현장 콘크리트구조물의 수화열 및 온도응력의 평가

최익창,김대웅 목포해양대학교 2006 論文集 Vol.14 No.-

본 연구는 현장 타설의 저발열시멘트를 사용한 메스콘크리트인 구조물에 대해 수화열 및 온도응력을 평가를 목적으로 하고 있다. 이를 위해 현장 타설 콘크리트구조물에서 발생하는 수화열 및 응력을 실측하였다. 또한 수치해석을 실시하였으며, 수치해석은 단열온도상승 시험에서 얻어진 열특성치를 이용한 해석과 콘크리트 표준시방서에서 제안된 식에 의해 얻어진 열특성치를 이용한 해석을 실시하였다. 정확한 콘크리트의 열특성치를 얻기 위하여 단열온도상승시험을 실시하였다. 수화열 및 온도응력에 대한 실측과 해석 결과의 비교해보면 단열온도상승시험에서 얻어진 열특성치를 이용한 해석결과가 실측결과와 매우 잘 일치함을 알 수 있었다. 그러나 콘크리트 표준시방서에서 제안된 식에 의해 얻어진 열특성치를 이용한 해석결과는 실측결과와 차이를 보였다. 이것은 수화열 및 온도해석에서 입력 데이터인 열특성치가 해석 결과에 미치는 효과가 매우 크며, 콘크리트 표준시방서에서 제안된 식의 재평가가 필요함을 의미한다. This study is to estimate hydration heat and temperature stress in mass concrete structure which is mixed by low temperature cement in the field. The hydration heat and temperature stress are measured in the field. And numerical analyses carried out the hydration heat and temperature stress in mass concrete structure. Numerical analyses carried out two way. One is analysis which make use of thermal properties in concrete by the test of temperature rising with insulation. The other is analysis which make use of thermal properties in concrete by the guidelines in 'Korean Standard Specification for Concrete'. By the comparison experimental and analytical results, the analysis results which make use of thermal properties in concrete by the test of temperature rising with insulation are agree with experimental results for hydration heat and temperature stress. But analysis which make use of thermal properties in concrete by the guidelines in 'Korean Standard Specification for Concrete' differ from experimental results. It means that thermal properties are very important for analysis of hydration heat and temperature stress. Also the guidelines for thermal properties in 'Korean Standard Specification for Concrete' need to revaluate.

열-역학적 연계해석 모델을 이용한 다중 열저장공동 안정성 분석

김현우(Hyunwoo Kim),박도현(Dohyun Park),박의섭(Eui-Seob Park),선우춘(Choon Sunwoo) 한국암반공학회 2014 터널과지하공간 Vol.24 No.4

암반공동을 이용한 열에너지 저장은 대용량 저장이 가능하며 열저장매체를 선택할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 사일로 형태의 열저장공동이 지반 내 두 개 이상 배치될 때 공동 사이에 형성되는 암반 필라의 안정성에 대해 3차원 유한차분해석 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 분석하였으며, 저장된 열에너지로 인해 암반에 발생하는 열응력을 반영할 수 있도록 열-역학적 연계모델을 사용하였다. 해석 결과, 열에너지 장기 저장으로 인해 암반 필라에 작용하는 최대주응력이 상당량 증가하였으며, 필라 폭이 좁아질수록 근접한 열원 때문에 열응력 증가량도 커짐을 확인하였다. 필라 안정성에 영향을 미치는 주요인자로서 저장공동 간격, 측압계수, 심도를 선정하고 민감도 분석을 실시한 결과, 측압계수, 저장공동 간격, 심도 순서로 영향력이 크게 평가되었다. 저장공동 간격의 경우 동일한 크기의 공동 건설 시 필라 폭을 최소 저장공동 직경 이상 확보해야 할 것으로 판단되었다. 큰 규모의 저장공동 주변에 소규모 수직갱이 설치될 때는 최소한 저장공동 직경의 0.5배 이상 이격함으로써 크기 차이로 인해 수직갱에 응력이 집중되는 현상을 해소할 수 있었다. 또한 최대수평주응력 작용방향과 공동 중심을 잇는 축이 평행하도록 배치하여 저장공동에 의한 방패효과가 발휘될 수 있게 함으로써 현지응력이 공동 사이 암반 필라에 미치는 영향을 최소화할 수 있었다. Cavern Thermal Energy Storage system stores thermal energy in caverns to recover industrial waste heat or avoid the sporadic characteristics of renewable-energy resources, and its advantages include high injectionand-extraction powers and the flexibility in selecting a storage medium. In the present study, the structural stability of rock mass pillar between these silo-type storage caverns was assessed using a coupled thermal-mechanical model in FLAC3D. The results of numerical simulations showed that thermal stresses due to long-term storage depended on pillar width and had significant effect on the pillar stability. A sensitivity analysis of main factors indicated that the influence on the pillar stability increased in the order cavern depth < pillar width < in situ condition. It was suggested that two identical caverns should be separated by at least one diameter of the cavern and small-diameter shaft neighboring the cavern should be separated by more than half of the cavern diameter. Meanwhile, when the line of centers of two caverns was parallel to the direction of maximum horizontal principal stress, the shielding effect of the caverns could minimize an adverse effect caused by a large horizontal stress.

CPU 쿨러의 열 및 응력 해석에 관한 융합 연구

최계광,조재웅 한국융합학회 2020 한국융합학회논문지 Vol.11 No.8

In this study, the thermal and stress analyses were performed by applying a temperature condition of 100°C at CPU cooler model. The value of heat flux value is shown to be the most at the lower rod area. The upper part becomes, the smaller the heat flow rate. The highest temperature is shown at the bottom of the CPU cooler model. Overall, the upper part becomes, the smaller the temperature becomes. Based on the temperature analysis, the thermal deformation caused by expansion, the deformation becomes smaller as the upper part of the overlapping plates. The great deformation happens at the bent area of the small rod as the lower part of model and the least deformation is shown at the lowest floor of model. In addition, the maximum thermal stress of 570.63 MPa happens at the floor below model. The stress is shown to decrease as the upper part of the overlapping plates becomes. But the stress is shown to increase somewhat at the middle part of model. By applying the study result on the thermal and stress analyses of CPU cooler, this study is seen to be suitable for the aesthetic convergence. 본 연구에서는 CPU쿨러 모델에서 100°C의 온도 조건을 가하여서 열 및 응력 해석을 하였다. 열유속의 값은 아래쪽 봉 부분에서 가장 많고 전반적으로 위쪽 부분으로 갈수록 열유속이 작아짐을 볼 수 있다. CPU 쿨러 모델의 제일 바닥에 있는 면에서 제일 높음을 알 수 있고 전반적으로 위쪽 부분으로 갈수록 온도는 작아짐을 볼 수 있다. 온도 해석을 기반으로 열팽창으로 인한 열변형은 겹판들의 위부분으로 갈수록 변형량이 작아짐을 알 수 있고, 모델의 아래부분으로 작은 봉의 휘어진 부분에서 변형량이 많이 발생하고 모델 맨 아래의 바닥면에서는 변형량이 가장 작음을 볼 수 있다. 또한 열응력은 아래의 바닥면에서 570.63 MPa의 최대 열응력이 발생하고 있다. 겹판들의 위부분으로 갈수록 응력이 작아짐을 알 수 있으나, 모델의 중앙부분에서는 그 응력이 다소 높아짐음을 볼 수 있다. CPU 쿨러의 열 및 응력에 대한 연구결과를 적용함으로서, 본 연구가 미적인 융합에 적합된다고 보인다.

APR1400 RCS 의 3D 유한요소 모델 개발 및 운전상태 변화에 따른 잔류응력 분석

김승겸(Seungkyum Kim),남궁인(Ihn Namgung) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4

원전의 1차 계통은 원자로, 증기발생기, 메인펌프 및 가압기로 이루어져 있다. 특히 원자로, 증기발생기 및 메인펌프는 대구경의 파이프로 연결되어 하나의 구조물처럼 거동한다. 따라서 원자로의 운전상태가 정지상태에서 정상운전상태로 변동될 경우 각 부위에 온도 분포가 달라지고 이 때문에 내부에 열응력이 발생한다. APR1400 원전의 경우, RCS를 집중질량과 빔 모델로 개발하여 원자로 운전 조건 변화에 따른 자세한 열응력을 계산하기에 적합하지 않다. 본 연구에서는 1차 계통의 압력경계 부위를 3D 유한요소를 사용하여 모델링하였고 문제 규모를 축소하기 위해 대칭 조건을 활용하여 RCS의 1/4만 모델링하였다. 1차 계통에 연결된 가압기는 연결된 배관이 비교적 소구경 배관으로서 열팽창 및 동적 하중을 흡수할 수 있도록 설계되어 있어서 본 연구 모델에는 포함하지 않았다. 원자로 운전 과정에서 발생하는 거시적인 열응력은 정지상태에서 정상상태로 변화하며 발생하는 응력과 정상운전 상태에 도달한 후에도 남아 있는 열응력으로 구분할 수 있다. 본 논문에서는 과도상태 열해석과 구조해석을 결합한 연성해석과 정상상태 열해석과 구조해석을 결합한 연성해석을 수행하여 응력 집중이 발생하는 부위와 발생 응력의 크기를 구하였다. 본 연구에서 개발된 상세한 RCS 3D 유한요소 모델은 RCS에 내재하는 열응력의 규모와 응력집중이 발생하는 부위에 대한 자세한 결과를 얻을 수 있고, 원전의 구조안전성과 신뢰성을 평가하는데 기여할 수 있을 것으로 기대한다. The primary system of a nuclear power plant consists of a nuclear reactor, a steam generator, a main pump and a pressurizer, etc. In particular, the reactor, steam generator and main pump are connected by large-diameter main pipes, and the whole structure behave like a single structure. Therefore, when the reactor transitions from the stationary state to the normal operation state, the temperature distribution changes and induces internal thermal stresses. In the case of the APR1400 nuclear power plant, the RCS model was developed as a lumped mass and beam model, it is not well suited for computing thermal stress according to changing reactor operating condition. In this study, we developed 1/4 model of RCS using symmetry condition3D and applying solid 3D element model to reduce problem size. The pressurizer connected to the primary system by smaller bore piping was excluded from the model since the piping is designed to absorb any thermal deformation and dynamic loads. The residual stress of RCS consists of the one for transition from shut-down condition to normal operating condition and the other for steady state thermal stress in the RCS structure. In this study, both of the one for combined transitional thermal and structural analysis and the other for combined steady state thermal and structural were done to assess the size of thermal stress and the degree of localized stress concentration. The RCS 3D solid model developed in this study can compute the size of RCS residual thermal stress and location of stress concentration in detail, it can contribute to the evaluation of structural integrity reliability of NPP.

포장시 열영향 해석을 위한 등가열원의 적용성

이완훈(Lee Wan-Hoon),유병찬(Yoo Byoung-Chan),정흥진(Chung Heung-Jin) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.3A

강바닥판 포장에 사용되는 특수아스팔트 중의 하나인 구스아스팔트는 240℃이상의 고온 상태에서 포설되기 때문에 시공중인 교량에 예상하지 못한 높은 온도와 이에 따른 열변형 및 열응력을 발생시킬 수 있다. 본 연구에서는 고온의 아스팔트 시공이 강바닥판에 미치는 열영향을 평가하고 이를 최소화하는 최적 포장공정을 찾기 위한 수치해석기법으로 등가열원을 이용한 열응력해석 기법을 제시하였다. 등가열원은 포장체 포설시의 열영향을 강상판 내부에서 발생하는 등가의 가상열원이다. 이를 이용하여 일반적인 구조해석 프로그램에서 구현하기 어려운 포장체의 포설에 의한 열전도, 열대류 등을 쉽게 모사할 수 있다. 포장 시공중 지점의 들림을 고려한 강상판 해석 및 다양한 포설 공정을 적용한 곡선교량해석을 통하여 등가열원방법의 적용성을 검토하였다. Because of relatively high temperature, over 240℃, of asphalt for steel deck bridge during pavement procedure, the temperature of deck could rise over l00℃ and undesirable excessive displacement and thermal stress could occur. In this study, in order to estimate the thermal effect of pavement process and to find the optimal pavement process, a new thermal analysis technique with Equivalent Heat Source (EHS) is proposed and its applicability to the practical pavement of steel bridge is studied. EHS is developed to simulate the high temperature pavement materials and its thermal effect such as conduction and convection which cannot be explain easily in general structural analysis program for bridge design. To verify the applicability of new analysis technique with EHS, thermal analyses of steel deck bridge with uplift and curved bridge with various pavement procedures are presented.

원전 안전등급 1 배관의 온도구배 열응력 평가에 대한 기술적 고찰

오창균(Chang Kyun Oh),신희재(Hee Jae Shin),김현수(Hyun Su Kim),정성규(Sung Gyu Jung) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集A Vol.43 No.3

본 연구에서는 안전등급 1 배관의 피로 건전성 평가에 사용되는 ASME NB-3600 설계요건 중 온도 구배 열응력을 중심으로 평가요건의 기술적 배경을 분석하였으며, 시범 배관에 대해 ASME NB-3600 요건에 따른 평가 결과를 상세 유한요소해석 결과와 정량적으로 비교하였다. 반경 방향 선형적인 온도 분포에 따른 열응력은 온도 의존적 재료물성의 영향으로 ASME NB-3600 수식을 활용한 결과가 유한요소해석 결과에 비해 비교적 낮게 도출되는 반면에, 반경 방향 비선형 온도 분포에 의한 열응력과 축 방향 불연속에 의한 열응력은 NB-3600 수식을 활용함에 따라 과다 예측함을 확인하였다. This study analyzed the technical background of an evaluation method for temperature gradient thermal stress used in fatigue integrity assessment according to ASME NB-3600 for nuclear class 1 piping. The results of applying the ASME NB-3600 evaluation formula to the representative piping were quantitatively compared with the detailed finite element analysis results. The thermal stress results, according to the ASME NB-3600 formula for the radial linear temperature distribution were lower than those of the finite element analysis because of temperaturedependent material properties. Conversely, we found that thermal stress results obtained using the ASME NB-3600 equation for the radial nonlinear temperature distribution and axial discontinuity were conservative.

Thermal Stress Estimation due to Temperature Difference in the Wall Thickness for Thinned Feedwater Heater Tube

딘홍보,유종민,윤기봉 한국에너지학회 2019 에너지공학 Vol.28 No.3

A major stress determining the remaining life of the tube in feedwater heater of fossil fuel power plant is hoop stress by the internal pressure. However, thermal stress due to temperature difference across the wall thickness also contributed to reduce the remaining life of the tube. Therefore, thermal loading must be considered even though the contribution of internal pressure loading to the stresses of the tube was known to be much higher than that of the thermal loading. In this study, thermal stress of the tubes in the de-superheating zone was estimated, which was generated due to the temperature difference across the tube thickness. Analytic equations were shown for determining the hoop stress and the radial stress of the tube with uniform thinning and for the temperature across the tube thickness. Accuracy and effectiveness of the analytic equations for the stresses were verified by comparing the results obtained by the analytic equations with those obtained from finite element analysis. Using finite element analysis, the stresses for eccentric thinning were also determined. The effect of heat transfer coefficient on thermal stress was investigated using series of finite element analyses with various values of heat transfer coefficient for both inner and outer surface of the tube. It was shown that the effect of heat transfer coefficient at outer surface was larger than that of heat transfer coefficient at inner surface on the thermal stress of the tube. Also, the hoop stress was larger than the radial stress for both cases of uniformly and eccentrically thinned tubes when the thermal loading was only considered without internal pressure loading.

차원축소와 복원관계를 통한 복합재료 보의 열응력 해석

장준환,안상호 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol. No.

Fiber-reinforced composites not only have a direction of thermal expansion coefficient, but also inevitably suffer thermal stress effects due to the difference between the manufacturing process temperature and the actual use temperature. The damage caused by thermal stress is more prominent in the case of thick composite laminates, which are increasingly applied in the aerospace industry, and have a great influence on the mechanical function and fracture strength of the laminates. In this study, the dimensional reduction and thermal stress recovery theory of composite beam structure having high slenderness ratio is introduced and show the efficiency and accuracy of the thermal stress comparison results between the 3-D finite element model and the dimension reduction beam model. Efficient recovery analysis study will be introduced by reconstructing the thermal stress of the composite beam section applied to the thermal environment by constructing the dimensional reduction modeling and recovery relations. 섬유강화 복합재료는 열팽창 계수의 방향성을 갖고 있을 뿐만 아니라 제작과정 온도와 실제 사용온도 사이의 차이 때문에 필연적으로 열응력 효과를 받게 된다. 이러한 열응력에 의한 파손현상은 실제 항공우주산업에서의 응용이 증대되고 있는 두꺼운 복합 적층판의 경우에 더욱 현저한 현상으로 적층판의 역학적 기능 및 파단강도에 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 복잡한 재질로 구성되고 높은 세장비를 가진 블레이드 날개 구조의 차원축소 및 열 응력 복원 이론을 소개하고 3차원 유한요소모델과 비교결과를 통해 효율성과 정확성을 입증한다. 또한 차원을 축소한 모델링을 구성하고 복원이론를 이용하여 열적 환경에 적용된 복합재 보 단면의 열응력을 차원 복원하고 시각적으로 형상화하는 효율적인 복원해석 과정을 소개하고자 한다.

엔진용 밸브재 SUH35/SUH3 이종마찰 용접계면에 대한 열응력 특이성 해석

박철희,김은영 한국기계기술학회 2012 한국기계기술학회지 Vol.14 No.4

유화 Pilot 플랜트의 열응력 해석에 관한 연구

홍상렬(S.R. Hong),허도은(D.E. Heo),김동은(D.E. Kim),한국남(G.N. Han),황영진(Y.J. Hwang),이석순(S.S. Lee) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.11

In this study, the heat transfer and the thermal stress analysis of emulsification pilot is performed. The heat transfer analysis is performed in order to obtain the temperature distribution data which were used in thermal analysis. The thermal stress analysis is performed to verify stability of the emulsification pilot plant. In other words, the thermal stress analysis is performed to see the failure and the deformation behavior of structure by thermal expansion. For the local thermal stress analysis for each parts, the attached parts are replaced with the equivalent spring which was calculated by displacement of arbitrary force. As boundary conditions for thermal stress analysis, spring stiffness of connected structure is applied for displacement constraints and temperature distribution data is applied as thermal load.