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[국내논문] 역열전도 기법을 이요한 복잡재료의 열물성치의 산정
Inverse Estimation of Thermal Properties for APC-2 Composite 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.25 no.5 = no.188, 2001년, pp.673 - 679  

정법성 (서울대학교 대학원 기계공학부) ,  김선경 (서울대학교 대학원) ,  김희준 ,  이우일 (서울대학교 기계항공공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of this work is to estimate the temperature dependent thermal properties of the APC-2 composite using a inverse parameter estimation technique. The present inverse method features the estimation of the thermal conductivity and the volumetric heat capacity, which are dependent on the te...

주제어

#역열전도 문제   #열적 물성치   #매개변수 산정법   #감도해석  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 APC-2 복합재료의 열적 물성치를 역열전도 기법을 사용하여 산정하는 방법을 소개하였다. 적절한 실험 장치를 통해 가열중인 복합재의 온도를 측정 하였고 측정된 온도를 이용하여 역해석을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 PEEK (polyetheretherketone)(11)와 탄소 섬유로 이루어진 APC-2 (ICI Fiberite®, Inc) 복합재료의 열전도도와 체적 열용량을 역열전도 기법을 사용하여 산정하고자 한다. 물성치를 산정하는 역문제에서 함수 산정법 (function estimation)뿐 아니라 매개변수 산정법도 적용될 수 있다.
  • 된다. 본 연구에서는 복합재료 내의 온도에 따라 변화하는 체적 열용량과 열전도도를 동시에 산정하였다. 더욱이 열전도도는 복합재료의 이방성에 의하여 방향성이 있으므로, 섬유방향과 섬유에 수직인 방향의 열전도도가 서로 다른 값을 갖는다.
  • 역열전도 문제는 표면의 경계 조건을 찾아내는 문제(1,2), 경계의 일부가 알려지지 않은 물체의 형상을 찾아내는 문제(8) 그리고 물체 내의 몇몇 점에서 측정된 온도 분포를 통해 물체의 열적 물성치를 찾아내는 문제로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 역열전도 기법을 이용하여 열가소성 복합재료의 열적 물성치를 구하는 문제에 대한 해석을 행하였다. 재료의 열적 물성치에 대한 정보는 열전달 문제의 해석에서 매우 중요하며 역열전도 기법을 적용하면 재료의 열적 물성치를 용이하게 알아낼 수 있다.
  • 따라서 적절한 가열 방법을 갖춘 실시간 온도 측정 장치가 요구된다. 본 연구에서는 온도 측정 장치로 읽은 온도 데이터를 이용하여 역열전도 기법으로 열적 물성치를 구하는 컴퓨터 코드를 개발하였다. 개발된 프로그램으로 계산된 결과를 Grove, 의 측정 결과와 비교함으로써 검증해 보았다.

가설 설정

  • 다행히도, <厲에 대해 알맞은 초기값은 에너지보존 법칙에 의해 구할 수 있다. 먼저 열용량이 일정하다고 가정한 다음, 측정된 온도를 이용하여 체적 열용량의 값을 구한 후 二 값을 초기 값으로 선정한다.(6) 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
  • 제작 하였다. 압축 성형 공정은 가열 프레스를 통해 금형에 가열과 가압을 동시에 하는 공정이다 s 공정 중에 생기는 섬유 부피분율의 변화는 무시할 수 있다고 가정 하였다. 제작된 복합재료 판재의 크기는0.
  • 100 초 동안 이루어졌다. 열유속의 크기는 단열재와 가열박막, 전극 등에서의 에너지 손실은 없다는 가정 하에 가열 박막에 가해진 전력의 절반으로 계산하였다. Fig.
  • 첫 번째 단계는 kx0, kr0, C0(상수)만을 미지수로 가정하여 계산하는 것이다. 다음 단계는 앞의 단계에서 구한 결과를 초기치로 설정하고, 모든 매개변수에 대해 계산하는 것이다.
  • 역열전도 기법은 다음 두 가지 면에서 다른 방법에 비해 우월하다. 첫번째로, 온도 범위에 큰 제약을 받지 않는다. 오직 온도 센서의 측정 범위에만 제한을 받게된다.
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참고문헌 (14)

  1. Beck, J. V., Blackwell, B., and St. Clair, C. R., Jr., 1985, Inverse Heat Conduction, Wiley 

  2. Alifanov, O. M., 1994, Inverse Heat Transfer Problem, Springer-Verlag 

  3. Minkowycz, W. J., Sparrow, E. M., Schneider, G. E., and Pletcher, R. H., Ch.19, 1988, Handbook of Numerical Heat Transfer, John Wiley & Sons, New York 

  4. Flach, G. P. and Ozisik, M. N., 1989, 'Inverse Heat Conduction Problem of Simultaneously Estimating Spatially Varying Thermal Conductivity and Heat Capacity Per Unit Volume,' Num. Heat Transfer, Part A, vol. 16, pp. 249-266 

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  5. Sawaf, B., Ozisik, M. N., and Jarny, Y, 1995, 'An Inverse Analysis to Estimate Linearly Temperature Dependent Thermal Conductivity Components and Heat Capacity of an Orthotropic Medium,' Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 38, No. 16, pp. 3005-3010 

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  6. Huang C. H. and Yan, J. Y, 1996, 'An Inverse Problem in Predicting Temperature Dependent Heat Capacity Per Unit Volume without Internal Measurement,' Int. J. Numerical Method in Engineering, Vol. 39, pp. 605-618 

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  7. Dowding, K. J., Beck, J. V, and Blackwell, B., 1996, 'Estimation of Directional-Dependent Thermal Properties in a Carbon-Carbon Composite,' Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 39, pp. 3157-3164 

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  8. Hsieh, C. K., and Kassab, A. J., 1986, 'A General Method for the Solution of Inverse Heat Conduction Problems with Partially Unkown Geometries', Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 29, No.1, pp. 47-58 

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  9. Kays, W. M. and Crawford, M. E., 1993, Convective heat and mass transfer, 3rd Ed., McGraw-Hill 

  10. Reklaitis, G. V, Ravindran, A., and Ragsdell, K. M., 1983, Engineering Optimization, Wiley 

  11. ICI Thermoplastic Composites, 1991, Thermoplastic Composites Materials Handbook 

  12. Grove, S. M., 1988, 'Thermal Modelling of Tape Laying with Continuous Carbon Fibre-Reinforced Thermoplastic,' J. Comp. Mat. Vol.19, pp. 367-375 

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  13. Mallick, P. K., Newman, S.(Eds), 1990, Composite Materials Technology, Oxford Univ. Press 

  14. Kim, H. J., Kim. S. K., Lee, W. I., 1996. 'A Study on Heat Transfer During Thermoplastic Composite Tape Lay-up Process,' Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 13, pp. 408-418 

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