벨로우즈 제품은 플랜트 엔지니어링, 조선, 석유 화학의 분야에서 중요한 부분이다. 안전성 및 내구성을 위해 벨로우즈를 설계 할 때 많은 요인들을 고려할 필요가 있다. 본 연구에서는 EJMA 9th Edition 설명서를 기초로 하여 U자형 금속 벨로우즈 전용 설계 소프트웨어를 개발했다. 이 GUI 소프트웨어는 매트랩 소프트웨어를 사용하여 개발되었으며, 비보강 단일 벨로우즈, 비보강 복식 벨로우즈, 보강 단일 벨로우즈, 보강 복식 벨로우즈를 설계할 수 있다. 이 소프트웨어를 검증하기 위해 이미 검증된 벨로우즈 모델을 설계하고 두께를 변화시키면서 벨로우즈의 거동을 고찰하였다. 두께가 증가함에 따라 스프링상수, 추력, 응력은 증가하고 피로수명은 감소함을 알 수 있었다. 이 소프트웨어는 설계 엔지니어의 시간과 노력을 절약해 줄 것이다.
벨로우즈 제품은 플랜트 엔지니어링, 조선, 석유 화학의 분야에서 중요한 부분이다. 안전성 및 내구성을 위해 벨로우즈를 설계 할 때 많은 요인들을 고려할 필요가 있다. 본 연구에서는 EJMA 9th Edition 설명서를 기초로 하여 U자형 금속 벨로우즈 전용 설계 소프트웨어를 개발했다. 이 GUI 소프트웨어는 매트랩 소프트웨어를 사용하여 개발되었으며, 비보강 단일 벨로우즈, 비보강 복식 벨로우즈, 보강 단일 벨로우즈, 보강 복식 벨로우즈를 설계할 수 있다. 이 소프트웨어를 검증하기 위해 이미 검증된 벨로우즈 모델을 설계하고 두께를 변화시키면서 벨로우즈의 거동을 고찰하였다. 두께가 증가함에 따라 스프링상수, 추력, 응력은 증가하고 피로수명은 감소함을 알 수 있었다. 이 소프트웨어는 설계 엔지니어의 시간과 노력을 절약해 줄 것이다.
Bellows product is an important part in the area of plant engineering, shipbuilding and petrochemistry. For safety and durability it is necessary to consider lots of factors when designing it. This research developed a U-shaped metal bellows design software based on EJMA 9th Edition manual. This GUI...
Bellows product is an important part in the area of plant engineering, shipbuilding and petrochemistry. For safety and durability it is necessary to consider lots of factors when designing it. This research developed a U-shaped metal bellows design software based on EJMA 9th Edition manual. This GUI software was developed by using Matlab software and can be able to design four types of bellows, Unreinforced Single Bellows, Unreinforced Double Bellows, Reinforced Single Bellows and Reinforced Double Bellows. The already proven bellows model was designed to verify this software. We investigated the behavior while changing the thickness of the bellows. As the thickness of bellows increases, spring rate, thrust force, stress increase and fatigue life decreases. This software will be helpful design engineers save time and effort.
Bellows product is an important part in the area of plant engineering, shipbuilding and petrochemistry. For safety and durability it is necessary to consider lots of factors when designing it. This research developed a U-shaped metal bellows design software based on EJMA 9th Edition manual. This GUI software was developed by using Matlab software and can be able to design four types of bellows, Unreinforced Single Bellows, Unreinforced Double Bellows, Reinforced Single Bellows and Reinforced Double Bellows. The already proven bellows model was designed to verify this software. We investigated the behavior while changing the thickness of the bellows. As the thickness of bellows increases, spring rate, thrust force, stress increase and fatigue life decreases. This software will be helpful design engineers save time and effort.
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문제 정의
본 연구에서는 MATLAB GUI를 이용한 벨로우즈 설계 자동화 소프트웨어인 Bellows Designer를 개발하였다.
본 연구에서는 EJMA 9th Edition의 설계식을 기초로 하여 벨로우즈 설계 자동 소프트웨어인 Bellows Designer를 개발하였다. 본 소프트웨어는 프로그램 코드에 대한 접근성을 용이하게 하여 프로그램 오류가능성을 줄이고 보안을 강화하기 위해 매트랩 GUI를 이용하였다.
제안 방법
이 소프트웨어를 검증하기 위해 이미 검증된 벨로우즈 모델을 설계하고 두께를 변화시키면서 벨로우즈의 거동을 고찰하였다. 두께가 증가함에 따라 스프링상수, 추력, 응력은 증가하고 피로수명은 감소함을 알 수 있었다.
본 연구에서 개발한 U자형 금속 벨로우즈 설계 소프트웨어는 매트랩(MATLAB) GUI[7]를 이용해 개발되었다. 이는 프로그램 코드에 대한 접근성을 용이하게 하고 프로그램 오류가능성을 최소화하면서 프로그램 사용자가 설계 허용조건을 만족하는 지 쉽게 확인할 수 있으며 설계 변경을 용이하게 할 수 있게 되었다.
이 장에서는 수많은 경험으로 검증된 에즈마(EJMA)의 설계식 중에서 벨로우즈 설계에 있어서 가장 중요한 인자로 여겨지는 파형당 축방향 변형, 스프링상수, 축방향 힘, 횡방향 힘, 모멘트, 응력, 피로수명에 대한 식을 선별하여 기술할 것이다.
그림 4에서 보는 바와 같이 이미 검증된 벨로우즈 모델을 선정하여 벨로우즈의 거동을 살펴봄으로써 본 연구에서 개발한 소프트웨어를 검증하였다.
표 1은 두께변화에 따른 피로수명, 추력, 축방향 스프링상수, 횡방향 스프링상수, 응력을 나타내며, 단위는 각각 cycle, kgf, kgf/mm, kgf/mm2를 사용하였다.
본 연구에서는 EJMA 9th Edition의 설계식을 기초로 하여 벨로우즈 설계 자동 소프트웨어인 Bellows Designer를 개발하였다. 본 소프트웨어는 프로그램 코드에 대한 접근성을 용이하게 하여 프로그램 오류가능성을 줄이고 보안을 강화하기 위해 매트랩 GUI를 이용하였다.
성능/효과
이 소프트웨어를 검증하기 위해 이미 검증된 벨로우즈 모델을 설계하고 두께를 변화시키면서 벨로우즈의 거동을 고찰하였다. 두께가 증가함에 따라 스프링상수, 추력, 응력은 증가하고 피로수명은 감소함을 알 수 있었다.
본 연구에서 개발한 U자형 금속 벨로우즈 설계 소프트웨어는 매트랩(MATLAB) GUI[7]를 이용해 개발되었다. 이는 프로그램 코드에 대한 접근성을 용이하게 하고 프로그램 오류가능성을 최소화하면서 프로그램 사용자가 설계 허용조건을 만족하는 지 쉽게 확인할 수 있으며 설계 변경을 용이하게 할 수 있게 되었다.
이렇게 Bellows Designer에 의해 계산된 결과가 제한조건을 만족시키지 못하거나 초기에 입력한 설계조건을 만족하지 못하는 경우에는 이전 단계로 넘어가 설계조건을 변화시키면서 재설계할 수 있다. 본 소프트웨어는 벨로우즈 관련 설계자들에게 편리함과 시간절약의 혜택을 제공하고 설계의 신뢰성을 높일 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
벨로우즈 수요처들의 요구에 부합하고 신뢰할 수 있는 벨로우즈를 만들기 위해, 설계 단계에서부터 검증된 에즈마 매뉴얼을 바탕으로 설계를 자동으로 처리할 수 있는 설계자동화 소프트웨어의 개발이 요구되는 이유는?
벨로우즈를 설계[1-5]함에 있어서 형상이 복잡하여 압력으로 인한 막응력과 굽힙응력, 변위에 의한 막응력과 굽힙응력, 피로수명, 최대허용변형 등 설계에 필요한 데이터를 구하는 데 상당한 어려움이 있다. 벨로우즈(Bellows) 설계자는 하나의 제품을 설계하기 위해 수많은 파라미터들의 값을 변경하며 장시간에 걸쳐 반복적인 계산을 수행해야 한다. 이렇게 설계된 벨로우즈(Bellows)는 설계자의 피로와 설계의 비효율성으로 인해 제품의 신뢰도가 떨어지는 결과를 초래한다.
벨로우즈는 무엇인가?
벨로우즈(Bellows)는 제철업, 플랜트, 석유화학, 발전소, 담수화 사업, 조선업, 자동차 부품, 반도체 장비, 일반 산업용 자재, 일반가정에서도 매우 광범위하게 적용되는 부품이다. 벨로우즈는 관의 열팽창에 의한 축 변형이나 온도변화, 지반침하 등으로부터 설비를 보호할 목적으로 설치한다.
벨로우즈는 무엇을 목적으로 설치하는가?
벨로우즈(Bellows)는 제철업, 플랜트, 석유화학, 발전소, 담수화 사업, 조선업, 자동차 부품, 반도체 장비, 일반 산업용 자재, 일반가정에서도 매우 광범위하게 적용되는 부품이다. 벨로우즈는 관의 열팽창에 의한 축 변형이나 온도변화, 지반침하 등으로부터 설비를 보호할 목적으로 설치한다.
참고문헌 (7)
J. B. Kim, "The Analysis for the Stress of the Flexible Tube in an Automotive Exhaust System", Proceedings of the KAIS Fall Conference, pp. 546-549, 2009.
G. H. Kang, C. S. Kim, "Nonlinear Analysis of Rubber Bellows for the High Speed Railway Vehicle", KAIS, Vol. 14, No. 8, pp. 3631-3637, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.8.3631
C. S. Chung, "The Evaluation of the Structural Integrity of Bellows Globe Valve for Nuclear Power ", KAIS, Vol. 7, No. 6, pp. 1034-1039, 2006.
K. Tsukimori, "Fatigue and Creep -Fatigue Life Evaluation of U-shaped Bellows", ASME, Journal of Pressure & Vessels Technology, Vol. 114, pp. 280-291, 1992. DOI: http://dx.doi.org/10.1115/1.2929042
L. Yang, M. Yang, F. Liu, G. Yang, "Optimization Design of the U-shaped Metal Bellows ", Available From:http://worldcomp-proceedings.com/proc/p2012/MSV7537.pdf, (accessed Dec., 9, 2014)
Expansion Joint Manufacturers Association, Inc., "Standards of the Expansion Joint Manufacturers Association, Ninth Edition", 2010
C. Lim, "Matlab GUI Programming", Ajin, 2005.
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