This braking converts kinetic energy of rolling stocks into heat energy by friction. This raises temperature rapidly and generates thermal loads in wheel and brake shoe. There mechanical and thermal loads generate crack and residual stress in wheel. Wetenkamp estimated temperature distribution of brake shoe experimentally. Donzella proposed fatigue life using thermal stress and residual stress. However, the load applied to wheel in aforementioned most researches considered thermal load and mechanical vertical load. Exact horizontal load is not considered as the load applied to wheel. Therefore, above-mentioned loading methods could not be applied to estimate actual stress applied to wheel. Therefore, this study proposed safety estimation on wheel of freight car using heat-structural coupled analysis on the basis of loading condition and stress intensity factor.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.32
no.2
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pp.144-156
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1999
Thermal Barrier Coating with Functional Gradient Materials (FGM-TBC) can play an important role to protect the parts from harmful environments in high temperatures such as oxidation, corrosion, and wear and to improve the efficiency of aircraft engine by lowering the surface temperature on turbine blade. FGM-TBC can increase the life spans of product and improve the operating properties. Therfore, in this study the evaluations of mechanical and thermal properties of FGM-TBC such as fatigue, oxidation and wear-resistance at high temperatures have been conducted. The samples of both the TBC with 2, 3, 5 layers (YSZ/NiCrAlY) to be produced by Air Plasma Spray method (APS) and the bulk TBC with 6 layers to be produced by Plasma Assisted Sintering method (PAS) were used. Furthermore, residual stress, bond strength, and thermal conductivity were evaluated. The average thickness of the APS was 500$\mu\textrm{m}$ to 600$\mu\textrm{m}$ and the average thickness of the PAS was 3mm. The hardness number of the top layer of APS was 750 Hv to 810Hv and that of PAS was 950 Hv to 1440Hv. The $ZrO_2$ coating layer of APS was composed of tetragonal structure after spraying as the result of XRD analysis. As shown in the results of the high temperature wear test, the 3 layer coating of APS had the best wear resistance at $800^{\circ}C$ and the 5 layer coating of APS had the best wear resistance at $600^{\circ}C$. But, these coatings had the tendency of the low-temperature softening at $300^{\circ}C$. The main mechanism of wear was the adhesive wear and the friction coefficient of coatings was increased as increasing the test temperatures. A s results of thermal conductivity test, the ${\Delta}T$ of the APS coating was increased as number of layer and the range of thermal conductivity of the PAS was $800^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2002.04a
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pp.88-89
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2002
The aims of this study is to realize the structural design for development of a medium scale E-glass/epoxy composite wind turbine blade for a 750KW class horizontal axis wind turbine system. In this study, the various load cases specified by the IEC61400-1 international specification and GL Regulations for the wind energy conversion system were considered, and a specific composite structure configuration which can effectively endure various loads such as aerodynamic and centrifugal loads, loads due to accumulation of ice, hygro-thermal and mechanical loads was proposed. In order to evaluate the structure, the structural analysis for the composite wind turbine blade were peformed using tile finite element method(FEM). In the structural design, the acceptable blade structural configuration was determined through the parametric studies, and the most dominant design parameters were confirmed. In the stress analysis using the FEM, it was confirmed that the blade structure was safe and stable in any various load cases Moreover the safety of the blade root joint with insert bolts, newly devised in this study, was checked against the design fond and the fatigue.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.8
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pp.46-52
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1999
Large valves for steam turbines of fossil power plants are exposed to a severe mechanical and thermal loading resulting from steam with high pressure and high temperature. Valve casings are designed to withstand such a loading. During the operation of a plant, temperatures at inner and outer surface of the casings are measured and steam flow is controlled so that the measured difference is lower than the maximum allowable value determined in the design stage. In this paper, a method is presented to calculate the maximum allowable temperature difference at the inner and outer surface of valve casings for steam turbines of fossil power plants. The finite element method is used to analyze distribution of temperature and stresses of a casing under the operating condition. Low cycle fatigue and creep rupture are taken into consideration to determine the maximum allowable temperature difference. The method can be usefully applied in the design stage of the large valves for the steam turbines, contributing to safe and reliable operation of the fossil power plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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