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Research Paper
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Experimental Verification of Computational Numerical Analysis of Internal Blast Propagation Characteristics Considering Afterburning
재연소 조건을 고려한 내부 폭압 전파 특성 전산수치해석과 실험적 검증
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Hun Ji, WooSeok Kim
지훈, 김우석
- When explosives detonate under internal explosion conditions, unburned explosive residues can react with the surrounding air, generating additional energy—a phenomenon known as …
내부 폭발 조건에서 화약이 폭발하게 되면, 연소되지 못한 화약이 공기와 반응하여 추가적인 에너지를 발생시키는 현상을 재연소 현상이라고 한다. 재연소 현상은 최대 폭압과 …
- When explosives detonate under internal explosion conditions, unburned explosive residues can react with the surrounding air, generating additional energy—a phenomenon known as afterburning. Afterburning increases both the peak pressure and impulse, making it a critical factor when predicting blast pressure propagation characteristics through computational numerical analysis. This study aims to validate a computational numerical analysis method that accounts for afterburning in internal explosions. The validation was performed by comparing the analysis results with experimental data from internal explosion tests conducted in enclosures of three different shapes. The results indicate that when afterburning effects were not considered, the maximum discrepancies in peak pressure and impulse compared to experimental values were 45.13% and 68.54%, respectively. However, when afterburning conditions were incorporated into the analysis, these discrepancies were significantly reduced to a maximum of 18.08% and 15.17%, respectively.
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내부 폭발 조건에서 화약이 폭발하게 되면, 연소되지 못한 화약이 공기와 반응하여 추가적인 에너지를 발생시키는 현상을 재연소 현상이라고 한다. 재연소 현상은 최대 폭압과 충격량을 높이는 역할을 하기 때문에 전산수치해석을 이용한 폭압 전파 특성을 예측을 수행할 때 반드시 고려해야 한다. 본 논문에서는 재연소 조건을 고려한 내부폭발 전산수치해석 방법을 검증하기 위해 3종류의 서로 다른 형태의 내부폭발 실험과 비교하였다. 그 결과, 재연소 조건을 적용하지 않았을 때는 최대 폭압과 충격량 차이가 최대 45.13%, 68.54% 발생하였으나, 재연소 조건을 고려하여 해석을 수행하였을 경우 최대 폭압과 충격량의 차이가 각각 18.08%, 15.17%로 크게 줄어들었다.
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Experimental Verification of Computational Numerical Analysis of Internal Blast Propagation Characteristics Considering Afterburning
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Research Paper
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Mechanical Properties and Interfacial Transition Zone Microstructure Analysis of 3D Printed Concrete Utilizing Waste Cockle Shell Aggregate and PP Fiber Waste Fishing Net
꼬막 패각 및 PP 섬유 폐어망을 활용한 3D 프린팅 자원순환 콘크리트의 역학적 성능 및 계면 변화 영역 미세구조 분석
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Hyunju Oh, Jeewoo Suh, Ju-Hyeon Park, Tong-Seok Han
오현주, 서지우, 박주현, 한동석
- This study examines the mechanical properties and microstructural characteristics of the interfacial transition zone in 3D-printed recycled concrete incorporating cockle shell aggregate …
본 연구는 꼬막 패각 잔골재와 PP 폐어망 섬유를 혼입한 자원순환 콘크리트의 역학적 성능과 계면 변화 영역에서의 미세구조 특성을 분석하였다. 패각 잔골재와 폐어망 …
- This study examines the mechanical properties and microstructural characteristics of the interfacial transition zone in 3D-printed recycled concrete incorporating cockle shell aggregate and polypropylene (PP) waste fishing net. The shell aggregate and waste fishing net underwent the requisite pre-treatment, and a concrete mix suitable for 3D printing was selected with a focus on recycling marine waste. The specimens were subjected to compressive and flexural strength tests in accordance with KS L ISO 679, while their microstructure was analyzed using scanning electron microscope (SEM) images obtained in backscattered electron (BSE) mode. The SEM images were segmented using a histogram- and morphology-based phase segmentation method, as well as pixel value differences in regions exhibiting an interfacial transition zone, to analyze microstructural characteristics. The mechanical properties were evaluated by measuring the compressive and flexural strength of specimens with varying PP fiber contents, specifically 0.0%, 0.5%, and 1.0 vol.%. The results demonstrated that the specimen containing 0.5 vol.% PP fiber exhibited the highest compressive and flexural strength, which was attributed to the fiber bridging effect. SEM image analysis revealed that larger-diameter pores were observed at the interface between the shell fine aggregates and binder compared to those in the fine aggregate case, whereas relatively smaller pores formed around the PP fibers. A correlation was thus established between the microstructural analysis results and mechanical performance.
- COLLAPSE
본 연구는 꼬막 패각 잔골재와 PP 폐어망 섬유를 혼입한 자원순환 콘크리트의 역학적 성능과 계면 변화 영역에서의 미세구조 특성을 분석하였다. 패각 잔골재와 폐어망 섬유를 적절한 방법으로 전처리하고 자원화를 고려하여 3D 프린팅 콘크리트 배합을 선정해 콘크리트 시편을 제작하였다. 제작된 시편은 KS L ISO 679 규정에 따라 압축강도와 휨강도를 측정하였고, BSE 모드를 이용한 SEM 이미지 촬영을 통해 미세구조를 분석하였다. SEM 이미지는 히스토그램 및 형상 기반 상 분리 방법, 그리고 계면 변화 영역의 픽셀값 차이를 활용하여 이미지를 분리하고 미세구조를 분석하였다. 역학적 성능을 확인하기 위해 PP 섬유를 0.0%, 0.5%, 1.0vol.% 혼입한 시편의 압축강도와 휨강도를 측정한 결과, PP 섬유 0.5vol.% 혼입 시 섬유 브릿징 효과로 인해 가장 높은 압축 및 휨강도가 나타났다. SEM 이미지 분석 결과, 일반 잔골재와 바인더 계면보다 패각 잔골재와 바인더 계면에서 더 큰 직경의 공극이 관찰되었으며, PP 섬유와 바인더 계면에서는 상대적으로 작은 공극이 형성됨을 확인하였다. 이를 바탕으로 미세구조 분석 결과와 역학적 성능 간의 상관관계를 규명하였다.
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Mechanical Properties and Interfacial Transition Zone Microstructure Analysis of 3D Printed Concrete Utilizing Waste Cockle Shell Aggregate and PP Fiber Waste Fishing Net
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Research Paper
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Evaluation of Ballistic Performance of Metallic Armor Materials Using Analysis of Variance (ANOVA)
분산분석(ANOVA)을 이용한 금속 재료의 방탄 성능 평가
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Min-Je Kim, Ho-un Jin, Yoon Song, Gil Ho Yoon
김민제, 진호언, 송윤, 윤길호
- When a projectile collides at high speed with metal armor, complex nonlinear deformations and thermo-mechanical interactions develop between the projectile and the …
금속 방탄재에 탄환이 고속 충돌 시, 탄환과 방탄재 사이에 복잡한 비선형 변형과 열적-기계적 상호작용이 발생한다. 이로 인해 방탄 성능을 결정하는 주요 물성을 …
- When a projectile collides at high speed with metal armor, complex nonlinear deformations and thermo-mechanical interactions develop between the projectile and the armor. This results in significant challenges in evaluating the key properties that govern ballistic resistance. In this study, a statistical analysis of the mechanical properties of metal armor materials is conducted through Analysis of Variance (ANOVA) to assess their impacts on ballistic resistance performance. A finite element model for ballistic impact analysis on metal materials is developed in accordance with NATO standardization using LS-Dyna software. For the impact cases, impact analyses are performed at velocities of 630 m/s under non-penetration conditions and 960 m/s under penetration conditions. ANOVA is applied to each condition to evaluate the effects of the material properties. Experimental points are established using a central composite design based on the base properties of Armox500T. The influence of key mechanical properties of the metal materials on ballistic performance is assessed using a full quadratic surface model, and the interaction effects among properties are also examined through ANOVA.
- COLLAPSE
금속 방탄재에 탄환이 고속 충돌 시, 탄환과 방탄재 사이에 복잡한 비선형 변형과 열적-기계적 상호작용이 발생한다. 이로 인해 방탄 성능을 결정하는 주요 물성을 평가하는 것은 매우 어렵다. 본 연구에서는 금속 방탄재의 기계적 물성에 대해 분산분석을 수행하여 방탄성능에 대한 영향성을 통계적으로 확인하였다. LS-Dyna 상용 소프트웨어를 이용하여 금속재료에 대한 탄도 충격 현상 유한요소모델을 구현하였으며, NATO 회원국 간의 표준화 협정 규격에 따른 파편모의탄을 사용하였다. STANAG 4569를 기준으로 비관통 조건에서는 630m/s, 관통조건에서는 960m/s 속도로 충돌해석 수행하였고, 각각에 대한 분산분석을 수행하였다. Armox500T의 기본 물성을 중심점으로 설정한 중심합성계획법을 이용하여 실험점을 배치하였으며, 완전2차 표면모델을 통해 방호 성능을 결정 짓는 금속재료의 주요 기계적 물성에 대한 영향성을 평가하고, 물성 간의 상호작용 효과를 확인하였다.
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Evaluation of Ballistic Performance of Metallic Armor Materials Using Analysis of Variance (ANOVA)
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Research Paper
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Assessment of Disaster Resilience Performance of Structural Systems in relation to Design Response Spectrum
설계응답스펙트럼에 따른 구조물 재난 리질리언스 성능 평가
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Taeyong Kim, Sang-ri Yi, Ji Hyeon Kim, Ji-Eun Byun
김태용, 이상리, 김지현, 변지은
- The system-reliability-based resilience analysis facilitates the investigation of the joint capability of structural components to resist system failures. This approach has recently …
본 논문에서는 최근 제안된 신뢰성 기반 리질리언스 평가 기법을 기반으로 지역 별 지진 특성이 구조물의 리질리언스 성능에 미치는 영향을 정량정으로 평가하였다. 이를 …
- The system-reliability-based resilience analysis facilitates the investigation of the joint capability of structural components to resist system failures. This approach has recently been extended to evaluate the resilience of structures subjected to stochastic excitations, such as earthquakes, based on the concept of reliability and redundancy curves. The reliability and redundancy curves are evaluated in a manner similar to traditional seismic fragility curves and are, therefore, capable of capturing the site-to-site variability of hazard characteristics, such as frequency content and duration. To quantitatively examine these aspects, the present study conducts a comparative analysis of two structures with identical designs but located at two different sites: Gyeongju, Korea, and Vancouver, Canada. The excitation properties at the two sites, which exhibit different frequency characteristics, are described using site-specific design response spectrum curves. Subsequently, a set of ground motion acceleration time histories is generated using a spectrum-compatible ground motion modeling approach. The generated ground motion sets for each site are applied to a 6-story frame structure, and a resilience analysis is performed. The numerical study demonstrates that the system-reliability-based resilience analysis successfully captures site-specific characteristics and that these characteristics can significantly influence resilience evaluation results.
- COLLAPSE
본 논문에서는 최근 제안된 신뢰성 기반 리질리언스 평가 기법을 기반으로 지역 별 지진 특성이 구조물의 리질리언스 성능에 미치는 영향을 정량정으로 평가하였다. 이를 위해 한국 경주와 캐나다 밴쿠버를 대상 지역으로 선정하여 동일 구조물에 대한 리질리언스 해석을 수행하였다. 각 지역에 해당하는 설계 응답 스펙트럼곡선을 바탕으로 그에 상응하는 지진동을 생성하였고, 6층 철골 구조물을 대상 구조물로 선정하여 해석을 수행하였다. 신뢰성 및 여용성 지수 산정 시 층간 변위의 한계상태 초과 사건을 구성요소의 파괴사건으로, 최상단 변위의 한계상태 초과 사건을 시스템 단위의 파괴로 정의하였다. 고전 취약도 해석과 유사한 증분동적해석을 수행하여 신뢰성과 여용성을 평가하였고, 계산 결과, 두 지역의 리질리언스에 유의미한 차이가 있음을 확인하였다. 특히 장주기 증폭이 예상되는 밴쿠버 지역의 경우 경주에 비해 구조물의 여용성이 크게 감소하는 것을 확인하였다.
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Assessment of Disaster Resilience Performance of Structural Systems in relation to Design Response Spectrum
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Research Paper
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Estimation of Slab Construction Loads according to Changes in Average Curing Temperature in Multistory-shored RC Structure including Non-typical Stories with Different Slab Thickness
슬래브 두께가 다른 비기준층을 포함한 다층지지 RC 구조에서 평균 양생 온도 변화에 따른 슬래브 시공 하중 산정
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Sang-Min Han, Jae-Yo Kim
한상민, 김재요
- Recently, accidents involving structural elements, formwork, and shoring during concrete pouring have been occurring with increasing frequency, particularly in multistory-shored RC structural …
최근 콘크리트 타설 중 구조체, 거푸집 및 동바리 사고가 지속적으로 발생하고 있으며, 특히 슬래브 두께가 증가한 비기준층이 존재하는 다층지지 RC 구조 시스템에서 …
- Recently, accidents involving structural elements, formwork, and shoring during concrete pouring have been occurring with increasing frequency, particularly in multistory-shored RC structural systems with non-typical floors featuring increased slab thickness. Curing temperature is a major factor that determines the strength and stiffness of concrete, thereby affecting the distribution of construction loads. In this study, to analyze the distribution of construction loads as influenced by curing temperature, the equivalent age was calculated using the theory of maturity based on temperature and age. The strength and stiffness of slab concrete were subsequently estimated, and the variations in construction loads and damage parameters during construction were analyzed. The results indicated that construction loads decreased slightly at an early age when the average curing temperature was lower, but increased after sufficient curing time had elapsed. The construction damage parameters exhibited significant increases when the average curing temperature was lower.
- COLLAPSE
최근 콘크리트 타설 중 구조체, 거푸집 및 동바리 사고가 지속적으로 발생하고 있으며, 특히 슬래브 두께가 증가한 비기준층이 존재하는 다층지지 RC 구조 시스템에서 빈번하게 발생하였다. 양생 온도는 콘크리트의 강도와 강성을 결정하는 주요한 요인이며 이에 따라 시공 하중의 분포가 변화한다. 이 연구에서는 양생 온도에 따른 시공 하중의 분포를 분석하기 위하여 온도와 재령에 따른 적산 온도 이론을 사용하여 등가 재령을 계산하고, 이에 따른 슬래브 콘크리트의 강도 및 강성을 산정하여 시공 하중, 시공 손상 변수의 변화에 대하여 분석하였다. 시공 하중은 평균 양생 온도가 낮아질 때 초기 재령에서는 소폭 감소하고, 충분한 재령이 지난 후에는 증가하였다. 시공 손상 변수는 평균 양생 온도가 낮아질 때 크게 증가함을 확인하였다.
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Estimation of Slab Construction Loads according to Changes in Average Curing Temperature in Multistory-shored RC Structure including Non-typical Stories with Different Slab Thickness
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Research Paper
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Feasibility Analysis of Applying Particle Filtering for Data-based Updating of Existing Seismic Fragility
데이터 기반 기존 지진취약도 업데이트를 위한 파티클 필터링 적용 타당성 분석
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Jinhyuk Lee, Jeong-Rae Cho, Hyejin Yoon
이진혁, 조정래, 윤혜진
- This study analyzes the applicability of Particle Filtering (PF) to update existing seismic fragility curves using shake table test data. PF is …
본 논문에서는 진동대 실험 데이터를 활용하여 기존 지진취약도 곡선을 업데이트하기 위해 파티클 필터링(Particle Filtering, PF)의 적용 타당성을 분석하였다. PF는 비선형적이며, 비가우시안적인 문제를 …
- This study analyzes the applicability of Particle Filtering (PF) to update existing seismic fragility curves using shake table test data. PF is particularly well-suited for addressing nonlinear and non-Gaussian problems, offering higher accuracy and stability compared to traditional Bayesian updating methods, such as Unscented Transformation (UT) and Markov Chain Monte Carlo (MCMC). The results demonstrate that PF yields more conservative seismic fragility curves in HAZUS, HRC, and strain-based damage states than the existing methods, while maintaining stability even under conditions of high uncertainty. In particular, the resampling process in PF effectively reduces uncertainty, thereby leading to more reliable seismic fragility evaluations. These findings suggest that PF represents a valuable tool for enhancing the accuracy and stability of seismic fragility assessments in earthquake engineering.
- COLLAPSE
본 논문에서는 진동대 실험 데이터를 활용하여 기존 지진취약도 곡선을 업데이트하기 위해 파티클 필터링(Particle Filtering, PF)의 적용 타당성을 분석하였다. PF는 비선형적이며, 비가우시안적인 문제를 다루는 데 적합하며, 기존 베이지안 업데이트 기법인 분산점 변환(Unscented Transformation, UT)과 마르코프 연쇄 몬테카를로(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)에 비해 지진취약도 곡선 업데이트 과정에서 더 높은 정확성과 안정성을 제공하였다. 연구 결과, PF는 HAZUS, HRC, 변형률 기반(Strain-based) 손상 상태에서 기존 기법보다 더 보수적인 지진취약도 곡선을 도출하였으며, 불확실성이 큰 상황에서도 안정적인 결과를 제공하였다. 특히, PF는 재추출(Resampling) 과정을 통해 불확실성을 효과적으로 감소시켜 더 신뢰할 수 있는 지진취약도 평가 결과를 제공하였다. 본 연구는 PF가 지진공학 분야에서 지진취약도의 정확성과 안정성을 높이는 데 유용한 도구임을 시사한다.
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Feasibility Analysis of Applying Particle Filtering for Data-based Updating of Existing Seismic Fragility
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Research Paper
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Performance Evaluation of Intelligent Synchronous Lifting System for Structures using Pearson Correlation Coefficient
피어슨 상관계수를 활용한 지능형 구조물 동시 인상 시스템의 성능 평가
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Yoon-Chul Kim, Se-Yun Kim, Bongsik Kim, Yongsoo Ji, Tong-Seok Han
김윤철, 김세윤, 김봉식, 지용수, 한동석
- In this paper, an intelligent synchronous lifting system is developed to mitigate potential safety incidents during structural maintenance and reinforcement operations. The …
본 논문에서는 구조물 보수 및 보강 작업 중 발생할 수 있는 안전사고를 방지하기 위해 지능형 동시 인상 시스템을 개발하였다. 시스템은 인상 장치와 …
- In this paper, an intelligent synchronous lifting system is developed to mitigate potential safety incidents during structural maintenance and reinforcement operations. The system comprises lifting devices and a statistical analysis program integrated with an automatic lifting feature, ensuring uniform work quality through automated processes. The statistical analysis program employs the Pearson correlation algorithm to evaluate the linear relationship between lifting distances at each point, identifying the point exhibiting the weakest correlation as the subsequent lifting target. This iterative approach minimizes deviations among lifting points, thereby enabling precise synchronous lifting. Experimental results obtained from a full-scale bridge test demonstrated that displacement at each point exhibited high accuracy, closely aligning with the target lifting distance while maintaining deviations within permissible limits. Furthermore, the process effectively reduced deviation between points, thereby confirming that a robust linear relationship was sustained and that synchronous lifting was successfully achieved. When compared to previous studies, the developed system exhibited enhanced performance and demonstrated its practical applicability to lifting operations involving complex structural designs.
- COLLAPSE
본 논문에서는 구조물 보수 및 보강 작업 중 발생할 수 있는 안전사고를 방지하기 위해 지능형 동시 인상 시스템을 개발하였다. 시스템은 인상 장치와 인상 지점 결정 및 자동 인상 기능을 갖춘 통계분석 프로그램으로 구성되며, 자동화된 과정을 통해 일관된 시공 품질을 보장할 수 있다. 통계분석 프로그램은 피어슨 상관관계 분석 알고리즘을 사용하여 각 지점 간 인상량의 선형 관계를 평가하고, 가장 약한 관계성을 지닌 지점을 다음 인상 지점으로 결정한다. 이러한 과정을 반복하여 지점 간 편차를 최소화하고 정밀한 동시 인상이 가능하게 한다. 실제 교량을 대상으로 실험한 결과, 각 지점의 변위는 목표 인상량에 근접한 높은 정밀도와 허용 가능한 범위의 편차를 나타내었다. 또한, 인상 과정에서도 지점 간 편차가 감소하고 높은 선형 관계를 유지하여 동시 인상이 성공적으로 수행됨을 확인하였다. 본 시스템은 선행 연구와 비교하여 성능이 개선되었으며, 복잡한 구조물의 정밀한 인상 작업에 효과적으로 적용 가능함을 입증하였다.
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Performance Evaluation of Intelligent Synchronous Lifting System for Structures using Pearson Correlation Coefficient
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Research Paper
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Fatigue Life Prediction for Crack Repair Welding in Bolted Joints of Gas Turbine Exhaust Casing
가스터빈 배기 케이싱 볼트 결합부의 균열 보수 용접에 대한 피로 수명 예측
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Dae-Ock Kim, Hyeokju Bae, Hwangki Cho, Dongwoo Sohn
김대옥, 배혁주, 조황기, 손동우
- Combined cycle power plants are frequently subjected to frequent startups and shutdowns due to the operational characteristics of gas turbines. In particular, …
복합화력발전소는 가스터빈의 특성상 잦은 기동과 정지에 노출되며, 특히 배기부의 케이싱은 고온의 작동 유체가 실온 상태의 외기와 만나기 때문에 볼트 체결부에서 열 피로 …
- Combined cycle power plants are frequently subjected to frequent startups and shutdowns due to the operational characteristics of gas turbines. In particular, thermal fatigue failure commonly occurs at the bolted joints of exhaust casings, as the high-temperature working fluid repeatedly comes into contact with ambient air at room temperature. For the purposes of cost and time efficiency, cracks that exert a negligible effect on plant operation are often repaired through welding before returning the component to service. However, the residual stress and plastic deformation induced during the welding process complicate the assessment of their effects on the structural integrity of the casing. Therefore, it is necessary to predict the fatigue life of crack-repaired welded casings to determine the permissible duration of their continued operation. In this study, finite element analysis and fatigue analysis were sequentially conducted to estimate the fatigue life based on the stress and strain amplitudes experienced under operating conditions. The results revealed that the fatigue life of the crack-repaired welded casing was reduced by up to 32% compared to that of an undamaged casing, representing the most pronounced reduction observed in the study. Furthermore, eight different weld bead sizes were investigated to account for variations in crack sizes. It was observed that the fatigue life decreased as the bead width and height decreased, while an increase in bead length further contributed to the reduction in fatigue life.
- COLLAPSE
복합화력발전소는 가스터빈의 특성상 잦은 기동과 정지에 노출되며, 특히 배기부의 케이싱은 고온의 작동 유체가 실온 상태의 외기와 만나기 때문에 볼트 체결부에서 열 피로 파괴가 발생한다. 비용과 시간의 효율성을 위해 운전에 경미한 영향을 미치는 균열 부위는 용접 보수 작업 후 운용된다. 그러나 용접 과정에서 발생한 잔류 응력과 소성 변형이 케이싱에 미치는 영향을 조사하기 어렵기 때문에 균열 보수 용접 케이싱의 피로 수명을 예측하여 운전을 얼마나 지속할 수 있는지 연구할 필요가 있다. 본 연구에서 유한요소해석과 피로해석을 순차적으로 수행하여, 운전 조건에 따른 응력 및 변형률 진폭을 기반으로 피로 수명을 계산했다. 균열이 없는 건전 케이싱에 비해 균열 보수 용접 케이싱은 피로 수명이 최대 32% 감소했다. 또한 다양한 균열 형태를 고려하여 8가지 크기의 용접 비드를 사용했으며, 폭과 높이가 줄어들고 길이가 길어질수록 피로 수명이 감소하는 경향을 보였다.
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Fatigue Life Prediction for Crack Repair Welding in Bolted Joints of Gas Turbine Exhaust Casing