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회전속도 변화에 따른 볼트 체결부 접촉강성변화를 고려한 터보분자펌프 로터의 고유진동수와 고유모드 변화에 관한 연구
방제성,서정민,박철훈,박현기,이주범 한국유체기계학회 2023 한국유체기계학회 논문집 Vol.26 No.6
Even if active magnetic bearings are widely used in turbomolecular pumps, they experience more difficulty in controlling vibration in the unexpected frequency range, which is not considered in rotordynamics as rigid and flexible body mode. Since the blade wheel and main shaft of TMP are often assembled through bolt joint and interference fit, resonance frequencies are expected to vary according to rotating speed change, which is inevitably caused by the contact status of interference fit and blade wheel and main shaft assembled by bolt joint. In this paper, through finite element analyses, pre-stressed modal analyses are performed to compete with the variation of resonance frequencies and mode shapes for rotating parts of the large and medium capacity turbomolecular pump composed of the blade wheel and main shaft. Firstly, static strength analyses are performed to get pre-stress caused by rotating velocity and check structural integrity. Contact status is also checked on the surface of the interference fit, the surface between the balance plate and blade wheel, and the surface between the blade wheel and main shaft. Finally, modal analyses according to rotating speed are performed, and a Campbell diagram is made to find crossing points. It is found that mode separation and resonance frequency variation are caused by the contact status of the assembly of TMP rotating parts, which should be considered in the control of AMB.
효율적인 공탄성적 해석을 통한 천음속 팬 블리스크의 강제응답과 고주기피로 분석 - Part 1
방제성,김승조,최재호,임형수 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4
교번응력을 얻기 위하여 비정상 유동해석과 조화응답해석이 분리되어 순차적으로 수행되는 분리된 공탄성적 해석을 기반으로한 효율적인 강제응답해석이 수행되었다. 이를 통해 얻어진 교번응력과 원심력과 정상상태 유동해석을 통해 얻어진 공력하중에 의한 평균응력을 이용하여 modified Goodman 선도 기반의 고주기피로 특성이 연구되었다. 로터 유로와 스테이터 유로 간 피치 비율이 동일하지 않더라도 Transient Blade Row 의 시간 변환 모델이 비정상 유동해석 시 회전방향 주기 경계조건을 적용할 수 있게 한다. 따라서 기존의 Transient Rotor Stator interface 를 사용하는 비정상 유동해석에서 불가피하게 사용된 전체 모델링을 피할 수 있다. 또한 구조해석 모델에서 주기적 대칭 경계조건과 모드중첩법의 사용이 정적해석-모드해석-조화응답해석에서 높은 효율성을 제공한다. 유체-구조 완전 연성 기반의 공탄성적 해석을 기반으로한 강제응답해석에서 디스크 변형까지 고려하기 위해서는 traveling wave 모드를 고려하기 위하여 경우에 따라 전체 모델이 해석되어야 한다. 하지만 본 연구에서 사용된 접근방법을 통해 얻어진 효율적인 해석 절차가 전체 모델링을 피할 수 있으며, 22 개의 NASA Rotor 67 과 34 개의 스테이터 간 상호작용을 고려하는 강제응답 및 고주기피로 특성이 성공적으로 고찰되었다. The high efficiency forced response analysis based on the decoupled aero-mechanical analysis, where unsteady flow analysis and harmonic response analysis are performed separately in sequence, is conducted to obtain alternating stresses. The characteristics of high-cycle fatigue based on the modified Goodman diagram are studied using alternating stresses through forced response analysis and mean stresses due to centrifugal force and aerodynamic loading obtained in steady-state flow analysis. Although the pitch ratio between the rotor passage and stator passage is not close to one, the Time Transformation model of the Transient Blade Row makes it possible to apply rotational periodicity boundaries in unsteady flow analysis. Hence, full passage modeling inevitably used in a traditional unsteady flow analysis with the Transient Rotor Stator interface can be avoided. The use of cyclic symmetry boundary conditions and the mode superposition method in structural models also provides high efficiency for static analysis, mode analysis and harmonic response analysis. In forced response analysis using fully coupled aero-mechanical analysis, when disk deformation is taken into account, a full passage model should also be occasionally analyzed to consider the traveling wave mode.However, the full passage model can be avoided with the efficient analysis procedure used in this study, and the characteristics of forced response and high cycle fatigue considering the interactions between 22 NASA Rotor 67s and 34 stators are investigated successfully.
기술현황분석 - 풍력발전기 동적 시뮬레이션을 위한 NREL 프로그램군에 관한 소개 - 전처리기를 중심으로
방제성,임채환,김재동,Bang, Je-Seong,Im, Chae-Hwan,Kim, Jae-Dong 재료연구소 2011 機械와 材料 Vol.23 No.4
풍력발전기 동적 시뮬레이션 프로그램 개발을 위해 미국풍력기술연구센터(NWTC)의 프로그램군에 대해 분석하고 이를 소개하였다. 본 편에서는 에어포일 데이터를 생성하는 AirfoilPrep, IEC 61400-1 기준의 극한 조건에 해당하는 허브 높이의 바람 데이터를 생성하는 IECWind, 통계적인 방법에 의해 전 영역에 대한 난류 바람 데이터를 생성하는 TurbSim, 복합재료 블레이드의 구조적 특성치를 계산하는 PreComp, 블레이드와 타워의 모드 형상을 구하는 BModes와 같은 전처리기를 중심으로 설명하였다.
이종원,방제성,김상렬,한정우 한국구조물진단유지관리공학회 2012 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.16 No.2
본 연구에서는 풍력발전기 타워의 효과적인 상태 모니터링을 위하여 타워의 고유진동수 및 모드형상을 이용한 손상추정기법을 제안하였다. 풍력발전기에 대한 동력학 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 타워의 거동을 시뮬레이션하고 결과를 이용하여 타워의 모드특성을 추정하였다. 다양한 손상에 의한 타워의 고유진동수와 모드형상의 변화를 모드특성 추정 프로그램을 이용하여 해석적으로 구하여 훈련패턴을 생성하고 이를 이용하여 신경망을 훈련시켰다. 복수 손상 경우를 포함한 10가지 손상경우에 대한 모드특성을 훈련된 신경망에 입력하여 손상을 추정하였으며, 모든 손상 경우에 대하여 비교적 정확하게 손상위치와 손상정도를 판정할 수 있었다. 단, 미소 손상의 경우 손상정도가 약간 과소평가되는 경향을 보였으나 손상위치는 합리적으로 추정됨을 알 수 있었다. 향후, 미소 손상 추정결과의 정확성을 개선하고, 실험을 통하여 제안된 기법을 검증할 계획이다. A damage estimation method of wind turbine tower using natural frequency and mode shape is presented for effective condition monitoring. Dynamic analysis for a wind turbine was carried out to obtain the response of tower from which modal properties were identified. A neural network was learned based on training patterns generated by the changes of natural frequency and mode shape due to various damages. The changes of modal property were calculated using a program for modal parameter estimation. Damage locations and severities could be successfully estimated for 10 damage cases including multi-damage cases using the trained neural network. The damage severities for very small damages generally tends to be slightly under-estimated however, the identified damage locations agreed reasonably well with the accurate locations. Enhancement of the estimation result for very small damage and verification of the proposed method through experiment will be carried out by further study.
적층복합재료 패널의 확률론적 비선형 초기파단하중 및 좌굴하중에 관한 연구
방제성 한국구조물진단유지관리공학회 2013 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.17 No.6
복합재료가 신재생 에너지 산업 관련 구조물 및 해양 구조물에서 좀 더 신뢰도 있는 주 하중 부재로 사용되기 위하여 복합재료평판의 확률론적 비선형 초기 파단 하중과 원공과 곡률이 있는 복합재료판의 확률론적 비선형 좌굴 하중이 평가되었다. 주어진 설계 추출점에서의 확정론적 유한요소해석 결과를 바탕으로 반응면기법을 이용하여 한계상태면을 확률변수로 이루어진 2차 다항식으로 근사하였다. 또한, MPFP 근처에서 좀 더 정확하게 한계상태면을 근사하기 위하여 반복적 선형보간법이 적용되었다. 파괴확률을 평가하기 위하여 근사된 한계상태면 상에서 향상된 일계이차모멘트법과 몬테카를로법이 수행되었다. 마지막으로 파단에 영향을 주는 주요한 확률변수를 파악하기 위하여 변환된 확률변수에 대한 신뢰도지수의 감도를 계산하였다. Probabilistic nonlinear first ply failure loads of flat composite panels and nonlinear buckling loads of curved composite panels with cutouts are estimated to provide the more reliable main load carrying structure in the renewable energy industry and offshore structures. The response surface method approximates limit state surface to a second order polynomial form of random variables with the results of deterministic finite element analyses at given sampling design points. Furthermore, the iterative linear interpolation scheme is used to obtain a more accurate approximation of the limit state surface near the most probable failure point (MPFP). The advanced first order second moment method and the Monte Carlo method are performed on an approximated limit state surface to evaluate the probability of failure. Finally, the sensitivity of the reliability index with respect to transformed random variables is investigated to figure out the main random variables that have an effect on failures.