Analysis of flow pattern inside multi-cavity system in micro injection molding

김범래 서울대학교 대학원 2019 국내박사

사출 성형 공정은 짧은 공정 시간과 비교적 저렴한 공정 비용으로 인해 가장 널리 이용되는 열가소성 수지 성형 공정 중 하나이다. 특히 근래에 들어서 마이크로 스케일의 제품들을 생산하는데 있어서도 미세 사출 성형이 널리 사용되고 있다. 이러한 미세 사출 성형에서는 제품의 작은 크기 덕분에 생산성을 높이기 위한 방법으로 다중 공동 형태의 금형이 사용되고 있다. 미세 사출 성형의 주입 단계에서 생길 수 있는 몇 가지의 표면 결함들은 광학 제품 등에 큰 역할을 미칠 수 있으며, 이 결함들과 공정 조건 간의 관계를 규명하여 결함을 최소화하는 것은 미세 사출 성형 공정의 생산성을 높이기 위한 중요한 연구 주제라고 할 수 있다. 미세 사출 성형의 주입 단계에서 생길 수 있는 주요 결함으로는 크게 다중 공동 형태의 특성 상 수지가 러너를 흘러가는 과정에서 생길 수 있는 공동의 충전 편차로 인한 결함과, 공동의 내부에서 생길 수 있는 대표적 결함인 물결 형태의 플로우 마크의 두 가지를 들 수 있다. 본 연구에서는 이 두 가지의 결함과 미세 사출 성형의 주요 공정 조건 간의 관계를 규명하였다. 먼저 주요 공정 조건이 공동의 충전 편차에 미치는 영향을 규명하기 위하여 수치 해석을 실시하였다. 실제 공정을 참고로 하여 러너의 직경 편차, 러너 벽면의 온도 편차, 게이트의 크기 편차 세 가지를 주요 공정 조건으로 정하였으며, 이 조건들이 공동의 충전 편차에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 해석 결과, 공동의 충전 편차에 영향을 미치는 주요 공정 조건은 러너의 직경 편차와 러너의 벽면 온도 편차였으며, 게이트 크기의 편차는 그 영향이 미미한 것으로 나타났다. 특히 러너의 직경과 러너의 온도를 모두 변화시킨 복합 가혹 조건에서 공동의 편차가 가장 크게 나타났다. 공동의 충전 편차를 줄이는 방법으로 세가지의 새로운 형태의 다중 공동 모델을 제시하였다. 수렴 러너 모델, 저수형 모델, 그리고 두 가지 모델을 조합한 복합 모델의 세 가지에 대하여 충전 편차의 저감 효과를 분석하였으며, 세 모델 모두 효과적으로 공동의 충전 편차를 저감시키는 것으로 나타났다. 특히 복합 모델의 경우 순간충전율을 33%까지 저감시키는 결과를 보였다. 수지가 공동 내부를 흐를 때 생기는 대표적인 표면 결함인 플로우 마크에 대하여, 먼저 “Go-Over” 가설을 기초로 한 매개변수 연구를 실시하였다. 그 결과 플로우 마크의 생성과 크기에 대한 관계 식을 얻어내고, 플로우 마크의 생성과 크기에 영향을 미치는 세가지 주요 조건이 주입 속도와 수지의 온도, 공동 벽면의 온도 임을 확인할 수 있었다. 이를 실험과 수치 해석을 통하여 확인하고 플로우 마크의 크기에 대한 최적화를 진행하였다. 그 결과, 실험과 수치 해석 모두 매개변수 연구를 통해 얻은 관계식의 경향성을 잘 따르는 것을 볼 수 있었으며, 플로우 마크의 크기는 주입 속도가 높을 수록, 수지의 온도가 높을 수록, 벽면의 온도가 높을 수록 줄어드는 결과를 보였다. 또한 수치 해석 시 수지 유동 선단의 관찰 결과, “Go-Over” 가설이 실제 플로우 마크의 형성과 잘 맞는 것을 볼 수 있었다. Micro injection molding is manufacturing process widely used for thermoplasitcs because of its fast processing time and low cost. In micro-injection molding, there are two major defects which can be occurred in injection stage. One is the defect occurred by cavity filling deviation when the melted resin goes through the runner of mold, and the other is flow mark which is occurred in mold cavity. We investigated the relation between major defects and the major process conditions in micro-injection molding. For finding the major process conditions which affect to the cavity filling deviation, we did numerical analysis. We investigated the relation between the cavity filling deviation and three process conditions (deviation of runner diameter, wall temperature and gate thickness) with two numerical results: filling fraction and filling time delay. We used the properties of EP-6000 in polypropylenes. Modified Cross model is used for simulating the rheological behavior of polymer. The result of CFD simulation showed that the major process conditions which affect to the cavity filling deviation were the deviation of runner diameter and wall temperature. The mixed condition of those two had the biggest cavity filling deviation. For reducing cavity filling deviation, we suggested three robust designs: convergent runner model, reservoir model and complex model which is combined with those to models. all models reduced cavity filling deviation effectively, and the complex model had the biggest effect. The reduction of filling fraction was 33% in complex model. For flow mark which is defect occurred in cavity, we did parametric study in according to “Go-Over” hypothesis. we found three major conditions which affects to the size of flow mark by this parametric study: injection speed, resin temperature and mold temperature. We investigated the relation between the size of flow mark and those three major process conditions by experiment and numerical analysis. The results of both analysis showed that the size of flow mark decreased when injection speed, resin temperature or mold temperature was increased. This result was exactly fitted with the result of parametric study. We also observed the contour of resin flow when the flow mark generated with CFD simulation and it was well fitted with “Go-Over” hypothesis.

Prediction of Dynamic Behavior of Full-Scale Ground Using Numerical Analysis and 1 g Shaking Table Test

김용 조선대학교 대학원 2023 국내박사

Under external forces, soil often has very complex stress-strain characteristics. A reasonable constitutive model can more accurately reflect the soil's stress-strain relationship and various mechanical properties. This study conducted a series of 1 g shaking table tests on flat ground and slope using a laminar shear box under different seismic waves. A numerical analysis was carried out using DEEPSOIL and ABAQUS to compare the results of flat ground and slope using RMSE method. Different types of seismic waves were measured by accelerometers installed in each model layer. Acceleration-time histories, Peak Ground acceleration (PGA) and Spectral acceleration (SA) were obtained, verifying the feasibility of modeling using ABAQUS and DEEPSOIL for the same size. In order to overcome the limitation that 1 g shaking table test cannot express the geo-static stress and confining stress well. According to the similarity law, ABAQUS and DEEPSOIL were used to analyze the dynamic behavior of the large-scale model. The 5% damped Spectral acceleration (SA) was compared at the same scale position. Based on the comparison of numerical analysis results and 1 g shaking table test results, the 1 g shaking table test result can be utilized to predict the dynamic behavior of the actual scale through numerical analysis. In this thesis, Mohr-Coulomb model, Darendeli model, and Borja model were studied by theoretical research and numerical analysis. The normalized shear modulus and hysteresis curve were analyzed. The constitutive models were evaluated by comparing the dynamic behavior of the scale model under different intensity seismic waves. The large-scale models were modeled using numerical analysis, and the dynamic behavior of the large-scale model was predicted. 지반은 외부의 힘을 받게 되면 응력-변형 특성을 가지게 된다. 적절한 지반 구성 모델은 응력-변형 관계에 있어 다양한 물리적 특성을 더욱 정확하게 판단할 수 있다. 본 연구에서는 1g 진동대와 연성토조(Laminar shear box)를 이용하여 평평한 지반과 경사지반에서의 동적하중을 가하여 실험을 수행하였다. 또한 DEEPSOIL 과 ABAQUS 프로그램을 이용하여 평평한 지반과 경사지반의 수치해석을 진행하였고, RMSE 방법을 통해 비교분석을 수행하였다. 지반모델의 각 층에 가속도계를 매설하여 지진파를 측정하였다. 가속도-시간 이력, 최대지반 가속도(Peak ground acceleration; PGA) 및 스펙트럼 가속도(Spectrum acceleration; SA)를 분석하였으며, ABAQUS 와 DEEPSOIL 을 통해 지반 모델의 타당성을 검증하였다. 1g 진동대 실험은 구속압과 정적응력을 모사하지 못한다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 상사법칙을 이용하여 DEEPSOIL 과 ABAQUS 를 이용하여 실제 규모 지반의 동적거동을 비교 분석하였다. 동일한 위치에서의 동적하중을 5% 감쇠비(Damping ratio)를 이용하여 스펙트럼 가속도를 비교하였고, 수치해석 결과와 1g 진동대 실험 결과비교하였다. 이러한 결과는 1g 진동대 실험결과와 수치해석을 통해 실제 모형지반의 동적거동을 예측하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 논문에서는 Mohr-Coulomb 모델, Darendeli 모델과 Borja 모델을 이용하여 수치해석을 진행하여 연구를 진행하였다. 정규화된 전단 탄성계수와 히스테리시스 곡선(Hysteresis curve)을 분석하였다. 구성 모델은 서로 다른 크기의 지진파에 노출된 지반모델의 동적 거동을 비교 분석하였다. 확장된 지반모델은 수치해석을 사용하여 모델링 되었으며, 이러한 모델들의 동적거동을 예측하였다.

Mechanical analysis of three dimensional textile composites using fiber-based continuum model

안현철 서울대학교 대학원 2016 국내박사

Fiber reinforced polymer composites are widely used in industrial field, such as military, aerospace and automobile, and in the spotlight of using structural materials. For this reason, mechanical analysis and manufacturing process composites are researched in numerus studies. Moreover, many structural analysis of composites are published for improving its properties and reinforcing its properties. Unit cell approach is major concept of mechanical analysis of composite and three dimensional (3D) modelling of composite structure is well established. This unit cell analysis has high accuracy and reflecting complicated composite structures, however it has high cost of computing time and modeling process. Moreover it cannot be considered structural effect from deformation and loading condition. For this reason, new approach of composite mechanical analysis is developed with continuum based model in this study. The aim of this method is continuum analysis with fast computing time and considering structural effect of textile composite structures with one-step 3D structural analysis. New numerical analysis model, called fiber based continuum model (FBM), is continuum based algorithm considered fiber orientation and structure of a textile composite. Fiber architecture is important factor of mechanical properties of a composite, so FBM is focused on fiber structure and its change inside of a composite. Moreover, this method is used fiber and matrix properties for numerical analysis, so structural analysis can be done with minimum parameters. Furthermore, based on layer method and modified ply discount method, Failure behavior can be predicted with Puck’s failure citation. 3D textile composite fabrication and structure analysis method are developed for numerical validation and characterization, in the next chapter. FBM analysis can be used for arbitrary 3D textile composites with yarn path function, so verification works is needed with several 3D structures. In this study, 3D five axis braided and orthogonal woven composite is manufactured and tested. For this, 3D weaving method was developed in laboratory scale. Moreover, before the mechanical test of composites, structural analysis is done with micro-CT image. Finally, FBM is verified with experimental of 3D textile composites. Tensile and bending test was done for characterization of composites. The experimental results of which were compared with simulated results, demonstrating that the current numerical model can properly predict the mechanical behavior of 3D fiber-reinforced composites. Moreover, based on FBM analysis, application of 3D textile composite is investigated.

軟弱地般의 橋臺 側方移動에 관한 數値解析的 硏究

박종수 창원대학교 2019 국내박사

To this day, the abutment lateral movement on the soft ground has been generally performed by the two-dimensional numerical analysis. However, in this study, the consolidation analysis by 2D and 3D finite element analysis is carried out to investigate the variation of the horizontal displacement pattern of the abutment, according to soil parameter of soft layer, depth of soft layer, height of embankment, separation distance. This analysis is done by using Modified Cam-Clay model. The purpose of this study is to derive three-dimensional analysis results from only 2D analysis results as well as to easily predict the lateral displacement of the soft ground by suggesting the calculation equation that can predict the horizontal displacement of the abutment,without the numerical analysis. In addition, it is proposed to apply a similar formulas to the results of numerical analysis, according to the depth and factor of soft ground. In case that two-dimensional analysis results are converted into three-dimensional analysis results, the two-dimensional analysis results and the three-dimensional analysis results are almost the same, when the depth of the soft layer is 5.8 m or less. When the depth of the soft layer is between 5.8m and 20m,    (y: the ratio of the two dimensional displacement to the three dimensional displacement, x: the depth of the soft layer) is recommended to be used. When the depth of the soft layer is more than 20m, it is reasonable to apply 3.6 times. The horizontal displacements of the abutment vary depending on depth of soft layer, separation distance, embankment height, and soil parameter. The formulas for each condition are proposed respectively. In order to calculate the median value that is different from the actual ground and the condition of the numerical analysis, the correction factor is proposed according to the soft ground depth (z), separation distance (d), embankment height (h), compression index (  ).

주조공정에서 용탕의 충전 및 응고과정 중 발생하는 거시편석 및 열응력의 수치해석

목진호 연세대학교 대학원 2000 국내박사

복층터널 분기구 안정성에 관한 연구

나유성 동국대학교 2019 국내박사

증가하는 도심지의 상습적인 정체와 신설터널 건설시 발생하는 여러 제약의 문제를 해소하기 위하여 향후 국내에서 수요가 증가할 것으로 전망되는 대심도 지하도로를 복층터널로 건설할 경우 도로의 기능을 수행하기 위해 터널 내에 분기구간이 존재한다. 본 논문에서는 암반에서 시공되는 2차로 대심도 본선 복층터널에서 1차로 단층터널로 분기가 일어나는 조건을 대상으로 본선터널과 분기터널간의 이격거리와 이격각도에 따라서, 그리고 암반상태에 따라서 터널의 거동과 안정성을 축소모형실험, 2차원 단면 수치해석, 3차원 수치해석을 통해 분석하였다. 분기구 형상에 따라 발생되는 균열 변형 등의 터널간 상호거동을 고려하기 위하여 축소모형실험을 수행하였고 그 결과 터널 중심간 균열 양상이 0°(수평)이격, 90°(수직)이격의 경우 본선터널과 분기터널 중간부에서, 30°이격과 60°이격의 경우 하단부에서 균열이 발생하였다. 이격거리, 이격각도의 변화에 따른 파괴하중 및 분기단면 중앙부 변위의 변화를 측정하였으며 이를 상대적인 강성으로 비교한 결과 이격거리가 증가할수록, 이격각도가 감소할수록 터널 상호간 간섭영향이 감소하는 것을 확인하였다. 분기조건이 분기후 구간 터널 안정성에 미치는 영향을 고려하기 위하여 지보재 설치를 생략한 무보강 굴착 2차원 단면 수치해석을 수행하고 각각의 결과를 터널 안정성 분석방법으로 분석한 결과 이격거리와 암반등급이 크고 이격각도가 작을수록 안정성이 높음을 알 수 있었다. 2차원 단면 수치해석 결과를 이용하여 분기조건을 변수로 한 강도응력비 차트와 강도응력비 산정식으로 구성된 분기후 구간 터널의 안정성 평가 방법을 개발하였고 이는 예비설계 단계에서 분기전 확폭구간의 굴착영향을 제외한 분기후 구간 터널의 안정성의 개략 평가시 적용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 보강 굴착해석을 수행하고 그 결과를 무보강 굴착해석 결과와 비교하여 보강방향을 고려하고자 하였으며 그 결과 이격거리와 암반등급이 작고 이격각도가 클수록 보강효과가 작아 추가적인 보강이 필요할 것으로 판단된다. 축소모형실험과 2차원 단면 수치해석을 비교한 결과 경계조건이 다르기 때문에 정량적인 수치 비교는 불가능 하나 정성적으로 상대적인 수치와 경향성을 비교할 때, 두 결과가 매우 유사한 것을 확인하였다. 분기전 확폭구간의 3차원 수치해석을 수행하여 4가지 굴착공법 및 4가지 벤치길이에 따른 선행굴착 영향을 분석하였고 그 결과 굴착공법간 선행굴착 영향의 차이는 거의 없음을 알 수 있었고 벤치길이에 따른 영향은 존재하는 것을 확인하였다. 분기전 확폭구간의 선행굴착 영향을 2차원 수치해석 결과에 적용하고 강도응력비 방법을 이용하여 안정성을 분석하였으며, 이를 분기후 구간 터널 안정성 평가방법에 반영하였다. 또한, 선행굴착영향을 반영한 터널 안정성 결과에 대한 검증으로 분기전 확폭구간과 분기후 구간을 포함한 전체 분기구간에 대한 3차원 굴착 해석을 수행한 결과, 발생한 주응력에 대하여 선행굴착영향을 반영한 방법과 결과의 차이가 크지 않은 것을 확인하였다. 평균강도응력비 결과의 경우 전체 분기구간 해석 결과가 선행굴착영향을 반영한 결과보다 7.3% 큰 것으로 나타나 선행굴착영향을 반영한 방법이 전체 분기구간에 대한 3차원 굴착 해석 보다 안전측으로 강도응력비를 산정하는 것으로 판단된다. 최종적으로 선행굴착 영향을 고려한 전체 분기구간의 터널 안정성 평가방법을 제안하였고 이 방법은 강도응력비 해석 결과와 비교하였을 때,평균 약 10% 정도의 오차율을 나타내었다. 전체 분기구간의 터널 안정성 평가방법은 예비설계단계에서 분기후 구간 터널 안정성 평가방법과 함께 분기조건만으로 분기구간 터널의 안정성과 선행굴착 영향을 평가할 수 있으며, 이를 통해 안정성을 확보하기 위한 적정 이격거리와 이격각도에 따른 안정성 저하영향을 파악하는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. With increasing interests on deep urban underground roads as the solution to the problems of traffic congestion and constraints in the construction of a new tunnel, the construction of double-deck tunnel has been receiving considerable attentions in Korea. This study presents an investigation using scale model tests, 2-D finite difference analysis, and 3-D finite element analysis on the behaviors and the stability of the tunnels in a divergence section where single tunnel is diverged from a main line double deck tunnel by varying the separation distance, diverging angle, and the rock class. A series of scale model tests were performed to investigate the interaction between main tunnel and diverging tunnel depending on diverging conditions. The results of the model tests indicated that for the 0˚, 90˚ diverging angles, the failure at the center of tunnels occurred in middle area of between main tunnel and diverging tunnel and for the 30˚, 60˚ diverging angles, the failure at the center of tunnels occurred in lower area between main tunnel and diverging tunnel. When relative stiffness results depending on diverging conditions were compared, the effect of inter-tunnel interference was found to decrease as the separation distance increased and the diverging angle decreased. In order to investigate the effect of the diverging condition on the tunnel stability of the post-divergence section, numerical analysis of 2-D cross section of the non-reinforced excavation was carried out and the results were analyzed by the tunnel stability analysis method using strength-stress ratio, Mohr-Coulomb failure theory, and the volume of interference. The analysis results indicated that the larger the separation distance and the rock class and the smaller the diverging angle, the higher the stability. Using the results of the numerical analysis, a method was developed to evaluate the tunnel stability of the post-divergence section, which is composed of the strength stress ratio chart and the strength stress ratio formula. Also, reinforced excavation analysis was performed and the results were compared with the results of non-reinforced excavation analysis to investigate the effect of reinforcement. The results indicated that the additional reinforcement are needed because the smaller the separation distance and rock class and the larger the diverging angle, the smaller the reinforcement effect. Although numerical results and the scale test result is not possible to compare the quantitative values because the boundary conditions are different, when comparing the values and the tendency qualitatively, it was confirmed that the two results are very similar. 3-D numerical analysis of the widening section of pre-divergence section was carried out to analyze the effects of the preceding excavation depending on the four excavation methods and the four bench lengths. As a result, there was no difference in the effect of preceding excavation between the excavation methods, and there was the effect of preceding excavation depending on the length of the bench. The effect of preceding excavation of the widening section before the divergence was applied to the results of the 2-D numerical analysis and it was reflected in the method of stability evaluation of the tunnel after the divergence section. 3-D excavation analysis was carried out for the whole section including the widening section before the divergence and the section after the divergence as the verification of the tunnel stability result reflecting the effect of the preceding excavation. As a result, the principal stress occurring between the two methods were similar and in the case of average strength stress ratio results, the results of the whole section analysis were 7.3% larger than results reflecting the effect of preceding excavation. Therefore, it is judged that the method reflecting the effect of preceding excavation calculates the strength stress ratio to the safety side rather than the method of the whole section analysis. Finally, a stability evaluation method for tunnel of the whole diverging section was proposed and the method showed an average error rate of about 10%. The method can evaluate the tunnel stability of the whole diverging section in the preliminary design stage and could be used as the basic data to determine the influence of stability under diverging conditions.

Analysis of Rainfall Characteristics inducing Shallow Failure of Road Cut Slope

김경석 서울대학교 대학원 2012 국내박사

Rainfall is well known triggering factor of slope failures. In Korea, frequent shallow failures on road cut slopes occur every year by intensive rainfall during summer season. To deal with slope failure problems induced by rainfall, regional rainfall characteristics and their effects on the slope instability should be considered. In this study, an attempt is made to identify local rainfall characteristics and to suggest a rainfall threshold that can be used as basis for a warning system. The rainfall records corresponding to the slope failure records for 11 years (1999~2009) along expressways are used. Furthermore, the influences of rainfall parameters on the slope stability of an unsaturated soil slope during rainfall are analyzed by numerical analysis. Examination of 258 rainfall records to scrutiny show that combination of rainfall parameters rather than single parameter could represent the rainfall characteristics inducing shallow slope failures. Rainfall parameters such as peak intensity, cumulative amount, average intensity and rainfall duration are selected to represent the rainfall characteristics and relationships by peak intensity-cumulative amount and average intensity-duration are utilized for establishing the rainfall threshold. Rainfall parameters are ranging from 6.5 to 92.5mm/hr for peak intensity, from 76.4mm to 759.5mm for cumulative rainfall amount, from 7 hour to 255 hours for rainfall duration and from 1.19mm/hr to 22.2mm/hr for average intensity. The rainfall threshold is defined to be a certain percentage of total rainfall events by assuming rainfall parameter distribution as log-normal distribution. When whole rainfall records are used, minimum rainfall threshold is determined to be a rainfall event of peak intensity of 10.6mm/hr and cumulative amount of 62.1 mm by peak intensity-cumulative rainfall relationship and expressed as by average intensity-duration relationship. To investigate the influences of rainfall parameters on slope instability and to compare the analysis result with empirical rainfall threshold, numerical analysis is performed. Slope stability analysis coupled with seepage analysis is tested using an actual failure case and the results indicate that the analysis method can predict the actual slope failure. Influence of each parameter is investigated by varying rainfall parameters such as rainfall intensity, duration, rainfall pattern and hydraulic conductivity. The results show that slope stability is highly dependent both on rainfall characteristics and hydraulic conductivity of soil. The result of numerical simulation with different rainfall parameters are compared with the empirical rainfall thresholds. The minimum empirical rainfall threshold of peak intensity-cumulative amount is shown to discriminate rainfall conditions which induce slope failure from those which do not induce slope failure obtained by numerical simulation. On the contrary, some simulated rainfall events in numerical analysis which cross over the minimum rainfall threshold of average intensity-duration relationship do not induce slope failure. From the comparison, rainfall of high intensity with short duration, which crosses over the rainfall threshold, should be excluded by additional constraint such as cumulative rainfall amount criterion. Thus, the empirical rainfall threshold can be complemented by numerical analysis results and its reliability can be enhanced. 강우는 사면파괴 유발인자로 잘 알려져 있다. 국내에서는 매년 여름철 집중강우에 의해 도로 절토사면 표층파괴가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 강우에 의해 유발되는 사면파괴 문제에 대처하기 위해서는 지역적인 강우특성과 강우가 사면의 안정성에 미치는 영향을 고려할 필요가 있다. 본 연구에서는 지역적인 강우특성을 분석하고 경보시스템의 근간이 되는 임계강우기준을 제시하고자 하였으며, 이를 위해 11년간 전국 고속도로 사면 파괴기록과 이에 대응하는 강우기록을 이용하였다. 또한, 수치해석을 이용하여 강우가 불포화된 도로사면의 안정성에 미치는 영향을 분석하였다. 사면파괴를 유발시킨 258개의 강우기록을 상세히 조사한 결과 강우특성의 표현하기 위해서는 단일 변수보다는 여러 강우변수를 조합해서 표현하는 것이 필요한 것으로 나타났으며, 강우변수로서 첨두강우, 누적강우, 평균강우 및 강우지속시간을 선정하여 강우변수의 범위를 구한 결과 사면파괴를 유발시킨 강우는 첨두강우 6.2~92.5mm/hr, 누적강우 76.4mm~759.5mm, 평균강우 1.19~22.2mm/hr 그리고 지속시간은 7~255hr의 범위를 갖는 것으로 나타났다. 임계강우기준은 첨두강우-누적강우, 평균강우-지속시간의 관계를 이용하였으며, 임계강우의 정의는 강우변수가 대수정규분포를 따르는 것으로 가정하여 분석대상 강우자료에 대한 빈도에 대응하는 값으로 선정하였다. 1%에 해당하는 최소임계강우기준은 첨두강우-누적강우 기준으로 10.6mm/hr와 62.1mm/hr로 나타나고, 평균강우-지속시간 관계에서는 I=18.32D^0.622 로 나타났다. 강우변수가 사면의 얕은 파괴에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수치해석을 실시하였다. 수치해석은 먼저 실제 사면파괴 사례에 대하여 침투해석과 연동된 사면안정해석을 실시하였으며 해석결과는 해석방법이 실제사면의 파괴시점과 파괴형태를 적절하게 예측하는 것으로 나타났다. 강우변수의 영향을 조사하기 위하여 강우강도, 강우지속시간, 강우패턴 그리고 투수계수를 달리하여 수치해석을 실시하였다. 변수를 달리한 해석결과에서 사면의 안정성은 강우의 특성과 흙의 투수계수에 따라 차이가 있는 것으로 나타났다. 강우변수를 달리한 수치해석 결과와 경험적 임계강우기준을 비교하였다. 첨두강우-누적강우로 표현되는 경험적 최소임계강우기준은 수치해석에서 얻어진 사면파괴를 유발하는 강우와 유발하지 않는 강우를 비교적 잘 구분하는 것으로 나타났지만, 평균강우-지속시간으로 표현되는 최소임계강우기준은 수치해석에서 사면파괴를 유발시키지 않는 몇 강우에서도 임계강우기준이 초과되는 것으로 나타났다. 특히, 강우강도가 높지만 강우지속시간이 짧은 강우는 임계강우기준을 초과하더라도 사면파괴가 발생하지 않는 경우로서, 누적강우 기준을 추가하여 임계강우기준에서 제외시킬 필요가 있는 것으로 나타났다. 이러한 비교결과는 수치해석적 방법론이 경험적 임계강우기준을 보완하는데 유용함을 나타내며, 경험적 임계강우기준의 신뢰성을 향상시키는데 사용할 수 있는 것을 알 수 있다.

플라스틱 유동을 고려한 사출성형 충전공정 중 금형 변형의 해석

정준태 전남대학교 대학원 2015 국내석사

In the present study, a numerical analysis for filling stage of an injection molding process was carried out in order to predict the mold deformation combining non-Newtonian melt filling and heat transfer, and structural behavior together. In general, the local mold deformation can be mainly caused by two important factors, a compressive pressure induced by the polymer melt and a thermal expansion due to a rapid heat transfer from the filled polymer melt to the mold core. Because the severe mold deformation lowers a dimensional accuracy of the molded part or even results in a failure of the injection mold. The accurate prediction of mold deformation during the filling stage is important to successfully design and manufacture a precision injection mold. It is also required to include a transient behavior in the analysis model because the polymer melt fills the cavity with a certain flow rate, a level-set method was employed to precisely capture the melt front advancement. In this regard, the numerical simulation considering the melt filling, heat transfer, and the mold deformation was carried out: (i) a steady-state analysis and (ii) a transient analysis. A simple cavity model of 2D axisymmetric center gated disk was used for the demonstration of the present model. Both flow behavior of the polymer melt and temperature distribution inside the mold cavity were investigated along with the melt front advancement. 본 연구에서는 사출성형 충전공정 중 금형의 변형을 예측하기 위하여 비뉴턴 유동, 열전달, 구조해석이 함께 고려된 수치해석 연구를 수행하였다. 정밀 사출성형 금형을 설계/제작하기 위해서는 충전공정 중에 발생하는 금형의 변형을 정확하게 예측하는 것이 중요하다. 이와 같은 금형의 국부적인 변형은 다양한 요인에 의해 발생할 수 있으며, 용융된 고분자 수지의 유동에 의한 압력과 고분자 수지로부터 금형으로 열전달에 의한 금형의 열팽창이 가장 큰 원인으로 여겨지고 있다. 또한, 일정한 유량에서 시간에 따라 캐비티 내부에 고분자 수지가 충전되기 때문에 이에 따른 과도 특성 해석도 함께 이루어져야 한다. 따라서, 본 연구에서는 2차원 축대칭 형상의 단순 원형 디스크 제품의 금형을 모델링하고 이에 대한 정상 상태, 과도 상태에 대한 수치해석을 수행하였다. 이를 바탕으로 금형 내부의 고분자 수지의 유동 특성과 금형 변형량, 온도 분포에 대한 분석을 수행하였다.

Analysis of desorption behavior in metal-based hydrogen storage systems through pilot-scale experimentation and numerical simulation

오상근 서울대학교 대학원 2017 국내박사

Hydrogen storage alloys that form metal hydrides (MH) are a promising type of material in hydrogen storage applications, allowing for low-pressure, high-density hydrogen storage. However, while many studies are being performed on enhancing the hydrogen storage properties of such alloys, there has been little research on large-scale storage vessels which make use of the alloys. In particular, large-scale, high-density storage devices must make allowances for the temperature variations caused by the heat of reaction between hydrogen and hydriding alloys, which may impact the storage characteristics. In this study, we propose a numerical model for the design and evaluation of hydrogen storage devices using hydriding alloys. Hydrogen desorption reaction behavior for an alloy is measured in terms of temperature, reaction rate and hydrogen concentration variation over time These data are then analyzed to yield a behavioral correlation which is used as the basis for a comprehensive simulation model of the alloy system. While a solid solution TiCrV-Fe alloy is used in the present study to gather these experimental data, the experimental procedure may be applied in an identical way to any metal hydride material subject to analysis. Calculated results of the model are found to be in good agreement with experimentally measured data. The accuracy of the model makes it useful in predicting the desorption behavior for a single system under multiple operating conditions. It can also be employed to evaluate multiple systems that satisfy a single set of given operating conditions. Given its accuracy and versatility, the model is expected to be highly useful in analyses of multiple system geometries, scales, and metal hydride alloy materials.

Numerical analysis of the capacity of suction caisson anchors considering soil-caisson interface characteristics

리안, 라미제즈 부산대학교 대학원 2015 국내석사

Offshore foundation technology has been developed in parallel with the development of oil industry, and recently, its experience has been applied to the design of wind turbine structures. Suction caissons are used for anchoring deepwater offshore structures and platforms with catenary or taut-mooring systems. Suction caissons are being used increasingly for the anchorage of offshore floating wind turbines which were proven to be economical and easy to install. The focus of the master thesis is to numerically predict the holding capacity of suction caisson anchors embedded in a homogeneous, purely cohesive soil with linear shear strength distribution subjected to inclined tensile and purely horizontal loading. The general purpose finite element computer program ABAQUS (2011) was utilized for the numerical prediction of the behavior of rigid circular suction caisson anchors with L/D = 2. The numerical modelling was carried out with three-dimensional finite element models using eight nodded-linear hybrid brick elements with reduced integration points (C3D8HR). The isotropic behavior of undrained soil was represented as simplified elastic-perfectly plastic model with von Mises yield criterion. Parametric finite element analyses have been performed to investigate the effects of soil shear strength profile, loading angle, loading point and soil-caisson interface characteristics. Displacement-controlled analyses were carried out to determine the maximum holding capacities of suction caisson anchors under the combination of vertical and horizontal loads. Numerical results were presented in the form of vertical-horizontal failure loci. The influence of soil-caisson interface characteristics was investigated based on the load-controlled analyses. Vertical-horizontal failure loci are presented for both cases where the soil-caisson interface was fully-bonded and where a gap was allowed to form at the back of the caisson. The sensitivity of suction caisson anchor capacity to the changes in loading angle or loading depth was also quantified based on the load-controlled analyses with consideration of soil-caisson interface condition. It was found that, for L/D = 2, the optimal loading point is in the range of 0.57L to 0.67L for the soil strength profiles selected in the study. Numerical predictions revealed that a normalized contracted failure locus may represent the holding capacity of caisson when a gap is allowed to form and same as when the padeye position is shifted from the optimal location. Based on the finite element analysis results, a simplified solution for the estimation of the horizontal load capacity of suction caisson anchors was described. The simplified solution considers the influence of optimal loading point which depends on soil shear strength profile. It was found that when a gap was formed at the back of the caisson the reduction in the horizontal load capacity was more pronounced as the soil strength distribution becomes more triangular. The simplified solution reasonably predicted model tests results and other data available in the literature used in the study.