탄성유체윤활에서 작동하는 커넥팅 로드 베어링의 윤활막 거동에 관한 수치적 연구

김청균(Chung Kyun Kim),김한구(Han Goo Kim) 한국자동차공학회 2004 한국 자동차공학회논문집 Vol.12 No.4

정상 돌출부를 갖는 안전모의 강도 안전성에 관한 연구

김청균(Chung Kyun Kim) 한국가스학회 2013 한국가스학회지 Vol.17 No.5

본 연구에서는 안전모 쉘 구조물의 정상부에 돌출부를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대해, 안전모의 두께를 변수로 응력과 변위거동 안전성을 유한요소법으로 해석하였다. 안전모는 오랫동안 착용해도 안전성을 높여주고, 충격에너지를 흡수하여 착용상의 불편함을 줄여주며, 머리와 목 부분을 보호할 수 있어야 한다. 응력해석결과에 의하면, 4,540N의 충격력이 안전모의 정상부 표면에 가해졌을 때 기존의 안전모에서는 3.7mm, 수정된 새로운 안전모에서는 3.2mm의 두께를 확보해야 안전하다는 것을 보여주고 있다. 변형거동 해석에 기초한 FEM 해석결과에 의하면, 기존의 안전모에서는 3.2mm, 수정된 새로운 안전모에서는 2.0mm의 두께를 유지해야 안전한 것으로 나타났다. 따라서, 안전모를 안전하게 설계하기 위해서는 안전모의 정상부에 돌출 구조물을 설치하는 것이 좀 더 안전하다할 수 있다. This paper presents the strength safety of stress and deformation behaviors using the finite element method as a function of the thickness of the protective helmets with and without an extruder on the top of the shell structure. The helmet that would provide head and neck protections without causing discomfort to the user when it was worn for long periods of time should be manufactured for increasing the safety and impact energy absorption. The stress analyzed results show that when the impulsive force of 4,540N is applied on the top surface of a helmet, the safe thickness is 3.7mm for the conventional helmet and 3.2mm for the modified new helmet. Based on the deformation analysis, the FEM results recommend that the safe thickness is 3.2mm for the conventional helmet and 2.0mm for the modified new helmet. Thus, it may be more safe design of the helmet, which has an extruded structure on the summit surface of the helmet.

가스배관용 플렉시블 조인트의 응력 및 변형거동 특성에 관한 수치적 연구

김청균(Chung Kyun Kim),김경섭(Kyung Seob Kim) 한국가스학회 2011 한국가스학회지 Vol.15 No.4

본 연구에서는 가스배관용 플렉시블 조인트의 응력과 변형거동 특성을 유한요소법으로 해석하였다. 이러한 특성결과는 나선 주름관이나 직각 주름관 및 평면관으로 구성된 플렉시블 조인트의 강도안전성을 고찰할 수 있다. FEM 계산결과에 의하면, 최적의 나선 주름관은 4.7°의 경사각도와 1.5㎜의 주름높이를 갖는 주름관 모델인것으로 나타났다. 또한, 90°의 주름을 갖는 직각 주름관 모델이 경사각도를 갖는 나선 주름관보다는 강도안전성이 더 우수한 것으로 나타났다. 따라서, 주름관의 강도안전성을 높이기 위해서는 주름관의 피치와 곡률반경을 줄이는 것이 바람직함을 알 수 있다. In this study, the stress and deformation behavior characteristics of a flexible joint for a gas pipe have been analyzed by a finite element method. These characteristic results may investigate the strength safety analysis of a flexible joint, which is composed by a spiral corrugation pipe or a rectangular corrugation model and a plane pipe. The FEM computed results show that an optimized spiral corrugation pipe model is a inclined angle of 4.7° and a corrugation height of 1.5㎜. And also, a rectangular corrugation pipe model of 90° is recommended in strength safety rather than a spiral corrugation pipe with an inclined angle. Thus, a corrugated pipe for an increased strength safety is to recommend a reduced pitch and curvature radius of an inclined corrugation.

35MPa 수소가스 자동차용 복합소재 압력용기의 응력특성에 관한 강도안전성 연구

김청균(Chung Kyun Kim),김도현(Do Hyun Kim) 한국가스학회 2012 한국가스학회지 Vol.16 No.2

본 논문에서는 알루미늄 라이너와 탄소섬유/에폭시 및 유리섬유/에폭시로 구성된 복합소재 압력용기에 대한 응력 안전성 연구결과를 제시하고 있다. 9.2L의 저장용량을 갖는 수소가스 자동차용 복합소재 압력용기에는 35MPa의 충전압력으로 수소가스를 압축한 경우이다. FEM 해석결과는 미국의 수소가스 압력용기에 대한 DOT-CFFC와 한국의 KS B ISO 인증기준에 기반하여 평가하였다. FEM 해석결과에서 알루미늄 라이너에 걸리는 응력 247MPa는 알루미늄 항복강도(272MPa)의 95%에 해당하는 안전기준에 비해 충분히 낮다는 결과이다. 그리고 알루미늄의 표면에 감은 탄소섬유 복합소재는 후프방향과 헤리컬방향에서 발생한 최대탄소섬유응력이 29.43%와 28.87% 수준으로 각각 나타났기 때문에 최소파열압력에서의 최대섬유응력 대비 30% 이하를 유지해야 한다는 안전기준에 부합하므로 안전하다. 또한, 탄소섬유 복합소재에 대한 응력비는 후프방향과 헤리컬방향에 대해 3.4와 3.46으로 각각 예측되었기 때문에 최소안전기준인 2.4보다 높아 안전한 것으로 나타났다. This paper presents a stress safety of a composite pressure cylinder in which is composed of an aluminum liner and composite layers with carbon fiber/epoxy and glass fiber/epoxy resigns. The composite pressure cylinder for a hydrogen gas vehicle contains 9.2 liter hydrogen gas, and hydrogen gases are compressed by a filling pressure of 35MPa. The FEM computed results are analyzed based on the US DOT-CFFC basic requirement for a hydrogen gas cylinder and KS B ISO specification. The FEM results indicate that the stress, 247MPa of an aluminum liner is sufficiently low compared with that of 272MPa, which is 95% level of a yield stress for aluminum. And, the carbon fiber composite layers in which are wound on the surface of an aluminum cylinder are safe because the maximum carbon fiber stresses from 29.43% to 28.87% in hoop and helical directions are below 30% for a given minimum required burst pressure level, respectively. The carbon fiber composite layers are also safe because the stress ratios from 3.40 to 3.46 in hoop and helical directions are above 2.4 for a minimum safety level, respectively.

유한요소법을 이용한 알람밸브의 응력 및 변형거동에 관한 연구

김청균(Chung Kyun Kim),김태환(Tae Hwan Kim) 한국가스학회 2012 한국가스학회지 Vol.16 No.2

본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 알람밸브의 응력 및 변형거동에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 알람밸브의 강도안전성에 대한 연구는 최대시험압력이 2.0MPa인 경우에 대하여 계산하였다. 유한요소법으로 계산한 알람밸브의 최대응력은 항복강도 370MPa의 6.1%에 해당하고, 인장강도 485MPa의 4.6%에 해당하는 결과로 제시되었고, 이것은 커버 플랜지와 밸브몸체 사이의 모퉁이 부근에서 발생하는 것으로 나타났다. 그리고 밸브에서 발생한 최대변형 12μm는 알람밸브 몸체의 중간부근에서 형성되는 것으로 예측되었다. 이러한 연구결과는 대부분의 알람밸브에서 지나치게 높은 강도안전성을 갖도록 설계하는 것으로 지적할 수 있고, 이것은 알람밸브의 중량이나 크기가 증가되는 요소로 작용하고 있음을 알 수 있다. The stress and deformation behavior of an alarm valve has been analyzed using a finite element method. The strength safety of an alarm valve is calculated for the given maximum test pressure of 2.0MPa. The FEM computed maximum stress of an alarm valve is only 6.1% of yield strength, 370MPa and 4.6% of tensile strength, 485MPa, which are occurred at the corner part between a cover flange and a valve body. And the maximum deformation of 12μm was developed at the middle part of an alarm valve. These results mean that a typical alarm valve was designed with a excessively high strength safety, which may lead to an increase of a weight and a dimension.

V홈을 갖는 오링의 밀봉거동과 내구 안전성에 관한 유한요소해석

김청균(Chung Kyun Kim) 한국가스학회 2013 한국가스학회지 Vol.17 No.1

본 연구에서는 유한요소해석법을 사용하여 V홈 오링의 밀봉거동과 내구 안전성에 관련된 변형률, 응력, 접촉 법선응력 해석결과를 제시하고 있다. 밀봉거동과 내구 안전성에 관한 FEM 해석결과에 의하면, V홈 형상을 갖는 오링에 작용하는 최대변형률, 최대압축응력, 최대접촉법선응력은 기존의 오링에 비해 약 1.2배나 더 높게 나타났다. 이것은 오링이 두 개의 원형을 겹치도록 형성된 중간부에 V홈을 넣었기 때문에 가능한 것으로 판단되고, V홈 오링은 볼밸브, 압력용기, 가스기기의 밀봉을 하는데 매우 유용한 것으로 알려져 있다. 그리고, V홈 오링에서 가스압력을 높여도 압출에 의한 파손현상이 발생되지 않았는데, 이것은 V홈이 형성되어 있기 때문이다. 따라서, V홈 오링은 기존 오링에 비해 밀봉수명을 연장시킬 수 있다. This study presents sealing behavior and endurance safety of V-grooved o-rings as functions of a strain, compression stress, and contact normal stress using a FEM technique. The FEM results on the sealing behavior and endurance safety show that the maximum strain, maximum compression stress, and maximum contact normal stress of V-grooved o-rings are approximately 1.2 times higher than those of conventional solid o-rings. This is why that an o-ring has a V-groove in the center between two overlapped circles, which is very effective in sealing for ball valves, pressure vessels, and gas equipment. And the extrusion failure in V-grooved o-rings does not take place under an increased gas pressure due to a V-groove. This may extend sealing life compared with that of a conventional solid o-ring.

가스산업용 안전모의 내충격 안전성에 관한 연구

김청균(Chung Kyun Kim),김태환(Tae Whan Kim) 한국가스학회 2013 한국가스학회지 Vol.17 No.6

본 연구에서는 안전모 쉘 구조물의 정상부에 돌출부를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대해, 안전모의 두께와 하중면적을 변수로 변형률 에너지 밀도, 응력, 변위거동을 유한요소법으로 해석하였다. 변형률 에너지 밀도는 안전모로 전달되는 충격에너지 전달을 흡수하는 성능을 나타내는 변수로 안전모의 안전성을 고찰하는 중요한 요소 중의 하나이다. 유한요소 해석 결과에 의하면, 4,540N의 충격력이 안전모의 정상부 표면에 가해질 때 충격하중을 받는 하중면적이 증가할수록 최대응력은 선형적으로 줄어든다. 그러나, 최대 변형률 에너지 밀도는 하중면적이 증가할수록 커지는 것으로 나타났다. 변형률 에너지 밀도가 줄어들면, 안전모 착용자의 머리와 목 부분으로 전달되는 충격력은 줄어드는 것으로 나타났으며, 이것은 안전모의 충격에너지 흡수 안전성을 약화시키는 요인이 될 수 있다. 따라서, 안전모의 안전한 설계를 위해서는 정상부에 돌출 구조물을 설치하는 것이 좋지만, 이러한 수정 안전모는 충격에너지 흡수성능 측면에서는 불리함을 알 수 있다. In this study, the strain energy density, stress and deformation behaviors have been analyzed as functions of a thickness and a force area of protective helmets with and without an extruder on the top of the shell structure using the finite element method. The strain energy density in which is related to the absorption capacity of an impact energy transfer is one of a key element of the helmet safety. The FEM analyzed results show that when the impulsive force of 4,540N is applied on the top surface of the helmets, the maximum stress is linearly reduced for an increased area of impact forces. But, the maximum strain energy density has been reduced for the increased force area. The reduced strain energy density may increase the impulsive forces transferred to the head and neck of helmet wearers, which may decrease the impact energy absorption safety of the helmets. In thus, it is safer design of the helmet in which has an extruded structure on the summit surface, but the modified helmet may decrease the impact energy absorption capacity.

스위블 연결구용 멀티접촉패킹의 밀봉특성에 관한 유한요소해석

김청균(Chung Kyun Kim) 한국가스학회 2014 한국가스학회지 Vol.18 No.4

본 연구에서는 한곳에서 접촉하는 오링과 여러 곳에서 접촉하는 멀티접촉패킹에 대한 밀봉특성을 유한요소법으로 해석하였다. FEM 해석결과에 의하면, LP가스압력 1.8MPa을 공급하였을 때 기존의 오링에서는 밀봉성에 관련된 2.5MPa의 수직접촉 최대응력을 발생하였다. 반면에 새롭게 고안된 멀티접촉패킹에서는 3.01MPa이 발생하여 20.4%나 높아진 밀봉성이 향상되었음을 알 수 있다. 또한, 밀봉내구 안전성에 밀접한 관련이 있는 압출현상은 기존 오링의 경우 1.62MPa의 가스압력에서 발생되었지만, 멀티접촉패킹에서는 1.8MPa 정도로 가스내압을 올려도 압출현상이 발생되지 않는 것은 오랫동안 밀봉작용을 한다는 것을 의미한다. 따라서 밀봉성과 내구안전성을 높게 요구할 때는 한곳에서 접촉하는 기존의 오링보다는 여러 곳에서 접촉하는 멀티접촉패킹을 사용하는 것이 유리함을 알 수 있다. This paper was analyzed for a sealing characteristics of single lip contact type o-ring and multiple lip contact type packing for a swivel joint using the finite element method. According to the FE analysis, a conventional o-ring produces a maximum contact normal stress of 2.5MPa for a supplied LP gas pressure of 1.8MPa, which is related to the sealing performance. But, a sealing performance of newly invented multi-lip packing produces a maximum contact normal stress of 3.01MPa, which is 20.4% higher than that of a conventional o-ring. And an extrusion of a conventional o-ring, which is strongly related to the sealing endurance safety, was occurred at a supplied gas pressure of 1.62MPa. But, a multi-lip packing does not produce up to the gas pressure of 1.8MPa. This means that a new type of multi-lip packing may have excellent sealing characteristics because of no extrusion for high gas pressure. Thus, multi-lip packing with multiple lip contacts may be useful for high sealing and endurance safety compared to that of the conventional o-ring with a single lip contact.

오일점도에 따른 디젤엔진용 핀부시 베어링의 유막거동에 관한 연구

김청균(Chung Kyun Kim),이병관(Byoung Kwan Lee) 한국트라이볼로지학회 2008 한국윤활학회지(윤활학회지) Vol.24 No.1

A pin bush bearing is one of the most important element in the piston engine which is joined a piston to a connecting rod. A pin bush is suffered by heat and changeable repeat loads, which are come from the explosive gas heat and pressures during a reciprocating stroke. Therefore, a tribological behavior of pin bush bearings is very severe compared to other parts of a piston assembly. To keep a stable operation of pin bush bearings effectively, it would be satisfied with proper oil film strength for severe operating conditions and durability, which are strongly related to the oil film thickness, oil film pressure, and a friction loss power. The computed results show that the viscosity of engine oils slightly affects to the minimum oil film thickness and oil film pressure distribution, but is an influential parameter on a total friction loss power. Thus the low viscosity engine oils for an increased operation condition should select a high level of base oil and add a viscosity index improver as an oil film additive.

내연기관용 무연 핀부싱의 마찰특성에 관한 실험적 연구

김청균(Chung Kyun Kim),오경석(Kyoung Seok Oh) 한국트라이볼로지학회 2007 한국윤활학회지(윤활학회지) Vol.23 No.6

This paper presents the friction characteristics of pb-fres pin bushing bearings for an automotive gasoline engine. The external load is 100 N to 600 N and the speed of the pin bushing bearing is 1000 rpm to 3000 rpm against the rubbing surfaces. And the contact modes of rubbing surfaces between a piston pin and a pb-free pin bushing specimen are a dry friction, an oil lubricated friction and a mixed friction that is starved by a lack of engine oil. Two influential factors of a contact rubbing modes and a material property are very important parameters on the tribological performance of a friction characteristic between a piston pin and a pb-free pin bushing. The experimental result shows that the pin bushing speed of 2000 rpm shows a typical oil film lubricated sliding contact mode in which means that as the applied load is increased, the friction loss is increasing. But other contact mode depending on the speed and the load may affect to the fiction coefficient without a regular and uniform trend. In summary, the oil lubricated rubbing surface definitely decreases a running-in period in short and increase oil film stiffness, and this may leads the reduction of a friction loss.