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.

본 논문에서는 유한요소해석 프로그램 Abaqus를 이용하여 고온과 편심 축하중을 받는 세장한 철근 콘크리트 기둥의 유한요소해석 절차를 제시하고 해석 결과를 비교･분석하였다. 기둥에 축하중과 화재가 가해지는 상황을 해석에 반영하기 위해 Abaqus에서 제공하 는 순차 결합 열-응력 해석을 사용하였다. 우선 콘크리트 단면에 대한 열전달 해석을 수행하여 검증한 뒤, 이를 3차원 요소로 확장하고 구조해석과 결합하여 해석을 수행하였다. 해석 과정에서 수렴성 및 정확성에 영향을 미치는 인장 증강 효과와 초기 불완전성을 고려 하여 모델링하였다. 해석 결과는 74개 실험 데이터와 비교하였으며, 내화시간을 기준으로 평균 6%의 오차를 나타냄에 따라 유한요소 해석을 통해 철근콘크리트 기둥의 내화성능을 예측할 수 있게 되었다.

PURPOSES: The behavior of a concrete pavement in a tunnel was investigated, based on temperature data obtained from the field and FEM analysis. METHODS: The concrete pavement in a tunnel was evaluated via two methods. First, temperature data was collected in air and inside the concrete pavement both outside and inside the tunnel. Second, FEM analysis was used to evaluate the stress condition associated with the slab thickness, joint spacing, dowel, and rock foundation, based on temperature data from the field. RESULTS : Temperature monitoring revealed that the temperature change in the tunnel was lower and more stable than that outside the tunnel. Furthermore, the temperature difference between the top and bottom of the slab was lower inside the tunnel than outside. FEM analysis showed that, in many cases, the stress in the concrete pavement in the tunnel was lower than that outside the tunnel. CONCLUSIONS : Temperature monitoring and the behavior of the concrete pavement in the tunnel revealed that, from an environmental point of view, the condition in the tunnel is advantageous to that outside the tunnel. The behavior in the tunnel was significantly less extreme, and therefore the concrete pavement in the tunnel could be designed more economically, than that outside the tunnel.

Magnetars are neutron stars possessing a magnetic field of about 1014-1015 G at the surface. Thermodynamic properties of neutron star matter, approximated by pure neutron matter, are considered at finite temperature in strong magnetic fields up to 1018 G which could be relevant for the inner regions of magnetars. In the model with the Skyrme effective interaction, it is shown that a thermodynamically stable branch of solutions for the spin polarization parameter corresponds to the case when the majority of neutron spins are oriented opposite to the direction of the magnetic field (i.e. negative spin polarization). Moreover, starting from some threshold density, the self-consistent equations have also two other branches of solutions, corresponding to positive spin polarization. The influence of finite temperatures on spin polarization remains moderate in the Skyrme model up to temperatures relevant for protoneutron stars. In particular, the scenario with the metastable state characterized by positive spin polarization, considered at zero temperature in Phys. Rev. C 80, 065801 (2009), is preserved at finite temperatures as well. It is shown that, above certain density, the entropy for various branches of spin polarization in neutron matter with the Skyrme interaction in a strong magnetic field shows the unusual behavior, being larger than that of the nonpolarized state. By providing the corresponding low-temperature analysis, we prove that this unexpected behavior should be related to the dependence of the entropy of a spin polarized state on the effective masses of neutrons with spin up and spin down, and to a certain constraint on them which is violated in the respective density range.

남해안 연근해에서 조업하는 정치망 어선에 양망작업시 보조기계로 사용되는 캡스턴의 드럼에서 용접부 온도분포 및 구배를 해석한 결과의 주요 사항은 다음과 같다. 1. 용융부 근처는 냉각개시 1초 이내에 950℃/sec, 10초 이내는 40℃/see 정도의 급격한 냉각속도가 형성되었다. 2. 열영향부(HAZ)는 용접 후 1초가 경과할 때 370℃/sec의 가열속도로 온도가 증가한 후, 이 후 25℃/sec 냉각속도로 온도가 감소한다. 용접종료 10초 후 모재 내부에는 1.64℃/mm, 40초가 지났을 때는 0.26℃/mm 정도의 온도구배가 형성되었다. 3. 용접부 근처는 길이 방향을 따라 격심한 온도편차를 보이고 있으나 두께방향으로는 거의 나타나지 않는다. 이 결과는 향후 캡스턴 드럼의 용접부 최적설계시, 탄소성 열응력 및 열변형 거동을 해석하는 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

자화도를 측정함으로써 gadolinium박막의 강자성에서 상자성으로의 전이온도를 결정했다. 박막의 전이온도는 박막의 두께가 얇아짐에 따라 점점 더 bulk계의 전이온도보다 낮아지는 것이 관측되었으며 이 현상은 박막계의 유한성에 의해 일어나는 현상으로 알려져 있다. 우리는 이 결과를 유한효과 및 유한 축척이론에 근거하여 설명하였다.

Gd박막의 강자성-상자성 상전이 온도(Tc)이동을 조사했다. 강자성-상자성 상전이 온도에서 전기저항이 변화되는 변곡점을 관측하여 Tc를 결졍하였는데, 두께가 6600Å인 Gd박막의 상전이 온도는 bulk상태의 Gd의 전이온도보다 4±0.3˚C정도 아래로 이동됨을 알았다. 이것은 강자성 Gd박막의 Tc이동에 대한 최초의 측정이며, 실험과 finite-sime scaling이론을 비교 분석했다.