• 한국재료학회지
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• 제31권8호
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• pp.439-444
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• 2021

The oxidation resistance of the diffusion aluminide bond coat (BC) is compromised largely by interdiffusion (ID) effects on coated turbine blades of aeroengines. The present study is designed to understand the influence of ID on βNiAl coatings or BC. In this regard, nickel substrate and CMSX-4 superalloy are deposited. In total, four sets of BCs are developed, i.e. pure βNiAl (on Ni substrate), simple βNiAl (on CMSX-4 substrate), Zr-βNiAl (on CMSX-4 substrate) and Pt-βNiAl (on CMSX-4 substrate). The main aim of this study is to understand the interdiffusion of Al, Zr and Pt during preparation and oxidation. In addition, the beneficial effects of both Zr and platinum are assessed. Pure βNiAl and simple βNiAl show Ni-out-diffusion, whereas for platinum inward diffusion to the substrate is noticed under vacuum treatment. Interestingly, Zr-βNiAl shows the least ID in all BCs and exhibit stability under both vacuum and oxidation treatments. However, its spallation resistance is slightly lower than that of Pt-βNiAl BC. All BCs show similar oxide growth trends, except for Zr-βNiAl, which exhibits two-stage oxidations, i.e. transient and steady-state. Moreover, it is suggested that the localized spallation in all BCs is caused by βNiAl - γ'-Ni₃Al transformation.

• 한국추진공학회지
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• 제25권2호
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• pp.42-54
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• 2021

Aft-deck은 가스터빈 배기 플룸을 차폐하거나, 제트를 확산하여 외부 공기와 혼합율을 증가시켜 배기가스의 온도를 저감하기 위한 용도로 최신 무인항공기에 적용되고 있다. 본 연구에서는 Aft-deck의 설계 변수에 따라 노즐의 성능이 어떻게 영향을 받는지 알아보고자 하였다. Aft-deck의 설계 변수로는 길이, 확산각, 상부 덱 형상으로 선정하였으며, 길이 변수에 따른 추력과 차폐율 간의 상관관계를 제시하였다. 그리고 확산 각도의 범위에 따라 노즐 추력과 제트 확산에 대한 상관관계를 제시하였다. 또한, 상부 덱 제거를 통해 추력 향상 효과를 확인하였으며, 횡 방향 속도 벡터의 특성이 외부 유동과의 혼합 성능을 결정하는 것을 알게 되었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권10호
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• pp.3745-3765
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• 2022

The concrete structures related to nuclear safety are threatened by accidental impact loadings, mainly including the low-velocity drop-weight impact (e.g., spent fuel cask and assembly, etc. with the velocity less than 20 m/s) and high-speed projectile impact (e.g., steel pipe, valve, turbine bucket, etc. with the velocity higher than 20 m/s), while the existing studies are still limited in the impact resistant design of nuclear power plant (NPP), especially the primary RC slab. This paper aims to propose the numerical simulation and theoretical approaches to assist the impact-resistant design of RC slab in NPP. Firstly, the continuous surface cap (CSC) model parameters for concrete with the compressive strength of 20-70 MPa are fully calibrated and verified, and the refined numerical simulation approach is proposed. Secondly, the two-degree freedom (TDOF) model with considering the mutual effect of flexural and shear resistance of RC slab are developed. Furthermore, based on the low-velocity drop hammer tests and high-speed soft/hard projectile impact tests on RC slabs, the adopted numerical simulation and TDOF model approaches are fully validated by the flexural and punching shear damage, deflection, and impact force time-histories of RC slabs. Finally, as for the two low-velocity impact scenarios, the design procedure of RC slab based on TDOF model is validated and recommended. Meanwhile, as for the four actual high-speed impact scenarios, the impact-resistant design specification in Chinese code NB/T 20012-2019 is evaluated, the over conservation of which is found, and the proposed numerical approach is recommended. The present work could beneficially guide the impact-resistant design and safety assessment of NPPs against the accidental impact loadings.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제85권1호
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• pp.105-118
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• 2023

The present work is an attempt to develop a simple and accurate finite element formulation for the assessment of thermal shock/thermally induced vibrations in pretwisted and tapered functionally graded material thin (FGM) blades obtained from Voigt and local representative volume elements (LRVE) homogenization models, based on neutral surface approach. The neutral surface of the FGM blade does not coincide with its mid-surface. A finite element model (FEM) is developed using first-order shear deformation theory (FSDT) and the FGM turbine blade is modelled according to the shallow shell theory. The top and the bottom layers of the FGM blade are made of pure ceramic and pure metal, respectively and temperature-dependent material properties are functionally graded in the thickness direction, the position of the neutral surface also depends on the temperature. The material properties are estimated according to two different homogenization models viz., Voigt or LRVE. The top layer of the FGM blade is subjected to high temperature and the bottom surface is either thermally insulated or kept at room temperature. The solution of the nonlinear profile of the temperature in the thickness direction is obtained from the Fourier law of heat conduction in the unsteady state. The results obtained from the present FEM are compared with the benchmark examples. Next, the effect of angle of twist, intensity of thermal shock, variable chord and span and volume fraction index on the transient response due to thermal shock obtained from the two homogenization models viz., Voigt and LRVE scheme is investigated. It is shown that there can be a significant difference in the transient response calculated by the two homogenization models for a particular set of material and geometric parameters.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권10호
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• pp.1267-1274
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• 2012

가이드 베인은 수력발전소 수차에 공급되는 물량을 제어하는 핵심적인 역할을 수행한다. 가이드 베인 베어링 부슁에 발생하는 마모와 관련하여 많은 정비 사례들이 보고되고 있다. 수력발전소의 중요기능인 주파수 조정, 급전 등과 같은 부수적 서비스는 가이드 베인을 작게 열고 운전하는 저개도율 운전을 반복적으로 수행하게 한다. 이러한 저개도율 운전은 가이드 베인 베어링 부슁의 마모율을 증가시키는 것으로 경험적으로 알려져 있다. 본 연구에서는 수력발전소의 가이드 베인 저개도율 운전이 가이드 베인 베어링 부슁의 마모를 가속시키는 효과를 유한요소 유동/응력 해석 및 상대적인 마모 평가를 통해 정량적으로 평가한다. 평가 결과, 가이드 베인 개도율이 작을수록 가이드 베인면에 작용하는 압력이 증가하고 가이드 베인 스템 외면과 베어링 부슁 내면 사이의 접촉길이는 감소하였으며 베어링 부슁 표면에 작용하는 접촉압력이 크게 발생하여 상대적으로 마모량이 증가함을 확인하였다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2019년도 추계학술대회
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• pp.150-152
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• 2019

본 연구에서는 3차원 수치조파수조기법을 이용하여 연안 구조물로 인한 파동장의 변화가 진동수주 파력발전장치의 유체동역학적 성능에 미치는 영향에 대한 분석을 수행하였다. 진동수주 파력발전장치는 선형 압력강하모델을 도입을 통해 시간에 따른 터빈-진동수주실간의 연성효과를 고려하여 수치적으로 모사하였다. 방파제 모델의 고려유무에 따라 반사특성의 변화로 인해 진동수주실 주변의 유동분포는 서로 다른 것으로 나타났다. 방파제로부터 포획된 파랑에너지는 방파제 전면의 평면상에 공간적으로 분포되었는데, 진동수주실 전면에 집중된 경우에 변환된 공력발전량은 급격히 높아졌다. 정상파 분포의 변화는 입사파장과 방파제의 길이의 관계에 따라 반복적으로 나타났으며, 이로 인한 진동수주실의 에너지변환 성능의 차이를 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권10호
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• pp.25-33
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• 2011

버켓기초는 현재 해양 구조물의 앵커나 해양 풍력발전의 기초로 광범위하게 쓰이고 있다. 그러나, 지금까지 버켓기초에 대한 설계 방법은 명확하게 제시되지 않았다. 그러므로, 본 연구에서는 범용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS(2010)를 이용하여 점성토 지반에 설치된 버켓기초의 지지력 및 하중-변위거동에 대해 분석하였다. 버켓기초의 지지력에 영향을 주는 매개변수로 기초지름에 대한 근입깊이 비(L/D)를 선정하고 L/D 비를 0.25~ 1.0로 변화시키며 수직방향 압축과 수평방향의 지지거동을 분석하였다. 수치해석 결과 버켓기초의 지지력은 L/D비에 큰 영향을 받으며 L/D비가 0.25에서 1.0으로 증가함에 따라 수직방향 지지력은 약 40%, 수평방향 지지력은 약 90% 증가하는 것으로 나타났다. 수직하중이 작용하는 경우 버켓기초의 지지력은 깊은 기초와 유사하게 선단지지력과 주변마찰력을 분리하여 산정할 수 있었다. 그리고, 수평하중이 작용하는 경우 L/D비가 0.25 인 경우 기초의 수평이동 경향이 지배적이지만, L/D비가 0.5 이상으로 증가하면 기초의 회전파괴 경향이 지배적인 것으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권10호
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• pp.871-876
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• 2016

생산 초기의 초음속 항공기는 블리드 에어 덕트에 존재하는 생산용 자재의 부가 물질이 가열될 경우 조종실에 타는 냄새와 유사한 비정상적인 냄새가 조종실로 유입된다. 조종사가 이와 같은 냄새를 엔진의 화재와 같은 비상 상황으로 오인하는 것을 방지하기 위해 비정상적인 냄새의 원인 물질은 시험 비행 전에 burn-in test를 통해 제거되어야 한다. 그러나, 현재의 절차의 최고 온도보다 고고도 비행의 최고 온도가 더 높기 때문에 냄새를 완벽히 제거 할 수 없다. 본 논문은 고고도 비행의 열적 상황을 분석하여 개선된 burn-in test 절차를 제시한다. 비연속적인 유량 조절, 단위 시간당 높은 온도 변화율, 응축기와 터빈의 한계 온도 차이 때문에 현재의 절차로는 고고도 조건을 모사하지 못하는 것이 확인되었다. 이러한 한계를 극복하기 위해 램에어 입구 제어를 통해 연속적 유량 조절이 가능한 burn-in test 절차를 제시하였다. 제시된 방법을 통해 블리드 에어 온도가 지상에서 고고도 비행 조건 이상임을 확인하였으며, 비행 시험을 통해 비정상적인 냄새를 제거할 수 있음을 검증했다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권8호
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• pp.632-638
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• 2013

본 논문에서는 네덜란드 부게넘 및 국내 태안 IGCC플랜트의 석탄으로부터 생성된 합성가스의 화염안정성 및 연소불안정성에 대해 기술하였다. GE7EA 모사 가스터빈 연소기를 대상으로 상압 고온 연소시험을 수행하여 입열량 및 질소희석에 따른 연소특성을 관찰하였다. 시험결과를 통해 화염안정화 선도는 화염의 구조에 따라 Regime I부터 VI까지 6개의 영역으로 구분하였고, 2개의 영역(Regime I, II)에서 화염이 안정적으로 연소되는 것을 확인하였다. 태안 및 부게넘 합성가스 모두 안정하게 연소되고, 화염이 외부 재순환 유동과 결합되는 Regime II에 해당하는 것을 확인하였다. 또한 $H_2$/CO비만을 고려하면 수소의 함량이 높은 부게넘 가스가 안정적 연소구간이 넓지만, 질소희석을 고려할 때 부게넘 가스 내의 더 많은 질소가 화염안정성에 부정적 영향을 미치기 때문에 태안 합성가스가 부게넘 합성가스보다 더 안정적으로 연소하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권8호
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• pp.248-255
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• 2020

경사화 두께를 갖는 열차폐 코팅의 열적 내구성과 열적 안정성에 대한 코팅층 두께의 영향을 화염 열피로 시험과 열충격 시험을 통해서 조사하였다. Bond 층과 top 층은 각각 Ni-Cr계 상용 MCrAlY 분말과 상용 이트리아 안정화 지르코니아 (YSZ) 분말을 사용하여 니켈기지의 초내열합금 모재 (GTD-111)에 대기 플라즈마 용사법 (APS)으로 코팅층을 형성하였다. 1100 ℃의 화염으로 1429회 열피로 시험 후 bond 층이 일부 산화되고 top 층과 bond 층 계면에서 열화에 의한 산화층 (TGO)이 관찰되었으나, 코팅층 부위와 관계없이 균열이나 박리현상 없는 양호한 미세구조를 나타내었다. 1100 ℃ 열충격 시험결과, 37회 열충격 테스트 후 코팅층의 얇은 부위에서 박리가 시작되어 98회 시험 후 코팅층의 50% 이상이 박리되었으며, 코팅층의 두께가 얇게 형성된 부위는 코팅층이 두껍게 형성된 부위에 비해, top 층의 박리와 함께 bond 층의 산화가 많이 진행되었으며, 코팅층 두께가 상대적으로 두껍게 형성된 부위에서 열차폐 효과의 증가로 인해 bond 층의 내산화성과 열적 안정성이 우수한 것으로 나타났다.