The recent surge in energy consumption has sharply increased the use of fossil fuels, leading to a steep rise in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere. Interest in hydrogen is growing to mitigate the issue of global warming. Currently, hydrogen energy is transported in the form of high-pressure gaseous hydrogen, which has the disadvantages of low safety and energy efficiency. To develop commercial hydrogen vehicles, liquid hydrogen should be utilized. Liquid hydrogen storage tanks have supports between the inner and outer cylinders to bear the weight of the cylinders and the liquid hydrogen. However, research on the design to improve the structural safety of these supports is still insufficient. In this study, through a thermal-structural coupled analysis of liquid hydrogen storage tanks, the model with three supports, which had the lowest maximum effective stress in the outer tank, inner tank, and supports as proposed in the author's previous research, was used to create analysis models based on the diameter of the supports. A structurally safe design for the supports was proposed.

The government declared ‘2050 carbon neutrality’ as a national vision in October 2020 and subsequently pursued the establishment of a ‘2050 carbon neutrality scenario’ as a follow-up response. Hydrogen is considered as one of the most promising future energy carriers due to its noteworthy advantages of renewable, environmentally friendly and high calorific value. Liquid hydrogen is thus more advantageous for large-scale storage and transportation. However, due to the large difference between the liquid hydrogen temperature and the environment temperature, an inevitable heat leak into the storage tanks of liquid hydrogen occurs, causing boil-off losses and vent of hydrogen gas. Researches on insulation materials for liquid hydrogen are actively being conducted, but research on support design for minimal heat transfer and enhanced rigidity remains insufficient. In this study, to design support structures for liquid hydrogen storage tanks, a thermal-structural coupled analysis technique was developed using Ansys Workbench. Analytical models were created based on the number and arrangement of supports to propose structurally safe support designs.

Hydrogen is considered as one of the most promising future energy carriers due to its noteworthy advantages of renewable, environmentally friendly and high calorific value. However, the low density of hydrogen makes its storage an urgent technical problem for hydrogen energy development. Compared with the density of gas hydrogen, the density of liquid hydrogen is more than 1.5 times higher. Liquid hydrogen is thus more advantageous for large-scale storage and transportation. However, due to the large difference between the liquid hydrogen temperature and the environment temperature, an inevitable heat leak into the storage tanks of liquid hydrogen occurs, causing boil-off losses and vent of hydrogen gas. Researches on insulation materials for liquid hydrogen are actively being conducted, but research on support design for minimal heat transfer and enhanced rigidity remains insufficient. In this study, to design support for liquid hydrogen storage tank, technique of thermal-structural coupled analysis including geometry, mesh, and boundary condition were developed using Ansys workbench, and equivalent stress and deformation distributions were analyzed.

Decarbonization plays an important role in future energy systems for establishing a zero-carbon society. Hydrogen is believed to be a promising energy source that can be converted, stored, and utilized efficiently, leading to a broad range of possibilities for future applications. Hydrogen can be stored in various forms, including compressed gas, liquid hydrogen, hydrides, adsorbed hydrogen. Among these, liquid hydrogen has high gravimetric and volumetric hydrogen densities. There are a lot of previous studies on thermal behavior of MLI and VCS and optimization insulation system, but research on the insulation performance by varying the head shape of the tank has not been conducted. In this study, thermal-structural coupled analysis was conducted on the insulation system with VCS positioned between two layers of MLI for a liquid hydrogen storage tank. The analysis considered dome shapes (torispherical, circle, ellipses), and heat flux and temperature were derived from thermal analysis to predict insulation performance. Maximum equivalent stress and deformation were calculated from the structural analysis, and the optimal dome shape was proposed.

Hot forging is widely used to manufacture many industrial parts such as machine, automotive and so on. It is important to simulate the relations or characteristics between preform and die before designing the die. The purpose of this study is to investigate the forging characteristics of parking gear with nonlinear gear groove, thus the behaviors of preform can be predicted in advance and finally they can be applied to die design. As the results, since the distributions of high effective strain rate of parking gear were less than 3%, it was predicted that the manufacturing of parking gear with nonlinear gear groove might be possible. Furthermore it was observed that, in this study, the effective stress of bottom die was lower than that of top die.

The brake systems are composed of brake disc, brake pad and caliper and, these three parts play an important role for braking. In this study, heat fluid analysis is conducted for five different ventilated disc models, and two piece brake disc model separated in rotor and housing is used. In this case, each model has a different number of holes and vent shape. The basic heat flux and braking power equations are applied for the heat fluid analysis. The cooling performance with/without the braking operation is also analyzed for given five models where the material properties and boundary conditions are set to be identical. From our analysis results, it is found that the number of disc holes and ventilated pins strongly influences on the cooling performance.

이 연구는 화재에 노출된 구조물의 역학적 거동을 평가하기 위한 기반연구로서 화재 유동해석과 열응력해석의 통합 프레 임워크를 확립하고 이를 강재와 콘크리트로 이루어진 대표체적에 적용한 결과를 제시하였다. 먼저 Fire Dynamics Simulator(FDS)를 이용해 임의의 화재곡선으로 모델링되는 화원으로부터 구조물 표면까지 유동해석을 실시하였다. 이를 통 해 구조물 표면에서 시간에 따른 온도 분포를 계산하였고, 이 결과를 비선형 열응력해석에 경계조건으로 적용하였다. 이후의 과정은 화재의 성장 또는 감소에 따라 구조물 표면온도의 변화를 반영하는 열전달해석과 구조해석으로 이루어진다. 제시한 통합 프레임워크에 의해 화재 구조해석을 수행한 결과, 강재와 콘크리트의 대표체적 모두 동일한 하중이 작용할 때 상온 조 건에서는 탄성 거동을 보였지만 화재로 인한 온도 조건을 고려할 경우 소성 거동을 보였다. 이는 구조물이 화재에 노출되는 경우 설계하중보다 작은 하중에서도 한계상태에 이를 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 원전구조물이나 교량과 같은 중요 사회기반구조물의 설계 시 구조물의 화재거동 평가가 고려되어야 한다고 할 수 있다.

이 연구는 화재에 노출된 구조물의 역학적 거동을 평가하기 위한 기반연구로서 화재 유동해석과 열응력해석의 통합 프레임워크를 확립하고 이를 강재와 콘크리트로 이루어진 대표체적에 적용한 결과를 제시하였다. 먼저 Fire Dynamics Simulator(FDS)를 이용해 임의의 화재곡선으로 모델링되는 화원으로부터 구조물 표면까지 유동해석을 실시하였다. 이를 통해 구조물 표면에서 시간에 따른 온도 분포를 계산하였고, 이 결과를 비선형 열응력해석에 경계조건으로 적용하였다. 이후의 과정은 화재의 성장 또는 감소에 따라 구조물 표면온도의 변화를 반영하는 열전달해석과 구조해석으로 이루어진다. 제시한 통합 프레임워크에 의해 화재 구조해석을 수행한 결과, 강재와 콘크리트의 대표체적 모두 동일한 하중이 작용할 때 상온 조건에서는 탄성 거동을 보였지만 화재로 인한 온도 조건을 고려할 경우 소성 거동을 보였다. 이는 구조물이 화재에 노출되는 경우 설계하중보다 작은 하중에서도 한계상태에 이를 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 원전구조물이나 교량과 같은 중요 사회기반구조물의 설계 시 구조물의 화재거동 평가가 고려되어야 한다고 할 수 있다.

본 논문에서는 기존에 개발된 생브낭의 원리를 이용한 응력개선방법에 부가적인 면외 워핑함수를 도입하여 후처리함으로써 기계 및 열응력을 개선할 수 있는 방법을 소개하였다. 열응력 예측이 중요한 문제로 다루어지고 있으며, 이에 따라 수많은 보이론들이 개발되어왔다. 일반적으로 고차이론들이 열응력 예측에 유용하다고 알려져 있지만, 자유도가 많아 계산과정이 복잡하다는 단점이 존재한다. 이러한 단점들을 보완하기 위해, 본 연구에서는 계산이 비교적 간단한 고전 보이론의 변위장에 면외 워핑함수를 부가적으로 도입하고 합응력 등가를 통해 후처리함으로써 보 구조물의 열응력을 정확하게 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. 그리고 다양한 경계조건을 가지는 수치예제들을 통해 탄성해와 비교함으로써 그 정확도를 검증하고, 면외 워핑함수가 응력개선에 미치는 영향에 대해 분석하였다.

본 연구는 NO96 화물창의 BOG(boil off gas), BOR(boil off rate)을 감소시키기 위한 노력으로 단열재료 및 단열층을 변화시켜서 개발된 NO96-GW, NO96-L03의 방열구조에 대해서 BOG, BOR 값을 계산하고 단열성능을 비교․평가하였다. 두 가지의 변형된 NO96 모델을 기존의 NO96 방열과 단열층 및 단열재료의 차이점을 비교하고, 각각의 열저항 및 BOG/BOR 값의 비교 결과를 제시하였다. 열저항 값은 유한요소해석법을 이용하여 계산되었으며, 준정적 열평형 상태를 가정하여 열유속과 온도분포를 통하여 단열성능을 비교하였다. 계산에 사용된 화물창의 모든 재료물성치는 온도 의존값으로서 반영하여 -163oC에서의 극저온 상태에서 특성을 반영되었다. 각 화물창의 BOG, BOR 계산은 국부 열전달 해석을 통해 방열판에서 발생하는 열유속을 계산하고, 등가모델을 적용하여 계산하는 과정으로 수행되었으며, 그 결과를 각 화물창의 단열성능을 비교평가하기 위해서 검토하였다.

As a result of an analysis of a damper system, a solution to a fire damper is developed using the continuity equation of damper control and orthogonal array. The fire damping device is made with a CAE software. Additionally, new H-120 grade fire damper is designed for the optimal offshore structure. This device will soon be tested on an actual offshore structure. An optimized fire temper is finally achieved using an orthogonal array. Using the result of present study will provide an environment friendly fire damper for offshore plants by choosing the optimum fire damper conditions

본 논문은 교량 하부에서 발생된 화재에 대한 강-콘크리트 합성구조의 전반적·국부적 손상평가를 위한 수치해석적 연구이다. 수치해석의 정확성 및 효율성을 높이기 위해 구성재료의 과도 비선형 열적·열역학적 특성이 고려된 열-구조 연성병렬 화재해석 기법이 제안되고, ANSYS solver와 연결되어 해석이 수행되며, 표준화재시험과 비교·검증된다. 검증된 해석기법을 통해 국내에서 발생된 부천고가교 합성구조에 대한 화재손상해석이 수행된다. 해석결과 강박스 거더의 하부 플랜지 및 복부의 경우 임계온도를 초과하였고 구조적 처짐과 변형 형상이 화재사고 결과와 비교적 잘 일치하였다.

By thermal-structural coupled stress analysis, the equivalent stress and total deformation of girder under the influence of the temperature of the liquid within pipeline of pipe-rack structure is studied. Firstly, steady-state thermal analysis is carried out using a commercial software. Then, to perform a thermal-structural coupled stress solution, structural analysis is linked to the thermal model at the Solution level. The simulation results showed that the stress ratio that considers the pipe’s temperature for thermal-structural coupled stress analysis is higher than the stress ratio that consider only the pipe’s weight for structural analysis. The thermal stress caused by temperature convection is found to be influential on the pipe rack structure.