연속 강합성거더교의 온도프리스트레싱 효과 해석을 위한 간략해석법의 개발

김준환(Kim Jun-Hwan),안진희(Ahn Jin Hee),최규태(Choi Kyu Tae),김상효(Kim Sang-Hyo) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.6A

온도프리스트레싱 공법을 이용한 연속 강합성거더교의 시공은 연속지점부의 콘크리트 바닥판에 프리스트레스를 도입함으로써 교축직각방향으로 발생하는 인장균열을 억제하는데 그 목적이 있다. 교량의 시공시 일시적으로 인위적인 온도경사를 강거더에 발생시켜 발생하는 거더의 휨변형이 프리스트레싱을 위한 외력으로 작용하므로 별도의 긴장재가 필요 없으며 교축방향 보강철근 사용량 및 강거더 단면을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 온도프리스트레싱 효과의 해석에 있어서는 인위적인 가열로 인한 비선형의 온도분포를 고려하여야 하므로 이전까지의 연구에서는 3차원 입체요소를 사용한 유한요소해석에 의존해왔다. 또한 이전의 해석기법에서는 3차원 열전달해석과 열탄성해석을 연계하는 방법을 적용하여 모형화가 어렵고 해석시간이 많이 소요되며 비전문가는 사용이 어렵다는 단점이 있었다. 본 연구에서는 연속 강합성거더교의 온도프리스트레싱 효과를 해석함에 있어 수치해석 모형화와 해석에 소요되는 해석비용을 획기적으로 감축하고 설계 실무자들이 쉽게 접근할 수 있도록 온도프리스트레싱 효과의 간략 해석법을 개발하였다. 이전의 연구에서 제안된 기존 해석법을 활용한 2경간 연속 강합성 거더교의 해석결과와 비교ㆍ분석한 결과, 간략 해석법은 기존 해석법 대비 5% 이내의 오차를 보여 온도프리스트레싱을 적용한 설계 실무에 충분히 적용이 가능한 것으로 판단되었다. The purpose of thermally-prestressed continuous composite girder bridges lies in mitigation of transverse cracks in the concrete deck. Instead of using tendons for prestressing, the thermal prestressing method utilizes the deflection of steel girders induced by a temporary heating process without mechanical prestressing. While the transverse cracks can be effectively controlled, decrease in the amount of rebar and the steel girder's section area is also possible. Although the computation method of thermal prestressing effect proposed in previous studies can give accurate results, the computation cost is high and may be difficult for inexperienced engineers. In this study, a simplified method is proposed for computing the thermal prestressing effect, which neglects the heat transfer analysis procedure and utilizes simple 2-D beam element FE models. Comparison of the computation results using existing and simplified methods was performed where the error between the two methods was less then 5%. Therefore, it is concluded that the simplified method can be used with acceptable accuracy for computation of the thermal prestressing effect.

복합 연계 해석 방법을 통한 탱크 재질 변경에 따른 가스 절연 개폐기 모선의 온도 상승 예측

강한영(H.Y. Kang),심현석(H.S. Shim),이서현(S.H. Lee),최종웅(J.U. Choi),박석원(S.W. Park) 한국전산유체공학회 2013 한국전산유체공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

본 논문은 가스 절연 개폑기의 모선을 감싸고 있는 탱크의 재질 변경에 따른 온도 상승을 예측하기 위하여, 전자계-열.유동 복합 연계 해석 기법을 이용하였다. 탱크의 재질을 자성체 혹은 비자성체로 제작에 따른 모선의 온도 상승을 예측 하고자 하였다. 전류가 흐를 때 철과 같은 자성체의 경우 전류의 밀도 및 표피효과 등에 의하여 부분적으로 온도 상승이 이루어지고 있어 중요 온도 상승 부위에는 비자성체를 사용 하고 있다. 하지만 제작 비용이 자성체를 사용 할 때보다 높아 국부적으로 일부분에 사용을 하고 있다. 본 논문은 탱크의 직경 360°인 경우, 상부 45°를 비자성체로 하고 나머지 315°를 자성체로 하였을 경우(Case 1) 및 상부 187°만 비자성체로 하고, 나머지 173°를 자성체로 하였을 경우(Case 2) 2가지의 경우에 대한 복합 연계 해석을 통하여 온도 상승값을 비교 하였으며, 최적의 비율을 예측하고 설계에 반영하여 온도 상승 예측 및 원가 절감의 가스 절연 개폐기를 개발 하였다. 모선 전체의 1/3 지점에서 Tank 절단면의 온도 분포를 살펴보면, 자성체와 비자성체의 사용에 따른 온도 분포를 더욱 뚜렷이 알 수 있으며, 비자성체를 사용한 경우에는 모선의 온도는 약 43℃ 이며, 자성체의 경우 약 47℃를 나타냈다. 45°의 비자성체가 탱크 온도에 미치는 영향은 굉장히 미비하며, 탱크 온도를 낮추기 위해서는 약 120°~180°가 되어야 비자성체에 의하여 온도 상승의 영향을 미치는 것을 알 수 있다.

가변 금형온도 제어기법을 적용한 사출금형의 냉각성능 고찰

손동휘(Dong Hwi Sohn),박근(Keun Park) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.1

금형온도는 사출성형시 수지의 유동특성이나 성형품의 변형에 영향을 미치는 중요한 변수로서, 고온의 수지 주입과 냉각회로에 주입되는 냉각수의 영향을 받아 사출 사이클이 반복될수록 온도의 상승과 하강이 반복되는 주기적인 변화특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 금형 냉각회로에 저온과 고온의 유체를 번갈아 주입하는 가변 금형온도 제어기법을 적용하여 성형전에는 금형온도를 높게 유지하고 성형후에는 낮게 유지함으로써 사출성형시 품질과 생산성을 동시에 높일 수 있는 연구를 수행하였다. 특히 열전달-유동해석을 연계한 다중사이클 사출성형 과도해석을 수행하여 수지와 금형, 냉각수간의 과도적인 온도변화를 수치적으로 고찰하였고, 기존 냉각방법과의 해석결과를 비교하여 제안된 가변 금형온도 제어기법의 가열 및 냉각과정에서의 효율성을 비교하였다. In injection molding, the mold temperature is one of most important process parameters that affect the flow characteristics and part deformation. The mold temperature usually varies periodically owing to the effects of the hot polymer melt and the cold coolant as the molding cycle repeats. In this study, a pulsed mold temperature control was proposed to improve the part quality as well as the productivity by alternatively circulating hot water and cold water before and after the molding stage, respectively. Transient thermal-fluid coupled analyses were performed to investigate the heat transfer characteristics of the proposed pulsed mold heating and cooling system. The simulation results were then compared with those of the conventional mold cooling system in terms of the heating and cooling efficiencies of the proposed pulsed mold temperature control system.

해상 바아지식 1MW OTEC Plant의 개념설계

김현주(H.J.Kim),이호생(H.S.Lee),차상원(S.W.Cha),홍사영(S.Y.Hong),남보우(B.W.Nam),권용주(Y.J.Kwon) 한국해양환경·에너지학회 2014 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

해수온도차발전은 해양심층수와 표층해수의 온도차 에너지를 기계에너지로 변환시켜 전력을 생산하는 방법이다. 적도해역에는 연중 온도차가 20℃ 이상으로 안정적이므로 베이스 로드를 감당할 수 있을 뿐 아니라 가용량이 풍부하여 유용한 해양에너지로서 실용화 가능성이 큰 신재생에너지이다. 20kW 파일럿 플랜트의 설계, 제작 및 운전을 바탕으로 1MW OTEC plant를 설계 중이며, 적도해역의 설치 및 운전 개념에 따른 최적화 평가를 실시하고자 한다. 이를 위해, 작동유체 R32를 이용하는 1MW급 폐쇄순환식 해수온도차발전 싸이클 해석모델을 정립하고, 적도해역에서의 표층해수를 기준으로 수심에 따라 취수 가능한 심층수와의 온도차가 24, 22, 20℃를 대상으로 해수온도차발전 플랜트의 발전특성을 해석하였다. 그 결과, 온도차에 따라 발전효율은 2.75%, 2.28%, 1.8%로 산출되었다. 여기서, 해수온도차발전플랜트를 바아지 선박에 탑재하고, 4점 계류시스템으로 바아지의 위치 유지를 하는 것으로 하였다. 여기서, 샌드위치형 FRP 파이프로 구성된 라이저를 길이 1,000m, 800m 및 500m로 바아지 하단에 설치하여 심층수를 취수함으로써 온도차 24~20℃를 확보하는 경우를 비교하고자 한 것이었다. 샌드위치형 FRP로 제작되는 라이저는 비중이 물보다 가벼워서 하단에 중량체를 매달아서 취수간 형상을 유지하여야 하며, 라이저의 응답해석 결과로부터 라이저 전체의 수중 중량이 FRP관 수중중량의 50~75%인 경우가 적절할 것으로 나타났다. Ocean thermal energy conversion(OTEC) is to produce electricity by changing thermal energy from deep ocean water and surface ocean water to mechanical energy. In the coastal area near the equator, temperature gap between deep seawater and surface seawater is over 20℃ all year long, which is good enough to cover the base load. Addition to that, the amount of resource is abundant to be used as ocean energy for commercialization. Based on the design, installation, and operation of 20kW pilot plant, 1MW OTEC plant design is ongoing, and optimization assessment of its installation and operation in the coastal region near the equator is being planned. For the assessment, analysis models of 1MW closed-cycle OTEC cycle using R32 as working fluid was set up. Also, it was analyzed that OTEC plant performance characteristics for the ocean area near the equator where the temperature gap between deep ocean and the surface was 24℃, 22℃, and 20℃ respectively. As a result, the generation efficiency was 2.75%, 2.28%, and 1.8% respectively according to the temperature gap. In assumption, the OTEC plant was on a barge, and the barge was moored by four points for the analysis. It was to compare the cases with different temperature gap of 24℃, 22℃, and 20℃ using deep ocean water from sandwich type of FRP intake risers in depth of 1,000m, 800m, and 500m installed at the bottom of the barge. It was discovered that the sandwich type of FRP risers have to be installed with weight at the bottom since its specific gravity was lighter than water. It was found to be proper to have FRP risers’ underwater weight take account for 50~75% of the total risers’ underwater weight from riser response analysis.

가교량의 온도응력 평가

박영훈,이승용,변윤주,장동일,Park, Young Hoon,Lee, Seung Yong,Byun, Yun Joo,Chang, Dong Il 한국강구조학회 1998 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.1

교량의 신설 또는 보수를 위한 작업차량의 진출입로나 기존 통행차량의 우회를 목적으로 한시적으로 사용되는 가교량은 일반적으로 상부구조로 H-Beam, 하부구조로 H-Pile을 사용하여, 이들 각 부재를 고장력볼트로 연결한 강구조 형식을 채택하고 있다. 그러나 이러한 교량은 상부구조에 신축이음부를 두지 않고 있어 일일기온차에 의해 발생하는 온도응력이 전체 구조거동에 미치는 영향이 클 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 상부구조인 H-Beam에 온도와 변형률의 상시계측을 위한 모니터링 시스템을 도입하여 측정된 온도 및 변형률 데이터로부터 발생온도와 온도응력의 관계를 조사하였으며, 구조해석을 통한 이론치와의 비교를 실시하여 각 부재에서 발생하는 온도응력이 전체 구조거동에 미치는 영향을 평가하였다. 그 결과, 본 구조물에서 발생하는 응력의 변화는 부재의 온도변화에 의한 온도응력이 주원인인 것으로 나타났으며, 하부구조인 H-Pile의 충분한 교축방향 변위로 인하여 상부구조인 H-Beam의 온도변형 구속은 이루어지지 않는 것으로 나타났다. 한편, 상부구조인 H-Beam간의 연결 강성이 충분하지 않아 전체 구조계보다는 부분 구조계에 대한 해석으로부터 얻어진 변형량이 측정 온도 및 응력으로부터 계산된 변형량과 잘 일치하는 것으로 나타났다. The temporary steel bridges which are constructed for detour and constructional expediency are consisted of H-beams(as superstructure) and H-piles(as substructure). Because these members are fastened by high-tension bolts, there are no expansion joints in these bridges. So, these kinds of bridges have no system which can relieve the excessive thermal stress. In this investigation, monitoring system was set up at temporary steel bridge and stress and temperature changes of H-beam are monitored. From these measured data, it is analyzed that the relationship between ambient and main-girder temperature change, between temperature and stress change. With these analyses, it is resulted that the thermal stress take main part of stress variation in this bridge and the restrain of thermal longitudinal displacement of H-pile. In addition, because the connection part of H-beam to H-beam is weak in the continuous spans, the sub-modelling is well apt to reflect the effect of thermal stress.

플라이애시 치환율 변화에 따른 매스콘크리트의 간이단열온도상승 특성과 타설 시간차를 고려한 수화열 해석

연규원,박찬수 대한건축학회지회연합회 2013 대한건축학회연합논문집 Vol.15 No.3

본 연구는 플라이애시 치환율을 변화에 따른 매스콘크리트의 간이단열온도상승 특성과 타설시간차를 고려하여 수화열을 해석하고, 상하부 콘크리트간의 배합을 조정하여 온도균열지수 및 균열발생확률을 비교 검토하였는데 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 간이단열온도상승 특성으로 FA 치환율별 단열온도상승식 은 콘크리트의 초기 휴지기를 고려함에 따라 결정계수 R2=0.99이상의 양호한 값으로 나타났으며, 본 실험결과로 인해 수화발열상승량과 발열시점을 보다 정확히 확인 할 수 있었고, Plain과 FA 40% 치환콘크리트간에는 약 13.2℃의 수화발열량차가 발생함을 확인할 수 있었다. 수화열 해석 특성은 응결시간 및 발열량차를 조절하기 위해 상하부 콘크리트의 배합을 변화시켜 모두 12건으로 해석하였으며, 그 중 수화발열량 조정방법에 해당되는 D, E, H, I 및 L모델의 경우 중심부 최고 온도는 42.69~46.65℃이고, 온도균열지수는 0.76~0.96의 결과로 나타났으며, 균열발생확률 또한 15~44%의 양호한 결과로 확인되어, 매스콘크리트의 내·외부 구속에 의한 균열 및 타설초기에 발생하는 온도까지도 제어가 가능한 것으로 확인, 검토되었다.

PAT 기반 온도장 보간을 이용한 관측위성의 열지향오차해석

임재혁(Jae Hyuk Lim),김선원(Sun-Won Kim),김정훈(Jeong-Hoon Kim),김창호(Chang-Ho Kim),전형열(Hyoung-Yoll Jun),오현철(Hyeon Cheol Oh),신창민(Chang Min Shin),이병채(Byung Chai Lee) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.1

본 논문에서는 계절 및 주야의 온도변화를 고려한 관측위성의 열지향오차해석을 실시한다. 관측위성은 임무수행기간 동안 다채널의 관측센서를 이용해서 지구표면의 영상을 촬영한다. 그러나 주야 및 계절별로 최대 200도의 온도환경 차이가 발생하며 이로 인해 관측센서 및 별추적기의 시선벡터가 변화되고 정해진 목표지점의 영상촬영이 어렵다. 이런 문제를 사전예측하고 대응하기 위해서 열지향오차해석을 실시한다. 우선 궤도열환경해석으로부터 도출된 성긴 온도장 정보를 상세한 구조유한요소모델에 PAT기법을 이용해 보간하여 온도변화에 따른 열변형해석을 수행하였다. PAT로 보간된 온도분포의 정확도를 검증하였으며, 열변형해석결과로부터 열지향오차를 도출하였다. In this work, we conduct a thermal pointing error analysis of the observation satellites considering seasonal and daily temperature variation with interpolated temperature based on prescribed average temperature (PAT) method. Maximum 200 degree temperature excursion is applied to the observation satellites during on-orbit operation, which cause the line of sight (LOS) to deviate from the designated pointing direction due to thermo-elastic deformation. To predict and adjust such deviation, the thermo-elastic deformation analysis with a fine structural finite element model is accomplished with interpolated thermal maps calculated from the results of on-station thermal analysis with a coarse thermal model. After verifying the interpolated temperatures by PAT with two benchmark problems, we evaluate the thermal pointing error.

지하암반 냉동저장고 주변의 온도분포 예측을 위한 수치해석

이규상(Gyu-Sang Lee),이정인(Chung-In Lee) 한국암반공학회 2004 터널과지하공간 Vol.14 No.4

지하암반 냉동저장고 주변의 온도분포를 예측하기 위하여, FLAC을 이용한 2차원 및 3차원 수치해석을 수행하였다. 수치해석 수행 시 암반 열물성에 대한 지하수 및 동결잠열의 영향을 고려하였으며, 2차원 및 3차원 수치해석 결과와 5년간의 지하암반 온도계측 자료를 비교하였다. 2차원 수치해석 결과 실험실 물성을 이용한 경우는 계측 결과와 큰 오차를 나타내었으며, 지하수 부피비 20% 및 동결잠열을 고려한 수치해석 결과가 계측 결과와 가장 작은 오차를 나타내었다. 하지만, 냉동기 가동시간이 증가하면서 지표면으로의 열 유동의 영향으로 커지는 오차는 커지는 경향을 나타내었다. 지표면의 영향을 고려하는 3차원 수치모델을 정립하여 수치해석을 수행한 결과, 지하수 및 동결잠열의 영향을 고려한 수치모델이 계측 결과가 잘 일치하는 경향을 나타내었다. To predict the temperature distribution around a underground rock storage cavern, two- and three-dimensional numerical analysis using FLAC was conducted. The effects of groundwater and latent heat on thermal properties were considered in numerical calculation. The temperature estimated by FLAC are compared with the temperature measured for 5-year operation at Gonjiam storage cavern. Estimated and measured temperatures showed great discrepancy when thermal properties from laboratory tests were used and showed good agreement when the effects from 20% of volumetric water fraction and latent heat were considered. However, the discrepancy still increased with operation time due to the heat flow from ground surface. Three-dimensional numerical models were established to closely approximate the boundary condition of the test site, and numerical results better agreement when groundwater and latent heat effects were considered.

복합 연계 해석 방법을 통한 가스 절연 개폐기의 온도 상승 예측

강한영(H.Y. Kang),배채윤(C. Y. Bae),박석원(S. W. Park),이종호(J. H. Lee) 한국전산유체공학회 2014 한국전산유체공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.11

자사의 가스 절연 개폐기의 경우 주위온도 40℃에 따른 온도 상승 기준을 만족하는 제품을 설계, 양산해 오고 있다. 그러나 고객의 요청으로 주위온도 50℃에 따른 성능 검증을 요구하고 있다. 기본 설계가 40℃에 맞춰져 규격승인 및 허용 온도 상승을 만족하였기 때문에 50℃에 따른 설계 변경이 이루어 져야만 한다. 본 논문은 DS가동자의 직경 변화에 따른 온도 변화를 예측하기 위하여, 전자계-열.유동 복합 연계 해석 기법을 이용하였다. 가스 절연 개폐기 DS 가동자의 직경이 40, 45, 50㎜로 변할 경우 가동자의 온도를 예측하였으며, 50㎜일 경우, 40㎜인 경우보다 최대 약 11K 온도 하강 효과가 나타났다.

기화열을 고려한 콘크리트의 온도평가시스템 개발

이태규(Tae-Gyu Lee) 한국콘텐츠학회 2015 한국콘텐츠학회논문지 Vol.15 No.12

고온으로 인하여 콘크리트 내부의 수분이 증발할 경우 주변의 온도를 흡수하는 기화열이 발생하게 된다. 이에 따라 콘크리트의 내부온도는 외부의 온도가 지속적으로 증가함에도 불구하고 증가율이 둔화되는 현상이 나타나게 된다. 본 논문은 고강도 콘크리트 부재의 고온 하에서의 기화열을 고려한 내부의 온도변화를 예측하고자 하는 것으로 부재 내부의 임의의 위치에서의 온도를 산정하기 위하여 유한요소방식을 적용하였다. 이러한 해석기법의 정확성을 검증하기 위하여 여러 다른 연구자들에 의한 실험 데이터와 비교하였으며, 그 결과 기화열로 인하여 온도가 소실되는 현상을 포함한 전반적인 부재 내부의 온도분포 거동이 실제 실험데이터와 거의 유사하게 나타나는 것으로 확인되었다. When the moisture in concrete member evaporates by high temperature, the evaporation heat which absorbs surrounding temperature occurs. The incremental rate of the internal temperature in concrete is reduced due to the evaporation heat in spite of continuously increasing external temperature. Therefore, this paper has proposed the evaluation algorithm for predicting the internal temperature of concrete members considering the evaporation heat under the high temperature. Finite element method is employed to facilitate thermal analysis for any position of member. To demonstrate the validity of this numerical procedure, the prediction by the proposed algorithm is compared with the test results of other researchers. The proposed algorithm shows a good agreement with the experimental results including the phenomenon that temperature is lost by the evaporation heat.