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김세진(S.-J. Kim),김동원(D.-W. Kim),김윤제(Youn J. Kim) 한국유체기계학회 1999 유체기계 연구개발 발표회 논문집 Vol.- No.-
The flow characteristics of double suction pump are investigated by numerically. Calculations are performed by using SIMPLE algorithm at the design and off-design points. Symmetric nature of flow fields in blade channels is discovered at design point, but asymmetirc effects are discovered at the off-design point. Numerical results show that the formation of secondary flow in volute of double suction pump shows different trends when compared with the case of single suction pump. Also results show that double vortices are formed in the volute cross section.
3D 프린팅 기반 경량 및 고강도/강성 특성을 지닌 격자 구조 연구
박찬욱(C. W. Park),김민겸(M. K. Kim),김정현(J. H. Kim),김동원(D. W. Kim),노종환(J. H. No),유상훈(S. H. Yoo),서종환(J. Suhr) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
최근 전기차와 항공기에 대한 수요가 증가하면서 경량(Lightweight), 고강도(High Strength) 및 고강성(High Stiffness) 특성을 갖는 구조의 중요성이 대두되고 있다. 주행거리를 더 확보하기 위해 위상 최적화(Topography Optimization)로 전체 구조의 무게를 낮추거나 3D 프린팅으로 차체의 뼈대나 브레이크 패드, 베어링, 모터 등을 경량화하는데에 관심이 집중되고 있다. 따라서 본 연구에서는 3D 프린팅을 위한 구조설계(Design for AM, DfAM) 기법을 고안하고, 3D 프린팅을 활용하여 경량 및 고강도/강성 특성을 지닌 격자구조를 개발하고자 한다. 위 메타 물질은 Polyjet 기법으로 제작하였으며, Polyjet 제조기법 특성을 고려하여 Open-cell 구조를 모델링하였다. 설계한 격자 구조의 압축 특성을 설계하기 위해 압축시험과 구조해석(ABAQUS)을 병행하여 설계하였고, 해석 및 압축시험을 기반으로 격자 구조의 기계적 거동(굽힘 및 좌굴 특성 등)을 분석하였다. 격자형 구조는 압축 시 기타 구조(메타 구조 및 자연 모방구조 등)에 비해 쉽게 굽힘 및 좌굴이 발생하였고 이는 격자 구조의 강도/강성 저하를 야기시켰다. 따라서 국부적인 변형을 방지할 수 있는 보강 구조(Reinforcement)를 지닌 격자 구조가 고강도/강성 특성을 보이는 것을 확인하였다. 본 연구에서 개발한 격자 구조는 미래자동차와 항공 우주분야에서 요구하는 경량 및 고강도/강성 특성을 지니어 향후 금속 3D 프린팅 기법에 접목시킨다면, 성장하는 미래자동차 시장에 대응이 가능할 것으로 기대된다. 또한, 불필요한 자원과 탄소 배출을 줄여 미래 환경에 대한 대비책이 될 것으로 사료된다.
고품질 부품 적층 제조를 위한 금속 3D 프린팅 공정설계 연구
김정현(J. H. Kim),김민겸(M. K. Kim),박찬욱(C. W. Park),김동원(D. W. Kim),노종환(J. H. No),유상훈(S. H. Yoo),서종환(J. Suhr) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
금속 3D 프린팅(3DP)은 합금의 종류와 공정변수(Laser Power (W), Scan Speed (mm/s), Layer Thickness (mm), Line Spacing (mm) 등) 등의 여러 변수들에 복합적인 영향을 받으므로, 금속 3DP 공정을 체계적으로 설계하지 못할 경우, 공정실패 및 결함 등의 문제가 필수불가결하게 발생한다. 따라서 산업체에 금속 3DP 기술이 활용되기 위해서는 고품질 부품을 제조할 수 있는 공정설계 기술이 필수적이다. 본 연구에서는 금속 3DP 기술의 상용화를 위해 치밀화(Densification) 및 고해상도(High Resolution) 구현이 가능한 공정조건 설계 기법을 제시하고자 한다. Powder Bed Fusion (PBF) 기법은 금속 분말을 레이저로 용융 시키는 방식으로, 국부적인 열에너지 조사로 인해 기공이 쉽게 발생한다. 기공은 적층제조물의 밀도를 떨어뜨리고 기계적 물성을 저하시키기에, 본 연구에서는 공정조건 설계를 통해 상대밀도 99% 이상과 높은 해상도 특성 구현이 가능한 공정 조건을 개발하였다. 공정 조건 설계 시 Laser Power 및 Scan Speed 에 따른 Single Track 의 용융풀 형상/크기를 활용하여, Layer Thickness 및 Line Spacing 공정 조건을 설계하였고, 상대밀도 분석을 위해 Cubic 시편을 제조하였다. Cubic 시편의 상대밀도를 기반으로 Lack of Fusion 및 Keyholing 등의 결함이 발생하지 않는 공정 조건 범위를 설계하였으며, 최종적으로 고해상도 구현이 가능한 공정 조건을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 공정 조건 최적화 기법이 향후 금속 3D 프린팅, 자동차 및 항공산업에 활용된다면 불량률을 최소화하고 금속 부품 생산 비용과 시간을 획기적으로 절감하여 미래산업발전을 앞당기는 파급효과가 있을 것으로 예상된다. 또한 Design for Additive Manufacturing (DfAM) 기술과 결합된다면 고품질 및 고성능 부품 제작을 실현할 수 있을 것으로 사료된다.
임펠러 직경비 및 리어가이더 형상변화가 횡류홴 성능에 미치는 실험적 연구
김형섭(H.-S. Kim),김동원(D.-W. Kim),윤태석(T.-S. Yoon),박성관(S.-K. Park),김윤제(Youn J. Kim) 한국유체기계학회 2003 유체기계 연구개발 발표회 논문집 Vol.- No.-
A cross-flow fan relatively produces higher dynamic pressure at low speed because a working fluid passes through an impeller blade twice and blades have a forward curved shape. The performance of a cross-flow fan is influenced 25% by the impeller, 60% by the rearguider and the stabilizer, and 15% by the heat exchanger. At the low flow rate, there exist a rapid pressure head reduction, a noise increase and an unsteady flow against a stabilizer and a rearguider. The purpose of this study is to investigate the reciprocal relation among each parameter. Experiments are conducted to study the effects of a rearguider and a diameter ratio of impeller on the performance analysis of a cross-flow fan. Comparing with the rearguider of radial type, the Archimedes type shows excellent results for various diameter ratios.
김동원(D.-W. Kim),이준화(J.-H. Lee),박성관(S.-K. Park),김윤제(Youn-J. Kim) 한국유체기계학회 2002 유체기계 연구개발 발표회 논문집 Vol.- No.-
A cross-flow fan is widely used on many industrial fields: a blower for the general industry, mining industry, automobile and home appliances. The design point of the cross-flow fan is generally chosen by based on the region within low static pressure and high flow rate. It relatively makes high dynamic pressure at low speed because a working fluid passes through an impeller blade twice. However, it has low static pressure efficiency between 30% and 40% because of relative high impact loss. Recently, in the air-conditioning systems, the operating behaviors at the off-design points are highly regarded to broaden the application area for various air-cooling loads. Especially, at the low flow rate, there exists a rapid pressure head reduction, a noise increase and an irregular flow against a rearguider as a scroll of centrifugal fan. Numerical analyses are carried out for cross-flow fan including the impeller, the rearguider and the stabilizer. Numerical domains are discretized by hexahedral cells. Three-dimensional, unsteady governing equations are solved using FVM, SIMPLE algorithm, sliding grid system and standard k-εturbulence model.
공정 조건에 따른 금속 적층 제조된 시편의 열변형량 예측 연구
김태환(T. H. Kim),윤찬혁(C. H. Yoon),김진환(J. H. Kim),김민겸(M. K. Kim),김동원(D. W. Kim),김주원(J. W. Kim),노종환(J. H. No),서종환(J. Suhr) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
최근 항공 우주, 자동차, 선박 등의 고부가가치 산업에서 금속 적층 제조 기법을 적용하기 위한 연구와 산업화에 대한 움직임이 활발하다. 하지만, 해당 기법을 현장에 적용하기 위해서는 기존 공법으로 제작된 제품과의 물성 및 품질 격차, 그리고 높은 생산 비용 등의 문제가 발생하며 적층 제조 도중 발생하는 여러 결함들(균열, 박리, Lack of Fusion, Keyhole 등)에 대한 연구와 해결책이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 금속 적층 제조 기법의 최적 공정조건 및 서포트 구조를 열변형량(Thermal Deformation) 관점에서 분석하고자 한다. 이를 위해, 금속 적층 제조 기법 중 Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) 방식을 활용하여 각 공정조건 별로 제작된 시편들(As-built Specimens)의 열변형량을 측정하고, 열응력 해석(Simufact Additive)을 통해 계산된 잔류응력(Residual Stress)과 그에 의한 열변형량과 비교하여 검증한다. 본 연구에서 정립된 공정 조건 및 서포트 구조 설계 과정은 추후 금속 적층 제조 기법을 실제 산업에 적용하는데 활용할 수 있을 것으로 사료되며, 이를 통해 향후 실험실 스케일의 시편이 아닌 실제 사용 제품을 적층 제조 할 때 발생하는 결함들에 미리 대비할 수 있을 것으로 기대된다.