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장홍래(Hong-Lae Jang) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
공공 수송시스템인 철도차량은 충돌사고 발생 시 심각한 인명과 재산 피해가 발생하게 된다. 따라서 철도차량은 충돌사고에 대비한 충돌안전설계가 이루어져야 하며 국내에서는 철도차량 기술기준에 제시된 열차 차종 별 충돌사고 각본에 따라 충돌안전이 확보되도록 설계가 수행되고 있다. 철도차량은 다수의 차량들이 연결기를 통해 연결되는 구조이며, 연결기에 포함되는 충돌에너지흡수장치가 충돌안전을 위한 중요한 장치 중 하나이다. 본 연구에서는 각 철도차량의 차량 별 충돌에너지 흡수장치의 에너지 흡수 곡선에 대한 설계 민감도해석과 최적설계 방법론을 개발하였다. 차체의 상세 구조설계 이전의 기본설계 단계에서 충돌에너지 흡수장치의 에너지 흡수곡선의 변화에 따른 충돌 가속도를 고려하기 위하여 1차원 해석 모델을 이용한 과도 동역학 해석을 수행하였고, 애조인 설계민감도 식을 유도하여 다수의 설계변수에 대해 효율적인 설계민감도 해석이 가능하게 되었다. 개발된 설계민감도 해석법은 유한차분법과 비교하여 검증되었으며, 이를 활용하여 구배 기반 최적설계를 수행하여 각 차량 사이 설치되는 충돌에너지 흡수장치 별 최적의 충돌 에너지 흡수용량을 도출하였다.
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평판 감육 측정 성능향상을 위한 IDT 기반 SLDV의 모드 선정 방안
장홍래(Hong-Lae Jang),강토(To Kang),구본용(Bonyong Koo),윤민호(Minho Yoon) 한국비파괴검사학회 2022 한국비파괴검사학회지 Vol.42 No.1
레이저 진동계를 이용하는 정상파응답영상화(Steady-state ultrasonic imaging technique) 기법을 활용한 평판 구조물의 결함 영상화 기법은 측정된 진동 신호의 주파수(wavenumber) 응답에 따라 구조물의 두께를 정량적으로 파악할 수 있기에 최근 활발하게 이용되어 왔다. 하지만, 두꺼운 구조물의 경우 저차 모드인 A0 모드가 두께 변화에 대한 파수 민감도가 낮아 측정에 어려움이 있으며 이러한 어려움을 해결하기 위해 높은 파수 민감도(wavenumber sensitivity)를 가진 할 수 있는 IDT(Interdigital transducer) 기반 SLDV(Scanning Laser Doppler Vibrometer)를 사용하였다. 하지만 기존 방법에서도 파수 민감도를 유한차분으로 구했을 뿐만 아니라 측정 모드가 전체 주파수 및 파수 민감도의 응답곡선을 통해 정성적으로 결정되었다. 본 연구에서는 파수 민감도를 해석적으로 구하였으며 이것을 최저임계값을 포함한 제약조건으로, 그리고 측정모드 개수를 목적함수로 하여 최적설계 문제로 정식화 하여 최적의 측정 모드를 선정하였고, 이를 예제를 통해 검증하였다. Defect imaging of plate structures using a Scanning Laser Doppler Vibrometer (SLDV) is a widely used technique because the thickness of such structures can be quantitatively identified. However, for thick structures, the low-dimensional mode A0 performs poorly due to low wavenumber sensitivity with respect to change in thickness. Interdigital transducer (IDT)-based SLDVs with high wavenumber sensitivity have been adopted to resolve this problem. However, using this method, not only was the wavenumber sensitivity obtained as a finite difference, but the measurement mode was also determined empirically through the response curve of the total frequency and wavenumber sensitivity. In this study, wavenumber sensitivity was obtained analytically and was used as a constraint together with the lowest threshold value and the inspection mode. Using the number of inspection modes as the objective function, an optimal design problem was formulated, and the optimal inspection mode was selected. This was verified through numerical examples.
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난연 폴리우레탄폼을 이용한 철도차량용 다기능 패널의 강도 해석
장홍래(Jang Hong Lae),권태순(Kwon Tae Soon),박원희(Park Won Hee),이덕희(Lee Duck hee),김성룡(Kim Sung Ryong),배영한(Bae Young Han) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.6
최근 철도차량의 고속화 및 이용객의 기대수준이 높아짐에 따라 높은 난연성으로 승객의 안전을 보호하고, 뛰어난 단열효과로 차량에너지효율을 높임과 동시에 차음성능의 개선을 통해 객실 내 승객의 쾌적성을 향상시킬 수 있는 철도차량용 다기능 내장패널의 개발이 요구된다. 이에 본 연구에서는 단열 및 차음효과가 높은 연질 폴리우레탄폼 재료를 심재로 이용하는 철도차량용 다기능 패널에 대해 소개한다. 난연성을 보완하기 위해 난연재의 후함침을 통해서 난연 폴리우레탄폼을 제조하고, 철도차량 내장패널 적용가능성을 살펴보기 위해 강도 해석을 수행하였다. 재료시험결과에 기반한 초탄성재료 모델을 이용하여 비선형 유한요소 해석을 수행하였으며, 다양한 다른 폼 심재와 비교 분석하였다. Recently, development of multi-functional interior panels for application to rolling stocks including flame resistant, heat and sound insulation properties is required to provide comfort and convenience for passengers. In this research we introduced new interior panels including flame resisting polyurethane (FR-PU) foam core and performed strength analysis of the panels for application to rolling stocks. To obtain flame resistant properties in PU foam, we impregnated the PU foam with flame retardants so that the FR-PU foam specimens are fabricated. Mechanical behaviours of the panels under the compressive and bending loads are studied by using finite element analysis where a hyperelastic model fitted from test data is considered. The results are compared to the various commercial foam core materials to study the applicability of the FR-PU foam core sandwich panel.
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문민영,장홍래,김민근,조선호,Moon, Min-Yeong,Jang, Hong-Lae,Kim, Min-Geun,Cho, Seon-Ho 한국전산구조공학회 2010 한국전산구조공학회논문집 Vol.23 No.5
본 연구에서는 정상상태의 비선형 열탄성 문제에 대하여 탄성 계수 및 열전도 계수에 대해서 보조변수법을 이용한 연속체 기반의 설계민감도 방정식을 유도하였고, 온도와 변위장이 연성된 보조방정식을 정의하여 효율적으로 설계민감도 해석을 수행하여 위상 최적설계에 적용하였다. 수치 예제를 통하여 열탄성 문제에서 위상 최적설계가 갖는 요소망 의존성을 살펴보았다. 또한 열 하중이 지배적인 경우와 기계적 하중이 지배적인 경우를 비교하여 다중 물리 연성문제에서 위상 최적설계가 갖는 하중에 대한 의존성을 고찰하였다. In this paper, we have derived a continuum-based adjoint design sensitivity of general performance functionals with respect to Young' modulus and heat conduction coefficient for steady-state nonlinear thermoelastic problems. An adjoint equation for temperature and displacement fields is defined for the efficient computation of the coupled field design sensitivity. Through numerical examples, we investigated the mesh dependency of the topology optimization method in the thermoelastic problems. Also, comparing the dominant loading cases of thermal and mechanical ones, the loading dependency of topology design optimization in coupled multi-physics problems is investigated.
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