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측추력기 Shutter의 단방향 유체-구조 연성해석에 관한 연구
고준복(Jun Bok Ko),서민교(Min Kyo Seo),이경호(Kyeong Ho Lee),백기봉(Ki Bong Baek),조승환(Seung Hwan Cho) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.12
본 연구에서는 측추력기 구성품인 Shutter의 열구조 안전성을 평가하기 위해 단방향 유체-구조 연성해석을 수행하였다. Shutter는 측추력기에서 노즐을 개방시키기 위한 구동 토크와 연소가스의 고온, 고압 열하중을 받는 부품으로 연소가 진행되는 동안 열구조 안전성을 확보하여야만 한다. 유체-구조 연성해석을 위해 측추력기의 연소시간동안 내부 유동장에서 발생하는 연소가스의 압력 및 온도 분포, 대류열전달계수 값을 유동해석을 통해 도출하였고, 이 결과 값을 맵핑 방식을 이용하여 열구조 해석의 하중조건으로 부가하였다. 연소시간동안 Shutter에서 발생되는 최대 응력 및 취약위치, 온도분포를 단위 시간단위로 분석하여 온도에 따른 소재의 인장강도 값과 비교하여 열구조 안전성을 평가 하였다. 또한 반경방향 변형량을 분석하여 셔터와 노즐목 간의 적정 간극을 설정하는 근거로 활용하였다. In this study, 1-way fluid structure interaction analysis(FSI) for the shutter, component of side jet thruster was performed to evaluate the safety. Driving torque to open nozzle, thermal and high pressure load of hot gas was applied to shutter. Thus, the shutter must be designed to endure this load during combustion. We carried out computational fluid dynamics analysis to obtain the pressure, temperature, and heat transfer coefficient of hot gas of side jet thruster. We then used the data as the load condition for a thermal structural analysis using a mapping method. The locations with the maximum stress and temperature distributions were found. We compared the maximum stress with the tensile stress of shutter material according to temperature to evaluate the safety. We also analyzed the radial deformation of the shutter to set the proper interface gap with the side jet thruster parts.
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모달 응력 회복법(Modal Stress Recovery)을 이용한 Torsion Beam Axle 내구해석
고준복(Jun Bok Ko),임영훈(Young Hoon Lim),이동철(Dong Cheol Lee) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.10
모달중첩법은 구조물의 진동특성을 고려하여 내구수명을 평가할 수 있는 내구해석 기법이다. 본 논문에서는 모달중첩법과 유사하면서도 다물체 동역학 해석시 모달좌표를 직접 계산하여 전체적인 해석시간을 줄일 수 있는 모달응력 회복법을 이용한 내구해석 기법의 타당성에 대하여 검토하였다. 이를 위해 자동차 부품 중 대표적으로 동특성을 고려해야 하는 토션빔 액슬에 대하여 모달응력 회복법을 이용한 내구해석 및 시험을 실시하였다. 해석결과는 시험결과와 취약위치, 내구수명 등이 양호한 일치 결과를 나타내었다. 따라서 모달응력 회복법을 이용한 내구해석 기법은 다양한 구조물의 동특성을 반영한 내구수명 평가에 적용될 수 있을 것이다. MSM (Modal Superposition Method) is a technique for analyzing structural durability by taking the vibration characteristics into consideration. In this paper, MSR (Modal Stress Recovery) method, which is similar to MSM, was reviewed to check its validity as a durability analysis method. The MSR method directly calculates the modal displacement time history in multibody dynamics analysis; as a result, the total analysis time is shorter than that of MSM method. We conduct durability analysis using the MSR method and a durability test of a torsion beam axle that is affected by various road loads within the natural frequency of the beam axle. The analysis results for critical location and durability were in good agreement with the respective test results. Therefore, durability analysis using the MSR method is effective in predicting the durability of the structures of various dynamic systems.
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탄도 수정탄 롤제어시스템 충격해석 모델 개발에 관한 연구
고준복(Jun Bok Ko),윤찬식(Chan Sik Yun),김용대(Yong Dae Kim),김완주(Wan Joo Kim),조승환(Seung Hwan Cho) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集A Vol.39 No.8
탄도 수정탄은 기존의 포탄에 조종 kit를 장착하여 목표를 정밀 타격할 수 있게 하는 무기 체계이다. 롤제어시스템은 조종 kit의 구성품으로 유도조종부와 탄체부 사이에 위치하며 포발사시 횡방향으로 5,000g 상당의 가속도 하중을 받게 된다. 따라서 내고충격 설계를 하는게 중요하다. 선진국에서는 탄도수정탄의 개발과정에서 실사격 또는 포발사 회수 시스템을 이용하여 부품의 성능 및 강도를 평가하고 있으나 많은 시간과 비용이 든다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 CAE 해석적 방법으로 설계단계에서 롤제어시스템에 대한 충격 강도 평가를 할 수 있도록 해석 모델을 개발하였다. 충격 현상을 구현하기 위하여 Explicit code를 이용한 Dynamic 해석 기법을 적용하였고, 고변형률 물성 특성을 Johnson-Cook material model을 이용하여 구현하였다. 또한 베어링을 인너, 아우터 레이스, 리테이너, 볼등으로 상세적으로 구현하여 충격시 베어링의 거동 특성이 분석될 수 있도록 하였다. 개발된 해석 모델은 가스건 충격시험을 통해 그 신뢰성이 있음을 검증하였다. Course correction munition are a weapson system for precision attacks and are assembled by applying a ballistic control system to existing projectiles. The roll control system is a subsystem of the ballistic control system and is placed between the guidance and control units inside of the projectile, which undergoes a 5000g lateral acceleration. Thus, it is very important to design the system to endure this load. Many developed countries evaluate the performance and safety of course correction munitions" parts using live-fire gun launch tests or a soft recovery system. However, these methods are expensive and slow. Thus, in this study, we develop impact analysis model of the roll control system using CAE. We apply the code to simulate impact phenomenon and use Johnson-Cook material model for modeling the high strain rate effect on the materials. We also design bearings in detail to analyze their behavior and verify the reliability of CAE model through gas-gun impact tests of the roll control system.
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하이드라진 추력기 열차폐관의 최적설계를 위한 열/구조 해석
감호동(Hodong Kam),고준복(Joon Bok Ko),이준희(Jun Hui Lee),이재원(Jaewon Lee),김수겸(Soo Kyum Kim),원수희(Soo Hee Won),조승환(Seung Hwan Cho) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
1 N급 하이드라진 추력기 열차폐관의 최적설계를 위한 열전달 및 랜덤진동 해석이 수행되었다. 침열회피용 홀 사이즈의 변화가 열전달 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 침열회피용 홀의 크기가 각기 다른 열차폐관 모델을 전산모사 한다. 크기가 커질수록 열차폐 효과가 증가하였으며, 크기가 작아질수록 열확산속도가 증가됨이 확인되었다. 또한 해당 모델들의 랜덤 진동해석을 통해 운용조건에서 구조적 문제가 없음을 확인하였다. Heat conduction and random vibration of the thermal-barrier tube employed on the 1 N-class hydrazine thruster is conducted to optimize its design. The barrier-tubes having different hole sizes are simulated to investigate a correlation between thermal conduction characteristics and the size. Heat transfer rates though the barrier tube decreased with the increase of the hole diameter and is augmented when the diameter of hole becomes smaller. After the random vibration test, it was founded that the models have enough rigidity under the required environments.
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