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HfC-코팅 C/C 복합재료의 유효 물성 산출을 위한 미시역학 전산 해석
노경욱(Kyung Uk Roh),김호석(Ho Seok Kim),신의섭(Eui Sup Shin) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.12
본 연구에서는 미시역학 전산 모형을 통해 열 보호 시스템에 사용되는 내열 코팅 재료의 유효 열전도도와 탄성 계수를 산출하고 분석하였다. 상용 프로그램 Simpleware를 이용하여 HfC로 코팅된 탄소/탄소 복합재료의 삼차원 전산 모형을 생성한 후 유한요소 해석을 수행하였다. 유효 물성의 경향을 확인하기 위해 코팅층의 기공도와 두께 변화를 고려하였다. 또한, 실제 시편을 제작하여 실험에서 온도에 따라 측정된 열전도도와 해석에서 산출된 열전도도를 서로 비교하였으며 해석 결과가 측정값에 근접하였다. 이를 통해 내열 코팅 재료의 유효 물성을 산출하는데 있어서 미시역학 전산 해석이 적절함을 확인하였다. In this study, the effective thermal conductivity and elastic modulus of heat-resistant coating materials are analyzed by using micromechanical computational models. Three-dimensional computational models for HfC-coated carbon/carbon composites were created with Simpleware, and finite element analysis was performed. The porosity and thickness changes in the coating layer were taken into account to identify the tendency of effective material properties. In addition, the coupon specimen was produced to compare the thermal conductivity measured by experiments with the one obtained by finite element analysis according to temperature changes, and the analysis results were close to the measured values. This confirms that micromechanical computational analysis is appropriate in the calculation of effective material properties of coating composites.
초고속 카메라와 삼차원 표면 측정기를 이용한 삭마 재료의 정량적 표면 침식 분석
최화영(Hwa Yeong Choi),노경욱(Kyung Uk Roh),천재희(Jae Hee Cheon),신의섭(Eui Sup Shin) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.9
본 논문에서는 초고속 카메라와 삼차원 표면 측정기를 이용하여 삭마 재료의 표면 침식량을 정량적으로 분석하였다. 대기권 재진입 환경을 모사하기 위해 0.4 MW 아크 가열 풍동을 이용하여 흑연과 탄소/페놀릭 복합재료의 삭마 실험을 수행하였다. 초고속 카메라를 이용하여 실시간 삭마 실험 영상을 획득하고, 이를 분석하여 침식량과 침식률을 산출하였다. 또한, 삼차원 표면 측정기를 이용하여 삭마 전후 시편의 표면 형상을 측정하였으며, 시편의 높이 차이로부터 침식량 분포를 정밀하게 산출하였다. 이를 통해 표면 침식 현상을 종합 분석하는데 있어서 두 측정 결과를 상호 보완하는 것이 유효함을 확인하였다. In this paper, the surface recession of ablative materials was quantitatively analyzed using a high-speed camera and a three-dimensional profilometer. The ablation tests of the graphite and carbon/phenolic composite samples were performed using a 0.4 MW arc-heated wind tunnel for simulating the atmospheric re-entry environment. The real-time images during the ablation test were captured by the high-speed camera, and analyzed to calculate the surface recession and recession rate. Also, the surface data of samples were obtained using a three-dimensional profilometer, and the surface recession was precisely calculated from the difference of height between the surface data before and after the test. It is effective to complement the two measurement results in the comprehensive analysis of surface recession phenomena.
미세 단층 영상을 이용한 삭마 복합재료의 전산 모델링 및 해석
천재희(Jae Hee Cheon),노경욱(Kyung Uk Roh),신의섭(Eui Sup Shin) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.9
본 연구에서는 미세 단층 영상을 이용하여 삭마 복합재료의 전산 모델링 및 해석을 수행하였다. 탄소/페놀릭(carbon/phenolic) 복합재료의 삭마 실험은 0.4MW 아크 가열 풍동을 이용하여 수행하였다. 미세 단층 촬영기(Micro-CT)로 삭마 실험 전후의 복합재료 시편을 촬영하여 이진화된 단층영상을 생성하였다. 생성된 이진화 영상을 활용하여, 삭마 복합재료의 실제 미시 구조가 반영된 전산 모형을 개발하였다. 영상 기반 전산 모형은 시편 횡방향의 특정 영역의 영상을 적층하여 개발하였다. 전산 모형은 실험 전 시편 영상에서 1종, 실험 후 시편 영상에서 8종, 총 9종의 전산 모형을 개발하였다. 영상 기반 전산 모형을 통해 삭마에 의한 유효 물성을 예측하였으며, 기공도 증가에 따른 유효 물성 저하를 확인하였다. In this study, Image-based computational analysis using the developed models was performed to predict the degradation of effective properties by ablation. The ablation tests of carbon/phenolic composites were performed using a 0.4 MW arc-heated wind tunnel. The carbon/phenolic composite samples were scanned using the micro-computed tomography (Micro-CT) to analyze the ablation characteristics according to a duration time of the ablation test. By calibrating the scanned images, computational models were developed that reflect the actual microstructure of the ablation composites. Also, nine computational models that reflect the actual pore shape were developed using the created cross-sectional images. Image-based computational analysis using the developed models was performed to predict the degradation of effective properties by ablation and the decrease of effective properties was confirmed with increase of porosity.