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시동 및 비상정지용으로 쓰이는 3/2 WAY 공압밸브는 선박 엔진의 시동시 초기에 실린더를 밀어주는 역할을 하는 중요한 부품이다. 3/2 WAY 공압밸브는 고압의 공기를 작동유체로 사용하므로 장기간의 사용에 의한 진동과 피로에 견디기 위해 충분한 안전율이 필요하고 또한 제작비용 절감을 위해 중량 감소가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 3/2 WAY 공압밸브의 유동 및 구조 특성을 파악하고 그에 맞는 설계기준을 정립하여 최적설계에 적용하였다. 유동해석에서는 짧은 시간에 공압을 제어하는 스풀이 최대위치만큼 열린 상태에서 출구측에 엔진의 실린더룸을 정육면체의 사각탱크로 가정하였다. 작동압력 30 bar의 공압이 탱크에 생성되는 시간을 충전시간으로 정의하고 압력장과 함께 평가하였다. 초기모델에 대해 중량을 감소 및 증가시킨 3가지 모델의 경우에 대해 유동해석을 수행하였다. 공압밸브에 대한 구조해석은 스풀 위치를 가장 큰 ...

시동 및 비상정지용으로 쓰이는 3/2 WAY 공압밸브는 선박 엔진의 시동시 초기에 실린더를 밀어주는 역할을 하는 중요한 부품이다. 3/2 WAY 공압밸브는 고압의 공기를 작동유체로 사용하므로 장기간의 사용에 의한 진동과 피로에 견디기 위해 충분한 안전율이 필요하고 또한 제작비용 절감을 위해 중량 감소가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 3/2 WAY 공압밸브의 유동 및 구조 특성을 파악하고 그에 맞는 설계기준을 정립하여 최적설계에 적용하였다. 유동해석에서는 짧은 시간에 공압을 제어하는 스풀이 최대위치만큼 열린 상태에서 출구측에 엔진의 실린더룸을 정육면체의 사각탱크로 가정하였다. 작동압력 30 bar의 공압이 탱크에 생성되는 시간을 충전시간으로 정의하고 압력장과 함께 평가하였다. 초기모델에 대해 중량을 감소 및 증가시킨 3가지 모델의 경우에 대해 유동해석을 수행하였다. 공압밸브에 대한 구조해석은 스풀 위치를 가장 큰 응력을 받는 4.5 mm에 스풀을 위치시켜 수행하였다. 작동압력인 30 bar의 정압을 작용면에 적용하여 최대응력 발생지점 및 안전률을 고려하였다. 이러한 유동 및 구조의 특성에 대해 최적설계에서는 실험계획법을 통해 27가지 경우를 모델링하였다. 각 모델에 대한 유동 및 구조해석을 수행하고 앞서 정립한 응답조건에 대한 근사모델을 만들어 최적의 설계변수와 응답조건을 도출하도록 하였다. 최적변수를 통해 재해석을 수행하여 초기모델과 비교함으로써 밸브에 대한 최적설계의 타당성을 검증할 수 있었다.

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