유한요소해석 및 다구찌 법을 이용한 이중보온열배관 벤드 형상 최적화

Title
유한요소해석 및 다구찌 법을 이용한 이중보온열배관 벤드 형상 최적화
Authors
이상연
Keywords
유한요소해석및다구찌법을이용한이중보온열배관벤드형상최적화
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
지역난방 시스템은 열 병합 발전소에서 생산된 열을 온수의 형태로 열 배관 네트워크를 통해 주거시설 및 넓은 지역에 일괄적으로 공급하는 난방시스템이다. 이중보온열배관의 경우 강관(Carrier pipe), 우레탄 폼(PUR), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 삼중 구조로 형성되어있는 열배관이다. 이중보온열배관의 경우 지중에 매설되어 있기 때문에 지속적으로 토압을 받고 있다. 또한 강관 내부에 16kgf/cm2의 압력으로 계절에 따라 10∼120˚C로 온수가 흐르고 있어 온수의 압력과 온도변화에 따른 매설 토사와의 마찰 및 반력에 의한 하중을 받게 되므로 열 공급 효율과 함께 기계적인 안전성에 대한 검토가 반드시 필요하다. 최근 연구 중 폼패드를 설치하지 않고서 구조적 안정성을 높일 수 있는 강관의 두께 상승 및 전단 고리 설치에 대한 연구로 강화이형관을 통한 이중보온열배관의 안정성을 높이는 연구가 진행된 바 있다. 또한 다구찌 법을 이용하여 전단 고리를 최적화 설계 하여 벤드부위 PUR 폼에 작용하는 최대 전단 응력을 폼패드를 사용했을 때 보다 줄일 수 있는 방안을 제시한 연구사례가 있다. 연구 결과 폼패드를 사용하지 않았을 때보다 안전율이 높일 수 있었다. 하지만 이전 연구의 경우 이중보온열배관 관경 중 125A 하나의 관경에 국한되어 연구가 진행되었다. 전단 고리 적용이 125A뿐만 아니라 이중보온열배관 전반적으로 최대전단응력을 줄여주는데 효과가 있는지에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이중보온열배관 중 200A, 400A 마지막으로 800A 3가지 관경을 선별하였다. 다구찌 법을 통한 전단 고리 최적설계를 한 후, 유한요소해석 결과 값을 이용해 분산분석을 하여 최적의 전단 고리 형상을 제시하였다. 제시된 전단 고리 형상을 적용한 경우 결과 값을 폼패드를 적용한 현 사양과 비교 하였으며, 전단 고리를 사용함이 이중보온열배관 전체 관경에서 PUR의 최대 전단 응력을 줄이는 데 효과가 있음을 구조해석과 다구찌 법을 통하여 검증하였다.
Description
요 약 문 ⅰ ABSTRACT ⅱ 목 차 ⅴ List of Table ⅵ List of Figures ⅶ 제1장 서론 1 1.1 연구배경 및 목적 1 1.2 이중보온열배관 2 1.2.1 내관 3 1.2.2 보온재 3 1.2.3 외관 3 제2장 다구찌 법의 응용 4 2.1 다구찌 법의 개요 4 2.2 전단 고리 형상 인자 선정 및 직교 좌표 배치 5 제3장 이중보온열배관의 구조해석 조건 7 3.1 해석모델 구성 및 적용물성 7 3.2 단위길이 당 토양 마찰력 8 3.3 활동길이 9 3.4 내압과 토압 10 3.5 내관 경계면의 축 방향 힘 11 3.6 구속조건 12 3.7 마찰 및 접촉 조건 13 제4장 다구찌 법을 적용한 구조해석 14 제5장 전단 고리 형상 최적화 15 5.1 SN비를 활용한 전단 고리의 설계 15 5.2 분산분석을 통한 최적 모델의 SN비 16 5.3 전단고리 적용사양 현사양 대비 개선율 17 제6장 결론 18 참고문헌 51
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22438
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College of Engineering(공과대학) > Mechanical Engineering(기계공학) > Theses(기계공학 석박사 학위논문)
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