VaRI 공정 유동해석 간소화 방법에 대한 연구

김영민 ( Yeongmin Kim ),이정완 ( Jungwan Lee ),김정수 ( Jungsoo Kim ),안세훈 ( Sehoon Ahn ),오영석 ( Youngseok Oh ),이진우 ( Yi Jin Woo ),김위대 ( Wiedae Kim ),엄문광 ( Moon-kwang Um ) 한국복합재료학회 2021 Composites research Vol.34 No.4

VaRI(Vacuum assisted Resin Infusion) 공정은 공정비용이 저렴하며, 크기가 큰 복합재 제작에 적합한 OoA(Out of Autoclave) 공정이다. VaRI 공정에서는 원할한 수지 주입을 위해 섬유 상단에 유로망을 적층한다. 수지는 이 유로망을 따라 섬유의 면 방향으로 빠르게 공급되고, 공급된 수지는 다시 섬유의 두께방향으로 함침된다. 면방향의 유동과 두께방향의 유동이 동시에 일어나기 때문에 수지의 유동을 예측하기 힘들며, 수지 주입과정을 예측하기 위해 3D 수치해석 프로그램이 사용되고 있다. 하지만, 3D로 해석하기 위해서 섬유와 유로망의 두께방향에 많은 Element가 필요하고, 이로 인해 제품의 크기가 클수록 해석시간이 오래 걸린다. 따라서 본 연구에서는 3D 유동해석을 2D 해석으로 간소화하여 유동해석에 소요되는 시간을 줄이는 방법을 제시하였다. 3D 유동해석과 간소화된 2D 유동해석을 동일조건에서 비교하여 효용성을 검증하였고, 충진시간 오차율은 약 7%, 유동해석시간 감소율은 약 95%로 나타났다. 또한 3D 해석에서 섬유 상, 중, 하단 간의 유동 전진 거리의 차이가 일정하다는 것을 활용하여 간소화된 2D 유동해석에서도 상, 중, 하단의 유동 전진 거리를 예측할 수 있었다. VaRI(Vacuum assisted Resin Infusion) process, which is cost effective and suitable for manufacturing large-sized composites, is an OoA(Out-of Autoclave) process. For rapid resin infusion in the VaRI process, a DM(distribution media) is placed on top of the fabric. The resin is rapidly supplied in plane direction of the fiber along the DM, and then the supplied resin is impregnated in the out-of-plane direction of fiber. It is difficult to predict the flow of resin because the flow of in-plane direction and the out-of-plane direction occur together, and a 3D numerical analysis program is used to simulate the resin infusion process. However, in order to analyze in 3D, many elements are required in the out-of-plane direction of fabric. And the product size is larger, the longer the analysis time needs. Therefore, in this study, a method was suggested to reduce the time required for flow analysis by simplifying the 3D flow analysis to 2D flow analysis. The usefulness was verified by comparing the 3D flow analysis with the simplified 2D flow analysis at the same conditions. The filling time error was about 7% and the reduction of flow analysis time was about 95%. In addition, by utilizing the constant difference in the flow front between the top, middle, and bottom of the fabric of the 3D analysis, the flow front of the top, middle, and bottom of the fabric can be also predicted in the 2D flow analysis.

쇽업소버 오리피스의 유형별 유동해석으로의 융합적 고찰

오범석,조재웅 한국융합학회 2020 한국융합학회논문지 Vol.11 No.1

본 연구에서는 쇽업소버 오리피스 유형별 유동해석을 하였다. 좋은 차의 기준에서 중요한 승차감을 위해서는 쇽업소버는 없어서는 안 될 존재이다. 해석 절차로서, 실제 쇽업소버의 실린더가 전진될 때의 속력을 유동 속도로 설정하여 쇽업소버의 모델 A, B, C들에 대한 유동 해석 결과들을 서로 비교하였다. 유동해석을 통해 각 모델의 오리피스 근처에서 유동흐름을 고찰하여 쇽업소버의 성능을 알아보았다. 전반적으로 모델 A가 유속이 가장 빨랐으며 유동변화 또한 가장 컸다. 모델 B가 유속이 가장 느렸으며 오리피스의 개수가 같은 모델 B, C의 유속 형상들은 비슷하였다. 본 연구를 통하여 어느 쇽업소버 오리피스 모델이 실린더 내에서의 유동을 원활히 하여 승차감을 상승시키는지를 알 수 있다. 쇽업소버 오리피스의 유형별 유동해석에 대한 본 해석 결과는 디자인 분야에 융합하여 적용될 수 있다고 보인다. In this study, the flow analyses by type of shock absorber orifice were carried out. A shock absorber is indispensable for the ride comfort that is important at the standard of a good car. As the analysis procedure, the actual speed of the shock absorber was set as the flow rate when the cylinder was advanced. And the flow analysis results on models A, B and C of shock absorber models were compared with each other. As the examination on the flow orifice in the vicinity of each model through the analysis of flow, the performance of shock absorber were recognized. On the whole, model A had the fastest flow rate and also had the largest flow rate. Model B had the slowest flow rate and the flow rate features of models B and C with the same number of orifices were similar. Through this study, it is possible to see which shock absorber orifice model facilitates the flow inside the cylinder and increases the ride comfort. It is seen that this analysis result on the flow analyses by type of shock absorber orifice can be applied by converging with the field of design.

물-토사 혼합물의 관 내 슬러리 유동특성에 대한 수치적 연구

송양호(Song Yang Ho),윤린(Yun Rin),이정호(Lee Jung Ho) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.2

본 논문은 수치 해석적 관점에서 우수관거로 유입되는 토사 슬러리 이송ㆍ침전 현상에 대하여 기술하였다. 본 연구에 앞서 우수관거에 내부 흐름에 대하여 유동특성을 검토한 연구사례가 존재한다. 기존 연구들의 경우 관로 내 단일 유체의 흐름을 고려한 실험 및 해석을 진행하였다. 그러나 본 연구에서는 토사 슬러리를 고려한 2상유동 해석을 진행하였고 관 내부에서의 이송ㆍ침전 경향을 검토할 수 있는 유속과 체적분율의 변화와 퇴적 특성에 대한 연구결과를 도출하고자 하였다. 더불어 우수관거 내부 유동해석을 바탕으로 향후 관로 내 퇴적에 대한 설계기준을 뒷받침하는 이론 및 분석적 근거가 필요한 현실이다. 토사 슬러리를 고려한 2상유동의 관측 및 해석의 어려움으로 인해 연구결과가 드물어 해당 부분이 본 연구에서 검토하고자 함이 연구목표이다. 따라서 실제 맨홀로 유입되는 토사 슬러리의 경우 유출에 따른 유량과 혼합된 형태로 유입되는 것을 반영하여 관거 내부에서 발생하는 유동특성을 검토하였다. 관 내부에서 발생하는 퇴적에 따른 통수능의 영향정도를 살펴보고 기존에 제안된 우수관로 내 임계 퇴적고 예측모델을 개선하였다. 기존 제안된 모델과의 비교 결과 더 높은 상관율을 갖음을 확인하였다. This study described the phenomena of transport and sedimentation of soil slurry flowed in storm sewers from the perspective of numerical analysis. There have been some research cases reviewing the characteristics of flows inside of storm sewers. Most existing researches have performed experiments and analyses based on a flow of single fluid in conduits. However, this study tried to interpret such a flows as a two-phase flow by taking into account soil slurry, and it also tried to deduce results on the change of flow velocity and volume fraction, as well as characteristics of sedimentation to study the tendency of transport and sedimentation inside of the conduits. In addition, it should be necessary to produce theories and analytical basis which can support design criteria for sedimentation inside of conduits based on the analysis of internal flows in storm sewers. Because of difficulties in observing and interpreting two-phase flows made of soil slurry, there have been few studies on this subject, the objective of this study was to examine this part. Accordingly, in case of soil slurry flowed into real manholes, this study reviewed the characteristics of flows generated inside of conduits by reflecting the rate of flow caused by outflow and that of inflow occurred in mixed forms. This study also checked the scope of impact of discharge capacity caused by sedimentation occurred inside of conduits, and improved the already proposed prediction model of critical sediment depth within storm sewers. When comparing with the proposed model, it was confirmed that this new model showed higher correlation ratio.

화재 열 유동을 고려한 구조물의 열응력해석

박홍락,강준원,이진우 한국전산구조공학회 2016 한국전산구조공학회논문집 Vol.29 No.4

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. In this study, a numerical analysis framework for investigating the nonlinear behavior of structures under fire conditions is presented. In particular, analysis procedure combining fire-driven flow simulation and thermo-mechanical analysis is discussed to investigate the mechanical behavior of fire-exposed representative volume structures made of steel and concrete, respectively. First of all, fire-driven flow analysis is conducted using Fire Dynamics Simulator(FDS) in a rectangular parallelepiped domain containing the structure. The FDS simulation yields the time history of temperature on the surface of the structure under fire conditions. Second, mechanical responses of the fire-exposed structure with respect to prescribed uniformly distributed loads are calculated by a coupled thermo-mechanical analysis using the time-varying surface temperature as boundary conditions. Material nonlinearities of steel and concrete have been considered in the thermo-mechanical analysis. A series of numerical results are presented to demonstrate the feasibility of the multiphysics structural fire analysis for investigating the structural behavior under fire conditions.

추진기관 노즐의 2차원 열-유동-다물체 동역학 연동 해석

은원종,김재원,곽준영,신상준,권오준,Oliver A. Bauchau 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

다양한 구성품으로 이루어진 추진기관의 노즐 구조물에서는 고온 고속상태의 복잡한 유동현상과 비선형 거동이 나타난다. 이러한 현상을 정확하게 예측하기 위해서는 유동해석과 다물체 구조해석의 연계해석이 필요하다. 본 논문에서는 노즐의 다양한 구성품들은 다물체 구조물로 모델링하였고, 2 차원 노즐의 내부에서 정상 유동 해석을 통하여 노즐 구성품에 작용하는 열 및 압력하중을 계산하였다. 유동 해석의 압력하중 결과를 유연 다물체 동역학 해석 프로그램인 DYMORE 에 적용하여 정상상태 유체-다물체 동역학 연동 해석을 수행하였다. 이와 같은 일방향 연동해석에서 발생하는 변위는 유한요소 해석 프로그램인 MSC.NASTRAN 해석 결과와 비교하여 검증하였다. In order to predict complex behavior of an engine nozzle, coupling analysis is generally required between fluid and multibody dynamics. In this paper, various components in the nozzle were modeled as flexible multibody components. Then temperature and pressure on the nozzle wall were predicted by the steady-state flow analysis for the two-dimensional nozzle. Steady-state multibody dynamics analysis was then performed by using DYMORE. Deflection induced at the nozzle wall was obtained by the present one-way coupling analysis. Finally the resulting deflections were compared with the static structural analysis results using MSC.NASTRAN.

파랑관통형 선형의 선체유기 유동소음특성에 관한 연구

최원석,홍석윤,송지훈,권현웅,이신형,서정화 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회지 Vol.24 No.5

선박의 고속, 대형화 및 규제강화의 추세에 따라 유동소음의 중요성이 강조되고 있다. 그러나 항공, 철도 등의 공력소음 분야에서 유동소음을 설계에 반영하고 있는 것에 반해 조선해양분야에서는 고려되지 않고 있다. 본 연구에서는, 선체유기 유동소음의 해석절차를 정립하고 쇄파의 영향이 작고 선체선형에 의한 유기소음의 특성이 뚜렷한 파랑관통형 선형에 대해 소음특성을 분석하였다. 선체유기 유동소음의 주요 메커니즘인 난류경계층 내부의 복잡한 난류유동과 구조물의 유체-구조 연성적 소음원은 벽면변동압력을 이용하여 가진력을 모델링하고 파워흐름해석법을 이용하여 진동음향 응답해석을 수행하였다. 주파수 영역 및 선체부위에 따라 상의한 소음특성을 가지며 저주파수 영역에서 선형의 영향이 상대적으로 크고 유속에 비례하는 경향을 확인할 수 있었다. As ships become faster, larger and are required to meet higher standards, the importance of flow noise is highlighted. However, unlike in the aeroacoustics field for airplanes and trains (where flow noise is considered in design), acoustics are not considered in the marine field. In this study, analysis procedures for hull-induced flow noise are established to investigate the flow noise characteristics of a wave-piercing hull form that can negate the effect of wave-breaking. The principal mechanisms behind hull-induced flow noise are fluid-structure interactions between complex flows underneath the turbulent boundary layer and the hull. Noise induced by the turbulent boundary layer was calculated using wall pressure fluctuation and energy flow analysis methods. The results obtained show that noise characteristics can be distinguished by frequency range and hull region. Also, the low-frequency range is affected by hull forms such that it is correlated with ship speed.

특성곡선법을 이용한 디젤엔진 가스유동 1차원 수치해석의 타당성 평가

김경현,공경주 한국수산해양기술학회 2020 수산해양기술연구 Vol.56 No.3

In order to design a diesel engine system and predict its performance, it is necessary to analyze the gas flow of the intake and exhaust system. A gas flow analysis in three-dimensional (3D) format needs a high-resolution workstation and enormous time for analysis. Therefore, the method of characteristics (MOC) was used for a gas flow analysis with a fast calculation time and a low-resolution workstation. An experiment was conducted on a single cylinder diesel engine to measure pressure in cylinder, intake pipe and exhaust pipe. The one-dimensional (1D) gas flow was analyzed under the same conditions as the experiment. The engine speed, valve timing and compression ratio were the same conditions and the intake pressure was inputted as the experimental results. Bent pipe such as an exhaust port that cannot be realized in 1D was omitted. As results of validation, the cylinder pressure showed accuracy, but the exhaust pipe pressure exhibited inaccuracy. This is considered as an error caused by the failure to implement a bent pipe such as an exhaust port. When analyzed in 3D, calculation time required 61 hours more based on a model of this study. In the future, we intend to implement a bent pipe that cannot be realized in 1D using 3D and prepare a method to supplement reliability by using 1D-3D coupling. 디젤엔진 시스템을 설계하고 성능을 예측하기 위해 흡·배기 시스템의 가스유동 해석이 필요하다. 3D로 가스유동해석 한다면 초고사양의 워크스테이션과 많은 계산 시간이 필요하다. 그러므로, 빠른 계산시간과 낮은 사양의 워크스테이션으로 계산을 하기 위해 특성곡선법을 사용하여 가스유동 해석을 하였다. 단기통 디젤엔진을 대상으로 실험을 하였고 실린더 압력과 흡 배기관 압력을 측정하였다. 실험과 동일한 조건으로 1D 가스유동 해석을 하기위해 흡기 압력은 실험 결과를 입력하였다. 1D로 구현하지 못하는 곡관 형상의 배기포트는 생략하여 1D 가스유동 해석을 하였다. 신뢰성 평가를 해본 결과, 실린더 압력은 정확성을 보였지만, 배기관 압력은 정확하지 않았다. 배기관 압력이 정확하지 않은 이유는 곡관 형상의 배기포트를 구현하지 못하여 발생한 오차라 생각한다. 추후 1D로 구현하지 못하는 곡관을 3D로 구현하고 1D-3D 결합을 이용하여 신뢰성을 보완할 방안을 마련하고자 한다.

플라즈마에 의한 초음속 유동 변화 해석

박슬기(Sulki Park),조형희(Hyung Hee Cho),송지운(Jiwoon Song) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5

본 연구에서는 플라즈마에 의한 초음속 유동장의 변화를 수치해석을 이용하여 분석하였다. 플라즈마의 방향을 유동에 평행한 방향과 가로지르는 방향 두 가지 경우에 대한 해석을 통하여 플라즈마가 초음속 유동장의 방향과 유동의 속도 변화에 주는 영향을 알아보았다. 해석 결과 전기장의 크기와 공간별 차이에 따라서 유동장의 방향 및 속도 변화가 다르게 나타났다. 전기장의 방향에 따라 전자가 유동장과 같은 방향으로 가속되는 경우 유동의 속도가 증가하였으며, 반대인 경우에는 유동의 속도가 감속된다는 것을 확인할 수 있었다. A numerical analysis of the effect of plasma on flow characteristics in supersonic flow is studied. It is shown that change of direction and velocity magnitude of flow is appeared different in relative direction of plasma and fluid flow. The case of that direction of electrons, which are same with flow direction, the flow is accelerated, and the case of opposition, the flow is decelerated.

캐나다 혼리버 셰일가스전내 가스정의 RTA 분석을 통한 가스정 생산성 예측

이계정,성원모 한국자원공학회 2012 한국자원공학회지 Vol.49 No.6

In shale gas reservoirs, the linear flow is the dominating flow regime during the production, which transiently occurs from the rock matrix into the fractures. This study presents the estimated ultimate recovery for 3 gas wells in the Horn River shale gas reservoir by using the ‘RTA’ software which is widely used for tight gas and shale gas reservoir analysis. Based on the Wattenbarger type curve and square root time curve analyses, which were performed to determine the dominated flow regime for the wells, it is found that all the wells are dominated by the linear flow. The square root time curve and flowing material balance analyses were used to determine the CGIP and the formation properties including the matrix permeability, fracture half length and the dimensionless fracture conductivity. The analysis model was built up to calibrate the matrix permeability and calculate the dimensionless fracture conductivity. Finally, EUR for each well was determined by the decline curve analysis(171~238×106m3) and the analytical model(258~324×106m3). Since the linear flow is the dominated flow regime in all wells, we conclude that the higher EUR values from the analytical model are more accurate. 셰일가스전에서는 비균열 암체로부터 균열로의 선형유동이 주요 생산메커니즘이며 이러한 유동현상을 고려하기 위하여 치밀사암 및 셰일가스 저류층의 생산자료 분석에 널리 이용되는 ‘RTA’ 소프트웨어를 활용하여 혼리버 셰일가스전에 시추된 3개의 가스정에서의 예측 회수가능매장량을 산출하였다. 먼저 Wattenbarger 표준곡선과 SRT 분석을 이용하여 생산시 유체의 지배유동영역 분석을 수행하였으며 3개의 가스정 모두에서 선형유동이 지배유동영역임을 확인하였다. 각 셰일층의 특성을 산출하기 위하여 유동물질수지 분석을 통하여 접촉가스매장량을 계산하고 SRT 분석을 통하여 구한 LFP에서 암체투과도와 균열반길이를 도출하였다. 또한, 해석모델을 이용한 생산자료와의 히스토리 매칭을 이용하여 암체투과도를 조정하고 균열전도도를 산출하였다. 마지막으로, 산출된 셰일층의 특성들과 생산자료를 이용하여 생산감퇴곡선과 해석모델 분석을 수행하였으며 그 결과, 각각의 방법에 대해 171~238×106m3과 258~324×106m3의 EUR이 산출되었다. 여기서 해석모델을 이용하여 산출된 EUR값이 더 높은 값을 나타냈는데, 3개 가스정 모두 영향반경이 저류층 경계에 도달하지 않아 선형유동이 지배유동 영역인 상태이므로 생산감퇴곡선 분석기법에서 산출된 결과보다 해석모델에서의 예측 값이 더 정확할 것으로 판단된다.

차량 창문 개폐에 따른 내부에서의 유동 해석으로의 융합적 고찰

오범석,조재웅 한국융합학회 2020 한국융합학회논문지 Vol.11 No.2

In this study, the pleasant driving environment of the driver and passenger in the summer was investigated through the internal flow analysis of air due to the opening and closing of the car windows. The conditions on the entrance of the air conditioner with the opening and closing status of vehicle window were applied to the flow analysis by taking into consideration the actual driving environment. The automotive air conditioning outlet, the seat and the inside of car were modeled. As the air flow inside the car was analyzed, the air flow configuration and the temperature distribution were examined. In this analysis, the results were taken in consideration of only the effects of internal air and the opening and closing of window, assuming the interior of the vehicle as insulation. The analysis of each condition shows that these models maintain a pleasant environment. It is seen that this analysis result on the internal flow analysis according to the opening and closing of vehicle window can be applied by converging with the field of design. 본 연구에서는 자동차 창문의 개폐에 따라 공기의 내부 유동 해석을 통하여 여름철에 운전자와 동승자의 쾌적한 운전환경을 고찰하였다. 실제 운전 환경을 고려하여, 자동차 창문 개폐 상태로서의 에어컨 입구 조건들을 유동 해석에 적용하였다. 자동차 에어컨 토출구, 시트 그리고 실내를 모델링하였고, 차 내부에서의 공기유동을 해석하여 공기의 유동형상과 내부의 온도분포를 확인하였다. 본 해석에서는 공기 유입부와 배출구를 정하고 자동차 내부를 단열상태로 가정하고 내부공기와 창문 개폐의 영향만을 고려해서 결과를 보았다. 각 조건들의 해석을 고찰해보면 본 연구 모델들이 쾌적한 환경이 유지됨을 알 수 있었다. 차량 창문 개폐에 따른 내부에서의 유동에 대한 본 해석 결과는 디자인 분야에 융합하여 적용될 수 있다고 보인다.