Small hydropower systems have emerged as an attractive solution for areas with low head and flow rates, offering versatility for implementation in diverse locations such as rivers and wastewater treatment plants. This research specifically focuses on exploring the potential of small hydropower generation within wastewater treatment plants. Through the utilization of computational fluid dynamics (CFD) analysis, the study successfully predicted the torque and power generation capacity of the installed turbine. The analysis underscored the effective control of fluid flow achieved through careful turbine design, including considerations of blade shape and quantity. For instance, in the case of the Tancheon wastewater treatment plant, the study revealed the ability to generate a torque of approximately 7000 Nm, translating to an estimated power production of around 48.3 kW per hour. Ultimately, this research significantly contributes to evaluating the feasibility and viability of small hydropower generation within wastewater treatment plants.

Recently, there has been an increasing demand for independent suspension systems in commercial vehicles, and various researches related to this trend are currently underway. In this study, as part of an effort to localize the independent suspension system for commercial vehicles, a preceding study was conducted to convert the existing forging process into a casting process. The structural stability of the developed product was evaluated by performing stress analysis on both forging and casting materials. In order to compensate for the low yield characteristics of the casting material, design improvements were made to lower the maximum stress level based on numerical simulations.Additionally, Lightweight design was performed, capitalizing on the inherent design flexibility offered by casting products. As a result, it was confirmed that the developed product exhibited similar stress characteristics level to the existing product, along with a weight reduction of approximately 5%.

Radiant tubes heat exchangers are critical components that facilitate the heat transfer process to steel in an annealing furnace, and it addresses several engineering problems, such as thermal stress and mechanical failure due to long-term thermal cycling, which can significantly affect the longevity of the tubes and maintenance requirements. In this study, we used commercial software (ANSYS) to simulate the thermal stress and deformation of radiant tubes subjected to extreme thermal conditions and pressure loads. We evaluated both thermally induced deformation and creep deformation, which is a time-dependent deformation under constant stress over the long term. The results showed that uneven temperature conditions and pressure loads lead to significant deformation and potential failures. To mitigate these engineering challenges, we also tested several designs that include supporting brackets. This study provides valuable insights for designing radiant tube heat exchangers in annealing furnaces to extend their lifespan and ensure system safety.

Zerodur, one of the optical materials, was used for large spherical mirrors in this study. For weight reduction, several types of honeycomb structures were investigated. The finite element simulation was used for deformation and mode analysis. It was revealed that the weight reduction rate and maximum deflection due to the gravity effect vary depending on the honeycomb structures. Additionally, this study highlights the potential of spline-shaped honeycomb structures as an alternative for weight reduction, and triangular honeycomb structures demonstrated the less deformation by the gravity effect. The findings from this study provide valuable insights for designing lightweight and high-performance spherical mirrors in optical systems.

소음공해는 인간과 해양환경에 악영향을 끼치며, 선박과 해양구조물에서 발생하는 유동소음을 예측을 통해 소음에 대한 안전 성을 평가하고 해양환경을 보존할 수 있다. 기존 수중구조 유동소음 해석기법은 전산유체역학과 FW-H음향상사식을 이용한 하이브리드법 기반이다. FW-H는 무한공간에서의 음향전파를 가정하여 소음해석을 수행하기 때문에 음파의 반사와 산란, 회절의 영향이 나타나는 근접 장 해석이 제한적이다. 반면 격자볼츠만기법 기반의 직접법 유동소음해석을 수행하면 근접장 음향효과를 소음해석에 반영할 수 있다. 직 접법 해석은 유동과 소음이 연성된 해석이 수행되고 구조경계에서의 반사와 회절, 유동에 의한 매질 불균일성에 따른 산란효과가 반영된 다. 그간 격자볼츠만기법이 수중조건에서 수치적으로 불안정하여 수중환경에 적용이 불가능했다. 하지만 수중환경에서 사용할 수 있는 DM-TS 격자볼츠만기법 충돌연산자가 개발되어 수중으로 확장이 가능해졌다. 본 연구에서는 파이프내 원형구멍에 대하여 격자볼츠만기 법 해석을 수행해 수중 유동소음해석이 가능함을 보였다. 격자볼츠만기법 해석을 통해 도출한 유동과 소음을 각각 실험과 비교하여 해석 의 신뢰도를 확보하였다. 파이프내 유동소음에 의한 주요 압력 피크가 해석에 반영되었으며 이를 통해 격자볼츠만기법을 이용한 근접장 유동소음해석이 가능함을 확인했다.

Hydraulic cylinders are hydraulic system parts widely used in various industries such as construction machinery, machine tools, robots, automobiles, and automation systems. The maximum capacity of vane pumps used in machine tools is 70bar, but the actual operating pressure is less than 50bar. The allowable pressure of a commercial hydraulic cylinder is 140 - 210 bar, so it is heavy and uneconomical because it uses thick and strong materials. In this paper, we intend to develop a small and lightweight hydraulic cylinder suitable for the allowable pressure of 50bar or less so that it can be used in the hydraulic system field. In order to develop a compact hydraulic cylinder, flow analysis, and structural analysis were conducted under piston forward and backward conditions. The analyzed flow rate value was calculated to be suitable for the operation of the hydraulic cylinder. As a result of comparing the stress calculated under the forward/backward condition of the piston with the yield stress of the material, the safety factor was calculated to be more than 2.5.

선박 및 교량 구조물은 일종의 길이가 긴 박스형 구조로서 수직 굽힘 모멘트에 대한 저항력이 설계의 주요 인자이다. 특히 선박 거더는 반복적으로 불규칙적인 파랑하중에 장시간 노출되어 있기 때문에 구조부재의 연속 붕괴 거동을 정확하게 예측하는 것이 무엇보다 도 중요하다. 본 논문에서는 순수 휨모멘트를 받는 박스거더의 하중 변화에 따른 좌굴을 포함한 소성 붕괴 거동을 수치해석적 방법을 이용 하여 분석하였다. 분석대상은 Gordo 실험에서 사용한 세 가지 박스거더로 선정하였다. 구조강도 실험 결과와 비선형 유한요소해석에 의한 결과를 비교하여 차이가 발생하는 원인에 대해서 고찰하였다. 본 논문에서는 카본스틸 재료의 제작 시 필연적으로 사용하는 용접열에 의한 초기 처짐의 영향을 반영하기 위하여 전체와 국부적인 처짐 형상의 조합을 제안하였고, 이 결과는 실험 결과와 거동 및 최종강도 추정율이 7% 이내에서 잘 일치하고 있었다. 논문에서 검토한 절차 및 초기 처짐 구성에 대한 내용은 향후 유사 구조물의 최종강도를 분석하는데 좋 은 지침으로 사용할 수 있다.

최근 지구 온난화의 영향으로 태풍의 파괴력이 증가함에 따라 부유식 해상풍력발전기의 막대한 유실과 붕괴에 대한 우려가 깊어지고 있다. 부유식 해상풍력발전기의 안전한 운영을 위해 새로운 형태의 탈착형 계류 시스템 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서 고 려한 새로운 반잠수식 계류 풀리는 기존의 탈착형 계류 장치에 비해 계류 라인으로 부유식 해상풍력 터빈을 보다 쉽게 탈부착할 수 있도 록 고안되었다. 8MW급 부유식 해상풍력발전기에 적용 가능한 반잠수식 계류 풀리의 초기 설계에 대한 구조적 안전성을 검토하기 위해 3D 프린터를 이용하여 축소구조모형을 제작하고, 이 모형에 대한 구조시험을 수행하였다. 축소 모형의 구조시험을 위해 3D 프린팅에 사 용된 ABS 소재의 인장 시편을 제작하고 인장시험을 수행하여 소재의 물성을 평가하였다. 인장시험에서 얻은 재료 특성과 축소모형 구조 시험과 동일한 하중 및 경계 조건을 적용하여 반잠수식 계류 풀리의 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석을 통해 반잠수식 계류 풀 리의 구조적 취약 부분을 검토하였다. 반잠수식 계류 풀리의 주요 하중조건을 고려하여 구조모형시험을 수행하였으며, 재료의 최대인장 응력 이상이 발생하는 위치에 대해 유한요소해석과 시험 결과를 비교하였다. 유한요소해석과 모형시험의 결과로부터 작동조건에서는 Body와 Wheel의 연결부 구조가 취약한 것으로 파악되었고, 계류조건에서는 Body와 Chain stopper의 연결부 구조가 취약한 것으로 검토되었 다. 축소모형 구조시험에서 나타난 SMP의 구조 취약부는 구조해석의 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 연구 결과를 통해 반잠수식 계류 풀리의 초기 설계에 대한 구조적 안전성을 실험적으로 검증할 수 있었다. 또한, 본 연구 결과는 상세설계 단계에서 반잠수식 계류 풀리의 구조 강도를 향상시키는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Hydrogen is considered as one of the most promising future energy carriers due to its noteworthy advantages of renewable and high calorific value. The long-term storage of liquid hydrogen with low heat leakage is essential for future deep space exploration. Because of low critical temperature and volatility, liquid hydrogen tank poses severe requirements to multi-layer insulation (MLI). In order to reduce heat leak into tank, vapor cooled shield (VCS) was set up to cool MLI by retrieving the heat of discharged cryogenic gas hydrogen. This paper presents an parametric study on insulation system in liquid hydrogen storage vessel with MLI and VCS. Thermal model was developed, and heat transfer analysis by varying VCS position was conducted. Temperature and heat flux distributions along time passing were derived, and effect of VCS position on insulation performance was investigated.

Hexagonal bolt, nut, fittings, and high-pressure valves with special alloy play an important role in many industrial products, for instance, such as semiconductor facilities, hydrogen stations and fuel cell electric vehicles. The purpose of this study is to investigate the structural stability of turning wheel using the reaction force of roller in variable hexagonal rolling die. As the results, the bearing groove had the possibility of damage in turning wheel, especially, in case of Bottom condition. Furthermore, the turning wheel showed structural instability by using safety factor but structural stability using strength, respectively, as a safety criterion.

본 논문에서는 3차원 엮임 재료의 재료 물성치들을 효율적으로 분석하고 추후 최적설계 연구에 활용하기 위해서 파라메트릭 배치 해석 워크플로우를 제시하였다. 3차원 엮임 재료를 구성하는 와이어들 사이의 간격을 설계 매개변수로 하는 파라메트릭 모델에 대해 서 임의의 변수 조합을 가지는 2,500개의 수치 모델을 생성하였으며, 상용 프로그램인 매트랩과 앤시스의 여러 모듈을 사용하여 체적 탄성계수, 열전도도, 유체투과율과 같은 다양한 재료 물성치들을 배치 해석을 통해서 자동으로 얻어질 수 있도록 구성하였다. 이와 같 이 얻어진 대용량의 재료 물성치 데이터베이스를 활용해서 회귀 분석을 수행하였으며, 그 결과 설계 변수들과 재료 물성치 사이의 경 향성과 수치 해석 결과의 정확도를 검증하였다. 또한 확보된 데이터베이스를 통해서 3차원 엮임 재료의 물성치를 예측할 수 있는 인 공 신경망을 구성하고 학습시켰으며, 그 결과 임의의 설계 매개변수 값들을 가지는 엮임 재료 모델에 대해서 구조 및 유체해석 과정 없 이도 높은 정확도로 재료 물성치들을 추정할 수 있음을 확인하였다.

횡하중에 작용하는 철근 콘크리트 기둥은 연성능력 확보를 위해 띠철근의 양 단부를 135° 구부려 시공하는 상세가 요구된다. 그러 나 이러한 띠철근 상세는 시공이 매우 까다로와 실제 현장에서는 제대로 시공이 되지 않기도 한다. 이를 대체하기 위해 본 논문에서는 강재 클립형 연결장치가 적용된 철근 콘크리트 기둥에 대해 횡방향 반복가력 실험을 수행하고 그 구조적 성능을 평가하였다. 총 4개 의 실험체가 제작되었으며 주요 실험변수는 강재 클립형 연결장치 및 고강도 콘크리트 사용 여부이다. 또한 대상 구조물에 대해 3차 원 유한요소해석 모델을 개발하고 이에 대한 비선형 해석을 수행하였으며, 해석 및 실험결과를 비교하고 분석하였다. 그 결과 강재 클 립형 연결장치가 설치된 콘크리트 기둥이 반복 횡하중에 대해 기존의 표준갈고리 상세를 지닌 콘크리트 기둥과 동등한 혹은 그 이상 의 성능을 지니고 있으며, 개발된 유한요소해석 모델이 실험결과를 정확히 잘 예측하는 것으로 나타났다.

본 논문에서는 한국전통게임에 사용되는 접이식 종이구조물(이하 딱지)의 접이과정을 모델링하고 게임의 승리조건을 만족시키는 충돌조건을 유전알고리즘을 이용하여 산정하는 과정을 서술하였다. 딱지는 A4용지 2장으로 구성되는 것을 가정하였다. 접이과정은 강제경계조건을 부여하여 날개부분을 꼬임의 위치로 변형시키고 강체판의 강제경계조건을 이용하여 딱지를 압착하였다. 이후 복원 력에 의한 완화해석을 수행하여 게임에 사용된 딱지의 형상과 응력상태를 구성하였다. 얻어진 동일한 2개의 딱지 중 타격딱지를 주어 진 충돌위치로 강제변위에 의해서 이동시키고 주어진 충돌속력에 대한 충돌해석으로 게임의 진행과정을 해석하였다. 이 때 승리조건 인 피격딱지의 반전을 일으키는 충돌조건을 산정하기 위하여 유전알고리즘을 이용한 최적화해석을 수행하였다. 이 과정에서 효율적 인 해석을 위하여 충돌해석을 2단계로 나누고 1단계의 해석결과 피격딱지에 반전이 발생할 가능성이 있는 경우에만 2단계해석을 진 행하였다. 1단계 해석에서 유전알고리즘의 적합함수는 피격딱지의 방향코사인이었고 2단계해석에서는 속도의 역수로 하여 전체적 으로는 가장 낮은 충돌속력을 가지는 충돌조건을 찾아내고자 하였다. 해석수행결과 다양한 압착두께에 따른 최적의 충돌조건을 찾아 낼 수 있었다.

중앙해양안전심판원은 제2018-022호 (2018. 12. 27 재결)의 카페리 여객선과 어선의 충돌사건에서 사고발생 수역을 협수로로 보지 않고서, 카페리 여객선 측의 선원의 상무의무와 경계의무 위반을 이유로 하여 카페리 여객선의 선장에 대하여 해기사 업무를 2개월 정지하고, 6개월간 징계의 집행을 유예하였으며, 21시간의 직무교육을 명하였다. 상대선박인 어선의 선장에게는 시정만을 권고하였다. 본 연구는 이러한 중해심의 재결의 태도에 대하여 평석을 위주로 하여 재해 석을 하면서 협수로에서의 특별항법 적용범위에 관하여 연구하였다. 그 연구결 과는 다음과 같다. 우선 해당수역은 협수로이다. 이는 해당 수역의 가항수역의 폭이 0.5-0.6마일 이라는 점, 여객선의 길이의 16배에 가항수역의 폭이 미치지 못하는 점, 사고 당시의 해당수역의 해양기상조건의 특이성은 발견되지 않는 점, 법원의 판례와 기존 해심의 재결의 태도 등을 종합해 보았을 경우에 협수로로 판단하는 것이 맞다. 법적 안정성과 예견가능성을 위한 일관된 해석의 필요성이 요청되는 해 석의 결과이다. 다음으로 해당수역에서의 적용항법과 인과관계에 대하여 연구한 결과는 다 음과 같다. 우선 해당수역은 협수로이므로 협수로에서의 특별항법이 최우선으로 적용된 다. 따라서 어선측은 가장 중요한 우측통항의무와 통항불방해의무를 위반하였 다. 이러한 의무위반과정에서 소형선박으로서 상대선박을 발견하여 침로를 변 경하거나 기적이나 사이렌소리를 울리는 등의 충돌회피동작을 전혀 하지 않았다. 카페리여객선 측의 횡단금지의무위반은 정침하기 위하여 좌현변침 중인 상 황이었기 때문에 상대 선박인 어선을 횡단해서 항해하려는 고의는 확인되지 않 는다. 이 점 때문에 확실하게 횡단금지의무를 위반하였다고 판단하기는 힘들다. 다음으로 일반항법인 횡단항법과 선원의 상무는 보충적으로 적용될 수는 있 지만 본 재결사례에서는 적용되지 않는다. 양 선박이 모두 특별항법인 협수로 에서의 항법을 위반하였다는 등의 특수한 정황이 발견되지 않기 때문이다. 마지막으로 인과관계 판단은 선행적 인과관계 판단을 거친 이후에 최종적인 법률상의 인과관계 판단을 하게 된다. 이러한 최종적인 인과관계판단의 결과는 다음과 같다. 1순위 : 협수로 내에서의 어선 측의 경계의무 등을 행하지 않고 항해한 일방 적인 우측통항의무원칙 위반 (100%) → 2순위 : 협수로 내에서의 항해 중인 일 반동력선인 어선 측의 길이 20미터 미만선박으로서 타 선박 통항방해 금지의무 위반 (100%) → 3순위 : 협수로 내에서의 여객선 측의 횡단금지의무 위반 (60%). 결론적으로, 중해심의 재결태도에는 문제가 있다고 보여 진다.

우리나라 열병합 발전소에서 운영되고 있는 최신 증기터빈의 출력과 효율 향상을 위한 첫 번째 기술적인 진보는 고온, 고압의 증기를 사용할 수 있는 소재 개발의 진척이라고 할 수 있다. 소재의 발전과 더불어 증기터빈의 내부효율 향상을 위한 설계적 노력의 결실 로 높은 효율의 증기터빈이 제작되었다. 오랜 기간 운전 중인 증기터빈의 내부효율은 기계적 수명의 한계로 점차 손실이 발생하고 효율 과 출력이 떨어지게 된다. 이러한 이유로 본 연구에서는 상용프로그램을 이용하여 열병합 발전소용 고압(HP)-중압(IP) 증기터빈의 증기유 로 성능해석을 수행할 수 있는 모델을 개발하고 성능계산 방법을 제시하고자 한다. 증기터빈의 복잡한 성능계산방식으로 인해 증기터빈 실무자들에게 실질적으로 유용한 참고문헌이 될 수 있도록 주요 변수들을 제시하였다. 또한 증기터빈 성능계산에 필요한 열정산도 분석 과 증기터빈 성능계산 결과의 적합성을 성능시험 결과와 비교 확인하였다.

The purpose of flow analysis is to develop a simple CFD analysis model to develop a heat transfer analysis model including transient heat transfer characteristics, especially phase change, of thin film evaporators. The simple analytical model focuses on the evaporation phase change. To reduce the computational cost, the shape was simplified to two dimensions, and the simulation time was set short with a focus on simulating the phase change phenomenon. In the future, based on this analysis model, we will develop an analysis model for simulating not only vaporization but also liquefaction, that is, transient distillation phenomenon, according to the shape of the thin film distillation device.

Hexagonal bolt, nut, fittings, and high-pressure valves with special alloy play an important role in many industrial products, for instance, such as semiconductor facilities, hydrogen stations and fuel cell electric vehicles. The purpose of this study is to predict the reaction force of roller in drawing system. Numerical analysis was conducted to obtain data for designing the turning wheel, which is key parts in drawing system, using the reaction force of roller. As the results, the reaction force of X axis direction was about 9~20 times larger than that of Z axis direction and the reaction force of Y axis direction was negligible. The maximum reaction force of roller was the case of 4 stage and the numerical results in this study could be helped for designing the mechanical parts of variable hexagonal rolling die.

In this study, the thermal equilibrium of a motor operated in the sea and the temperature in the equilibrium were studied. To predict the equilibrium temperature in the sea, the cooling performance of the motor was studied by comparing results of analysis and experimental results in the air condition. By this study, the method of prediction of the cooling performance of a motor in various environments could be useful.

In this study, numerical modeling on the gas flow and off-gases in the low temperature carbonization furnace for carbon fiber was analyzed. The furnace was designed for testing carbonization process of carbon fibers made from various precursors. Nitrogen gas was used as a working gas and it was treated as an incompressible ideal gas. Three-dimensional computational fluid dynamics for steady state turbulent flow was used to analyze flow pattern and temperature field in the furnace. The off-gas mass fraction and cumulative emission gas of species were incorporated into the CFD analyses by using the user defined function(UDF). As a results, during the carbonization process, the emission of CO2 was the dominant among the off-gases, and tow moving made the flow in the furnace be uniform.

우리나라는 기상 악화 속에서 감항성이 확보된 선박만이 항해할 수 있도록 선박출항을 해사안전법에 근거하여 통제하고 있으 나 통제 대상선박 지정에 대한 과학적 평가 결과 및 정량적 근거가 미비하여, 항행안전의 확보와 합리적 출항통제 운영을 위한 개선 의견 이 제기되고 있다. 본 연구는 풍랑 주의보 발효 시 주요 통제대상 선종인 예인선의 실선계측을 통해, 현행 출항통제 기준의 적정성을 평 가하고 현실성 있게 개선될 수 있도록 정량적 근거를 제시하는 것에 연구 목적이 있다. 이를 위해 예인선에 선박의 3축 운동과 선체가속 도를 측정하는 Sensor를 설치하여 유의파고 3m인 해역 내에서 운항하여 선체운동 성능을 계측하였고, 계측된 수치를 내항성능 평가요소 및 한계 값 기준을 바탕으로 비교 분석하였다. 실측 선박은 톤수에 따른 현행 통제기준에서 제외되었으나, 분석 결과 Pitch 값이 Operation 기준을 넘어 항행안전에 위험성이 존재하였다. 본 연구 결과는 선박 출항통제 대상에 대한 검토와 다양한 선종 및 제원을 대표할 수 있는 추가적 실측연구가 필요함을 시사한다.