과학과 기술의 발달로 복합재료, 합금, 고강도 탄소섬유, 고분자 재료 등 지능형 소재가 개발되고 있다. 다양한 엔지 니어링 분야에서 이러한 첨단 재료의 응용을 연구하기 위해 전 세계적으로 광범위한 연구가 진행되고 있다. 초탄성 형상기억합 금(SSMA)은 깃발 모양의 히스테리시스 거동을 가지며 추가적인 열처리 없이 응력 완화로 인한 잔류 변형이 거의 없는 신뢰성 이 높은 내진 재료이다. 그러나 공학 문제에서 SSMA 효율성을 연구하기 위한 수치 모델의 개발은 여전히 어려운 작업이다. 본 연구에서는 SSMA 인장시험의 실험결과를 통해 유한요소해석 프로그램인 Abaqus와 수치해석 프로그램인 OpenSEES를 이용하여 재료 모델을 구현한 후 해석결과의 거동 특성 및 에너지 소산을 분석하였다.

우수한 역학적 성능을 가진 생물체의 구조를 모방하여 고성능의 복합재료를 개발하려는 노력이 최근 활발히 이뤄지고 있다. 진주 층 구조는 구성재료 대비 월등히 높은 파괴인성을 지닌다는 점에서 촉망받는 자연 모사 구조 중 하나이다. 하지만, 진주층 모사 구조의 형상이 변형될 때 구조의 충격성능이 어떻게 달라지는지에 관한 연구는 아직 충분히 진행되지 않았다. 본 연구에서는 무작위로 변형 된 진주층 모사 복합재의 수치모델을 개발하고 충격성능을 분석하였다. 먼저, 균일한 진주층 모사 패턴에서 플레이트 판의 평면 크기 를 무작위로 변형하는 알고리즘을 개발하고 이를 활용하여 불균일한 진주층 패턴 모사 구조를 모델링하였다. 그 후, 낙하충격 시뮬레 이션을 수행하고 해당 모델의 충격거동을 에너지 흡수율과 본 미세스 응력 분포, 충격력-시간 그래프를 활용하여 평가하였다. 수치해 석결과를 바탕으로, 충돌 범위 주변 플레이트 판의 기하학적 형상이 불균일할수록 진주층 모사 구조의 내충격성이 저하됨을 입증하 였다. 이러한 진주층 모사 형상에 대한 심층적인 이해는 진주층 모사 구조의 최적설계를 수립하는 데 효율적으로 활용될 수 있을 것으 로 기대된다.

The non-reacting flow field and the movement of sand particles inside a 30MW circulating fluidized bed combustor is numerically simulated via the finite volume method. The primary air is supplied through 23x23 array of nozzles located on the bottom and the secondary air is supplied through 12 inlet pipes located on the side walls. The steady state velocity field shows that a very complex flow pattern is formed in the lower part of the combustor. As the gas moves upward, the velocity magnitude decreases and the gas exits the combustor after hitting the top wall. To investigate the behavior of sand particles with different diameters, a particle tracking calculation is performed by introducing sand particles continuously at the z=3 m plane. For the given air flow rate condition, sand particles smaller than 0.3 mm show a complex movement pattern near the secondary air inlet and then rise toward the outlet.

역전기투석전지는 염수-기수의 농도차이를 원동력으로 이온교환막의 선택성에 의해 양이온과 음이온을 서로 반대방향으로 이동시켜 전력을 생산한다. 이상적인 이온교환막의 경우 35 g/L과 0.5 g/L 농도의 염수와 기수를 흘려 보냈을 때, 약 0.1 V의 전압 출력을 가진다. 본 연구에서는 역전기투석 스택전지의 출력특성에 영향을 주는 인자로서 막저항, 염수와 기수의 전기전도도, 막 이동수, 막 면적, 유로 두께 및 메쉬의 개방면적비, 스택수 등을 고려하여 수치모사를 수행하였다. 스택전지 내 유로에서 발생하는 누설전류 및 내부저항을 고려한 등 가회로모델을 수립하였고, 상용 이온교환막으로 제작된 스택전지 실험결과로부터 개방전압, 단락전류밀도, 최대전력밀도와 같은 중요 전지특성에 대하여 수치 모사의 정합성을 확인하였다.

COMSOL 소프트웨어 프로그램을 이용하여 중공사형 분리막 모듈 내 용액의 속도 및 압력 분포를 포함한 유동현상을 규명하였으며 투과유속에 따른 농도분극을 수치해석하였다. 모듈의 길이, 충전율, 회수율 및 투과 유속 그리고 입구의 위치를 하단부 혹은 측면부로 변화시키면서 계산하였다. 이상의 운전변수 중 모듈의 길이가 압력 강하에 가장 큰 영향을 미침을 확인하였으며 중공사형 모듈 내의 농도분극은 입출구의 위치에 따라서 변화함을 알 수 있었다.

Numerical simulations of liquid water droplets interacting with gas channel walls in a polymer electrolyte membrane fuel cell are performed with the volume of fluid (VOF) method. To investigate the effect of channel wall wettability, the contact angles of gas diffusion layer (GDL) and the side/top walls are varied as 45, 90, and 140 degrees. Two different water injection inlet locations are selected to investigate the interactions of liquid water with the different gas channel walls. As the GDL contact angle increases, the GDL surface water coverage ratio and the water volume ratio decrease. When the water injection hole is located near the side wall, the GDL surface water coverage ratio decreases and the water volume ratio increases as the contact angle of the side and top walls decreases. In conclusion, the GDL surface water coverage ratio and the water volume ratio may compete with each other to determine the fuel cell performance.

The dynamic interaction of liquid droplets emerging from the gas diffusion layer surface is modeled to study the behavior of liquid water inside the gas channel of a polymer electrolyte membrane fuel cell with the volume of fluid (VOF) formulation. The surface contact angle of gas diffusion layer is varied as 45, 90, and 140 degrees. The air inlet velocity in the gas channel is varied as 5, 10, and 15 m/s. The water inlet velocity from micro pores is varied as 0.5, 1, and 2 m/s. As the contact angle increases, water coverage ratio increases. As the air inlet velocity and the water inlet velocity increase, water droplets move faster toward the channel exit as evidenced from the water front location plots. In summary, the hydrophobic wall contact angle and higher air/water inlet velocities provide better water removal characteristics.

회전익 항공기 중 군에서 운용하는 기동헬기는 전장상황에서 운용되기 때문에 연료셀 피탄 상황에 직면할 가능성이 높다. 연료셀 피탄에 따른 내부압력 증가로 내부폭발이나 화재가 발생할 수 있으며, 이는 승무원의 생존 가능성에 치명적인 영향을 주게 된다. 따라서, 승무원의 생존성을 극대화하기 위해서는 연료셀이 직면 가능한 극한 상황을 예측하여 설계에 반영해야 한다. 항공기 연료셀 설계시 고려해야 하는 데이타는 피탄에 의한 연료셀 내부압력, 수압램 영향에 의한 연료셀 자체 및 금속피팅부 응력, 탄환의 운동에너지 등이 포함될 수 있다. 이러한 설계 데이터 확보를 위해서는 실물 시험을 수행하는 것이 가장 바람직하지만, 시간과 비용의 부담과 더불어 시험실패와 같은 시행착오 위험성으로 많은 제약이 따른다. 따라서, 사전에 다양한 설계 데이터 예측과 시행착오의 최소화를 위해서는 피탄 상황에 대한 수치해석이 필요하다. 본 연구에서는 입자법을 사용하여 연료셀 피탄 조건에 대한 유체-구조 연성 수치해석을 수행하였다. 수치해석은 전용 충돌해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하였고, 결과로 얻어진 탄의 거동과 에너지, 연료셀 내부압력과 등가응력의 평가를 통해 연료셀 설계와 관련한 데이터 확보 가능성을 타진하였다.

항공기 연료셀은 추락 상황에서 승무원의 생존성과 직결되는 중요 구성품으로 회전익 항공기에 적용되고 있는 내충격성 연료셀은 추락시 승무원의 생존성 향상에 큰 역할을 하고 있다. 미육군은 항공기가 처할수 있는 다양한 상황에서 연료셀이제 기능을 발휘할 수 있도록 1960년대 초부터 MIL-DTL-27422 이라는 연료셀 개발규격을 제정하여 현재까지 적용해 오고있다. 해당 개발규격에 규정된 시험 중에서 충돌충격시험은 연료셀의 내충격 성능을 검증하는 시험으로써, 해당 시험을 통과하는 연료셀은 생존가능 충돌환경에서 화재가 발생하지 않아 승무원의 생존성이 대폭 향상될 수 있음을 의미한다. 그러나 충돌충격시험은 작용하는 하중 수준이 너무 높기 때문에 실패 위험성이 가장 큰 시험이기도 하다. 연료셀이 해당 시험을 통과하지 못하는 경우에는 재시험을 위한 비용과 준비기간이 상당히 소요되어 항공기 개발일정에 심각한 지장을 초래할 가능성도 높다. 따라서, 연료셀 설계 초기부터 내충격성능 만족여부에 대한 예측을 위해 충돌충격시험의 수치해석을 통한 실물시험에서의 실패 가능성을 최소화해야 한다는 필요성이 제기되어 왔다. 본 연구에서는 충돌모사 프로그램인 LS-DYNA에서 지원하는 유체-구조 연성해석 방법인 SPH 방법을 사용하여 연료셀 충돌충격시험 수치 모사를 수행하였다. 수치해석 조건으로 MIL-DTL-27422에서 요구하는 시험조건을 고려하였고, 실물 연료셀의 시편시험을 통해 확보한 물성데이타를 해석에 반영하였다. 그 결과로 연료셀 자체의 응력수준을 평가하고 취약부위에 대한 고찰을 수행하였다.

회전익항공기의 연료셀 내부는 연료보관 및 연료를 엔진으로 공급하기 위한 배관과 구성품들이 배치되어 있다. 특히, 기 동헬기는 전장에서 사용되는 헬기로써, 수 km 고도에서 비행하는 고정익기보다 비행고도가 낮기 때문에 피탄될 가능성이 높다. 따라서, 항공기의 생존성을 극대화하기 위해서는 피탄시 유체내부 상승압력에 의한 내부 구성품들이 받는 영향성을 검토하여 설계되어야 함은 주지의 사실이다. 그러나 내탄시험은 연료셀 자체의 제작비용 및 준비기간이 상당히 소요되고, 실탄 사용에 따른 시험수행의 제약 때문에 수치모사를 통한 관련 데이터의 확보가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 유 체-구조 수치모사 프로그램인 Autodyn을 이용하여 회전익항공기 연료셀의 내탄 수치모사를 수행하여, 피탄 후 연료셀 내 부에서의 탄 거동을 분석하고 유체내부의 압력과 연료 셀 자체의 등가응력을 평가하였다.

중ㆍ저준위 방사성폐기물 처분 부지의 부지특성조사 결과를 이용하여 처분장 부지의 지하수 유동체계를 이해하기 위한 수치 모델링을 수행하였다. 부지의 투수성 단열대 및 암반단열의 분포 특성에 근거하여 단열망 모델을 구축하고, 이를 이용하여 생성된 10개의 수리전도도장을 지하수 유동 모델링에 반영한 추계론적 Hybrid-EPM 방법으로 수치 모델을 구성하였다. 10회의 지하수 유동 모델링 결과, 처분 부지의 지하수두 및 지하수 흐름은 지표 근처에서 지형적인 요소에 크게 지배를 받는 것으로 나타나며 처분장 심도에서는 주변에 존재하는 투수성이 높은 단열대에 의해 영향을 받음을 확인할 수 있었다. 특히, 처분 시설 건설 중 사일로 주변 지역에서 수위 강하가 크게 발생하는 것으로 분석되었다. 처분 시설 폐쇄한 후 지하수위는 1년 이내에 급속히 회복되며, 대략 2년이 지난 후 완전히 회복 될 것으로 분석되었다.

명시적 액체-얼음상 미시물리 과정을 포함하는 구름 분해 모형(ARPS: Advanced Regional Prediction System)을 이용하여 2차원 그리고 주변 바람이 없는 경우에 뇌우 유출의 구조와 진화를 조사하였다. 고해상도 격자 간격(50m)을 이용하여 유출의 난류 구조를 명시적으로 분해하였다. 모사된 단세포 스톰과 스톰과 연관된 Kelvin-Helmholtz(KH) 빌로우(billow)는 발달, 성숙, 소멸의 생애 단계를 가졌다. 구름 역학과 미시물리 사이의 상호작용으로 야기된 이차 맥동과 대류 세포의 분활이 관측되었다. 상대적으로 건조한 하층 대기를 낙하하는 빗방울과 우박의 증발에 기인한 찬 하강류는 뇌우 찬 공기 유출을 야기시켰다. 유출 머리는 거의 일정한 속도로 이동하였다. KH 불안정에 의해 생성된 KH 빌로우는 유출 상부에서 난류 혼합을 야기하였으며 유출의 구조를 지배하였다. KH 빌로우는 유출 머리에서 생성되었고 돌풍 전선에 상대적으로 뒤쪽으로 이동함에 따라 성장하고 소멸하였다. 가장 빨리 성장하는 섭동의 수평 파장과 임계 시어층 깊이의 비 그리고 KH 빌로우의 수평 파장과 최대 진폭의 비에 대한 수치 모사 결과는 다른 연구 결과와 잘 일치하였다.

In this paper we presented numerical method for the simulation of powder injection molding filling process, which is one of the key processes in powder injection molding. Rheological properties of powder binder mixture such as slip phenomena and yield stress were introduced into the numerical analysis model of powder injection molding filling simulation. Numerical model can be classified into two types. One is 2.5D model which can be introduced to a arbitrary thin geometry and the other is full 3D model which can be applied to a general 3D shape. For 2.5D model we showed the validity of our CAE system with several verification examples. Finally we suggested flow analysis model for 3D powder injection molding filling simulation.

본 연구에서는 TIMA를 전구체로 하는 수직형 MOCVD 반응기를 대상으로 수학적 모델을 세우고 컴퓨터에 의한 수치모사를 수행하여 반응기 설계 변수 및 공정조건이 AI의 증착속도와 증착두께 분포에 미치는 영향을 알아보았다. 수학적 모델은 수직형 반응기를 축대칭으로 보아 2차원으로 수립하였으며 반응기내의 운동량전달, 열전달, 물질전달을 포함한다. 이 수학적 모델의 지배 방정식들에 대하여 Galerkin 유한요소법을 적용하여 수치적으로 반응기 내의 유체 흐름 구조, 온도분포와 반응물의 농도 분포를 구하였다. 수치모사 결과 AI의 증착속도는 반응기 압력이 0.47torr, 기판온도가 250˚C, 유량이 7.5sccm일 경우, 190-230Å/min로 나타났다.

Linear and nonlinear models are available to simulate the effect of mine blasting. And the results are changed by selection of each model. Plaxis 8.0, FLAC 4.0 are used in this study for simulating blasting pressure. These programs offer linear model and nonlinear model. Linear model can properly simulate loss of impact wave in plastic failure region based on comparison of site vibration measurement and numerical analysis iteratively.