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백석흠(Seok-Heum Baek),박재성(Jae-Sung Park),김민건(Min-Gun Kim),조석수(Seok-Swoo Cho) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.2
공업용 세라믹은 자체의 특이한 물리적 특성으로 인하여 극한의 열 및 화학적 환경에서도 적용할 수 있는 우수한 고온 재료이다. 세라믹은 고온에서 저온으로 빠르게 이동되면 열충격을 받는다. 본 연구에서는 열충격에 대한 매개변수로 임계온도차이를 제안한다. 세라믹 부품에 대한 임계온도차이는 부품 크기와 대류열전달계수등에 의해 영향을 받는다. 부품의 열충격 특성은 비정상 열응력에 의해 평가된다. 비정상 열응력이 파단계수를 초과한다면 열충격 균열이 표면에서 시작된다고 가정할 수 있다. 물에 대한 임계온도차이는 공기에 대한 임계온도차이보다 적다. 본 연구에서 사용된 국내 승용차용 삼원 촉매 담체는 반경 및 축방향 온도차이가 임계온도차이 아래에 존재하므로 충분한 열충격 성능을 가지고 있었다. Technical ceramics, due to their unique physical properties, are excellent candidate materials for engineering applications involving extreme thermal and chemical environments. When ceramics are rapidly cooled, they receive thermal shock. The thermal shock parameter is defined as the critical temperature difference. The critical temperature difference for ceramic parts is influenced by its size, the convective heat transfer coefficient, etc. The thermal shock for a component is analyzed by using the transient thermal stress. If the transient thermal stress exceeds the modulus of rupture (MOR), cracking by thermal shock is initiated. The critical temperature difference for water is less than the critical temperature difference for air. The three-way catalyst substrate used in this study has an adequate performance against thermal shock because its radial and axial temperature differences existed below the critical temperature differences.
백석흠(Seok-Heum Baek),김강민(Kang-Min Kim),조석수(Seok-Swoo Cho),이경영(Kyoung-Young Lee),홍순혁(Soon-Hyeok Hong),장득열(Deuk-Yul Jang),주원식(Won-Sik Joo) 한국기계가공학회 2008 한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집 Vol.2008 No.-
Compromise decision support problems are used to model engineering decisions involving multiple trade-offs. These methods typically rely on a summation of weighted attributes to accomplish trade-offs among competing objectives. This paper gives an interpretation of the decision parameters as governing both the relative importance of the attributes and the degree of compensation between them. The approach utilizes a mathematical decision model, the compromise decision support problem, which is a multi-objective formulation based on mathematical programming and goal programming. Examples are included to illustrate the effect of fatigue reliability design on the optimization process.
승용차용 세라믹 촉매 담체의 열적 내구성의 실험적 평가
백석흠(Seok-Heum Baek),김성용(Sung-Yong Kim),승삼선(Sam-Sun Seung),양협(Hyup Yang),주원식(Won-Sik Joo),조석수(Seok-Swoo Cho) 대한기계학회 2007 大韓機械學會論文集A Vol.31 No.12
Ceramic honeycomb structures have performed successfully as catalyst supports for meeting hydrocarbon, carbon monoxide and nitrous emissions standards for gasoline-powered vehicles. Three-way catalyst converter has to withstand high temperature and thermal stress due to pressure fluctuations and vibrations. Thermal stress constitutes a major portion of the total stress which the ceramic catalyst support experiences in service. In this study, temperature distribution was measured at ceramic catalyst supports. Thermal durability was evaluated by power series dynamic fatigue damage model. Radial temperature gradient was higher than axial temperature gradient. Thermal stresses depended on direction of elastic modulus. Axial stresses are higher than tangential stresses. Tangential and axial stresses remained below thermal fatigue threshold in all engine operation ranges.
최적화 기법을 이용한 삼원촉매변환기의 열유동 경계조건의 동정
백석흠(Baek, Seok-Heum),최현진(Choi, Hyun-Jin),김광홍(Kim, Kwang-Hong),조석수(Cho, Seok-Swoo) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.9
한국에서 삼원촉매 내구성은 1988년에 5년/80,000 km 이지만 2002년 이후로 10년/120,000 km이 요구된다. 국내의 삼원촉매는 배출가스 정화효율이나 압력강하 등이 만족하지만 열적 내구성은 만족시키지 못하고 있다. 삼원촉 매는 내부에서 높은 온도를 유지하지만 외부 표면에서는 낮은 온도를 유지한다. 본 연구는 열유동과 구조해석 및 다 음과 같은 과정에 의해서 열적 내구성을 평가하였다. 열유동 매개변수 범위는 차량시험과 열유동 해석에 의해 결정하 였다. 후면 촉매 온도에 대한 반응 표면은 열유동 매개변수에 대한 실험계획법을 이용해 구성되었다. 차량시험에서 후면 촉매 온도에 대한 열유동 매개변수는 만족도 함수에 의해 예측하였다. 삼원촉매의 온도분포는 예측된 열유동 매 개변수에 대한 열유동 해석에 의해 평가하였다. Three-way catalyst durability in the Korea requires 5 years/80,000km in 1988 but require 10 years/120,000km after 2002. Domestic three-way catalyst satisfies exhaust gas conversion efficiency or pressure drop etc. but don't satisfy thermal durability. Three-way catalyst maintains high temperature in interior domain but maintain low temperature on outside surface. This study evaluated thermal durability of three-way catalyst by thermal flow and structure analysis and the procedure is as followings. Thermal flow parameters ranges were determined by vehicle test and basic thermal flow analysis. Response surface for rear catalyst temperature was constructed using the design of experiment (DOE) for thermal flow parameters. Thermal flow parameters for rear catalyst temperature in vehicles examination were predicted by desirability function. Temperature distribution of three-way catalyst was estimated by thermal flow analysis for predicted thermal flow parameters.
피로수명예측을 위한 반응표면근사화와 순위선호정보를 가진 다기준최적설계에의 응용
백석흠(Seok-Heum Baek),조석수(Seok-Swoo Cho),주원식(Won-Sik Joo) 대한기계학회 2009 大韓機械學會論文集A Vol.33 No.2
In this paper, a versatile multi-criteria optimization concept for fatigue life prediction is introduced. Multi-criteria decision making in engineering design refers to obtaining a preferred optimal solution in the context of conflicting design objectives. Compromise decision support problems are used to model engineering decisions involving multiple trade-offs. These methods typically rely on a summation of weighted attributes to accomplish trade-offs among competing objectives. This paper gives an interpretation of the decision parameters as governing both the relative importance of the attributes and the degree of compensation between them. The approach utilizes a response surface model, the compromise decision support problem, which is a multi-objective formulation based on goal programming. Examples illustrate the concepts and demonstrate their applicability.
세라믹 하니컴 담체의 3차원 유한요소해석을 위한 등가탄성방법의 효과적인 접근
백석흠(Seok Heum Baek),조석수(Seok Swoo Cho) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.3
세라믹 모노리스 촉매는 두 계층으로 구성된 하니컴 구조이다. 하니컴 구조는 열유동 및 구조해석에서 연속체로 고려한다. 하니컴 구조의 등가 기계적 물성은 유한요소해석(FEA) 시험편으로부터 얻어진다. 강도 시험과 FEA는 ASTM C1674-08에서 소개된 사각 단위 셀 시험편과 시험방법에 의해 각각 달성되었다. 코제라이트 세라믹 층과 워시코트 층 사이의 접합계수는 거의 0이다. FEA 시험편은 접합계수에 기반한 모델로 만들어진다. 세라믹 모노리스 담체에서 탄성계수, 푸아송 비와 열적 물성은 FEA 시험편에 의해 결정하였다. A ceramic monolithic catalyst is a honeycomb structure that consists of two layers. The honeycomb structure is regarded as a continuum in structure and heat-flow analysis. The equivalent mechanical properties of the honeycomb structure were determined by performing finite element analysis (FEA) for a test specimen. Bending strength experiments and FEA of the test specimen used in ASTM C1674-08 standard test were performed individually. The bonding coefficient between the cordierite ceramic layer and the washcoat layer was almost zero. The FEA test specimen was modeled on the basis of the bonding coefficient. The elastic modulus, Poisson’s ratio, and the thermal properties of the ceramic monolithic substrate were determined by performing the FEA of the test specimen.
유체 구조 상호작용 문제를 가진 다공성 촉매 담체에서 실동경계조건의 역문제 해석을 위한 최적화 기법
백석흠(Seok Heum Baek),조석수(Seok Swoo Cho),김현수(Hyun Su Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.10
이 논문은 촉매 담체에서 열유동 및 구조해석의 실동경계조건에 대한 역문제 해법을 나타낸다. 촉매 담체의 배기가스 정화효율은 열유동 매개변수와 촉매 성분 등에 영향을 받고 열유동 균일도에 의해 평가된다. 역문제의 정식화-열유동 매개변수(입구 온도, 속도, 반응열, 대류열전달계수)를 얻고-와 직접 문제-주어진 출구 온도 분포로부터 평가-를 설명하였다. 실험계획법과 반응표면 최적화 기법은 제안된 역문제 해결을 위해 이용하였다. 촉매 담체의 온도 분포는 예측된 열유동 매개변수에 대한 열유동 해석에 의해 얻었다. 열응력과 내구성 평가는 이 온도 분포에 기반해서 수행하였다. 역문제 접근 방법의 유효성과 정확성은 반응표면모델과 측정된 실차 시험과 좋은 일치를 달성함으로써 설명하였다. This paper presents a solution to the inverse problem for the service boundary conditions of thermal-flow and structure analysis in a catalyst substrate. The exhaust-gas purification efficiency of a catalyst substrate is influenced by the shape parameter, catalyst ingredients and so on and is estimated by the thermal flow uniformity. The formulations of the inverse problem of obtaining the thermal-flow parameters (inlet temperature, velocity, heat of reaction, convective heat-transfer coefficient) and the direct problem of estimating from a given outlet temperature distribution are described. An experiment was designed and the response-surface optimization technique was used to solve the proposed inverse problem. The temperature distribution of the catalyst substrate was obtained by thermal-flow analysis for the predicted thermal-flow parameters. The thermal stress and durability assessments for the catalyst substrate were performed on the basis of this temperature distribution. The efficiency and accuracy of the inverse approach have been demonstrated through the achievement of good agreement between the thermal-flow response surface model and the results of experimental vehicle tests.