The demand for rapid metro systems has been increasing steadily because of the continuous need to increase the scheduled speed of trains. However, some metro routes currently operating in South Korea were built a long time ago, without considering the requirements of a rapid metro system. In a general rapid metro system, additional sidetracks are required to avoid possible collisions between express and local trains. However, due to the high cost of new sidetrack construction on existing metro lines, an effective method for the implementation of a rapid metro system in terms of construction cost and operation time is essential. A new concept for rapid metro system operation is thus proposed by modifying existing Y-branch lines and utilizing high-performance trains as local trains and the existing trains as express trains. The high-performance train provides improved acceleration and deceleration, as well as wider doors to reduce boarding and alighting time. The sum of the acceleration and deceleration of the high-performance local train is then minimized according to the constraints of the minimum time gap between express and local trains and the need to enhance the scheduled speed of all trains. Finally, the optimization results are applied to a simulation of Seoul Metro line no. 5 as a case study. The results show that the use of express and local trains in the proposed rapid metro system achieves operation times reductions of 25.6% and 10%, respectively, compared to the present metro system.

Although composite materials are increasingly utilized in general high-strength structures, the demand of performance characteristics as the multifunctional materials has been increased especially in the area of complex electronic devices. While the heat dissipation properties of devices are typically required properties, control of thermal property of composite material especially in the vertical direction is one of the problems to be solved due to its lamination process. In this study, CFRP was manufactured using the Vacuum filtration method for three types of solvent and CFs. In the composite material manufacturing process, the effect of solvent was examined using three solvents where solvents are most frequently used for the dispersion of fibers. Morphology of fiber was observed through a microscope to confirm the arrangement of CFs in the vertical direction. The alignment of fiber was examined through the measurement of the thermal conductivity of the manufactured specimen. For the thermal conductivity measurement, the higher thermal conductivity was obtained with the lower aspect ratio of CF. For the thermal conductivity in the through-plane direction, 8.687 W/m & BULL;K, 10.322 W/m & BULL;K, and 13.005 W/m & BULL;K of thermal conductivity was measured in the DMF, NMP and Acetone, respectively.

본 연구에서는 철도산업의 주요 인프라 구성요소인 레일을 대상으로 적층제조기술로 유지보수를 수행하였을 경우 레일에 발생하는 주요 물성의 변화를 분석 진행하였다. 적층제조기술은 열차의 반복 하중에 의한 레일 표면 마모 및 결함을 대상으로 한 유지보수 기술로 적용이 가능하다. 유지보수 기술로서의 적층제조 특성을 이해하기 위한 시험을 진행하기 위해, 레일 상부 절삭 후 DED 공정기술로 일정 높이만큼 적층하여 시편을 제작하였다. 적층 소재로 SUS316L 및 SUS630 두 종류의 소재를 적용하였고 공정조건의 차별화로 레이저 스캐닝 방향을 0° 및 0°/90° 교차 적층으로 구분하였다. 측정 물성은 레일 단면을 기준으로 레일의 주요 물성인 경도값(HV)을 적층 표면부터 레일의 중심까지 순차적으로 측정하였다. 경도 분석결과는 두 소재 모두 적층 표면에서 적층 경계면까지 점차적으로 경도값이 증가하는 특성을 보였으며 레일 원소재 영역에서는 경계면 근처에서 상대적으로 높은 경도값을 가졌다. 이는 적층 영역에서 레이저에 의한 가열사이클의 반복횟수와 냉각속도의 차이에 따라 생성되는 미세조직 특성이 달라지고 이로 인해 경도값의 차이가 발생한 것으로 판단된다. 또한 레일 원소재 영역에서는 적층경계면 근처에서 레이저 열원의 영향을 가장 크게 받기 때문에 이로 인해 생성되는 미세조직 차이로 높은 경도값을 가지는 것으로 추정된다.

본 연구에서는 적층공정 기술인 DED(directed energy deposition) 공정기술을 철도 레일에 적용하여 금속 적층을 진행하였을 때 적층면과 레일에서 발생하는 경도 특성의 변화를 시험 분석하였다. 레일은 열차의 반복되는 주행 하중에 의해 마모 및 표면결함이 자주 발생하는 철도 주요 인프라이며, 레일 표면을 복원하기 위해 마모면 상부에 금속 적층을 진행하는 방식의 유지보수방법을 고려할 수 있다. DED 공정기술은 레이저를 이용하여 얇은 융착 레이어를 반복하여 적층하는 방식의 열사이클로 인해 고유의 물성 변화 특징을 가진다. 본 연구에서는 DED 공정의 주요 변수 변화에 따라 발생하는 경도 특성 변화를 살펴보았다. 시편 제작은 레일 상부 절삭 후 DED 공정기술로 일정 높이만큼 적층 진행하였다. 적층 소재는 SUS316L을 적용하였으며 공정조건 변수는 레이저 출력 크기와 레이저 스캔 스피드를 다양화하여 시편을 제작하였다. 제작된 시편을 대상으로 레일 단면의 경도값(HV)을 적층 표면부터 레일목까지 순차적으로 측정하였다. 경도특성 분석 결과, 레이저 출력이 높을수록 적층면의 경도값은 낮아졌으며 레이저 스캔 속도가 높을수록 상대적으로 높은 경도값을 보였다. 레이저 출력과 레이저 스캔 속도가 연관된 에너지 밀도로 설명하면 결국 에너지 밀도가 높을 수록 경도값은 낮아짐을 의미한다. 이는 적층공정시 레이저에 의한 에너지 밀도가 높을수록 냉각속도가 느려지면서 이와 관련된 미세조직 특성의 변화로 인해 최종적인 경도 특성이 달라지는 것으로 판단된다.

본 연구에서는 임베디드 센서 금속 구조물을 제작하기 위한 방법으로 DED(Directed energy deposition) 공정기술을 적용할 때 공정의 높은 열에너지에 의한 센서 파손을 방지하기 위해 공정조건에 따른 멜트풀 형상 변화 특성에 관하여 시험 분석을 진행하였다. AI 기술이 발전하면서 구조물 자가진단의 중요성이 커지고 있으며, 이에 따라 구조물과 센서 융합 방안의 필요성이 커지면서 센서를 구조물에 삽입하는 방안에 관한 연구가 확대되고 있다. 일반 제조방식으로 센서와 구조물을 일체화하는 경우, 공정 열에너지에 의한 센서 파손을 피하기 어렵다. 하지만 레이저 적층기술을 적용할 경우 융착에너지를 최소화하여 센서 파손을 방지할 수 있다. 융착에너지를 판단할 수 있는 방안으로 DED 공정시 생성되는 멜트풀의 형상분석을 통해 가능하다. 본 연구에서 멜트풀 형상 분석을 위해 DED 공정을 다양한 레이저 출력과 레이저 스캔 스피드 조합의 공정조건에서 진행하여 생성되는 멜트풀의 폭과 깊이를 비교하였다. 대상 소재는 SUS316L을 적용하였으며, 레이저 출력은 900~1,800W, 스캔 스피드는 800~1,200mm/min의 범위에서 정의하였다. 분석 결과로, 에너지 밀도가 증가할수록 멜트풀 폭은 증가하였으며, 같은 에너지 밀도에서는 출력이 커질수록 상대적으로 멜트풀 폭이 더 증가함을 확인하였다. 모재내에 생성되는 멜트풀 깊이 또한 에너지 밀도에 비례하여 증가하였으며 1,800W와 800mm/min의 공정조건에서 700μm의 최대 깊이 값을 보였다. 센서 커버의 최소 두께는 멜트풀의 최대 깊이 이상으로 제작되어야 센서 파손을 방지할 수 있을 것으로 판단된다.

The manufacturing technology of composite material is applicable with filler characteristics maintaining low cost, flexibility, and easy process to develope the various functional composite materials. To realize functional composites, various researches on the high performance of composite materials using graphene as a filler is being actively conducted. In this study, physical and chemical properties were investigated using graphene to improve high functional properties. Graphene oxide (GO) was prepared using graphane nanoplatelet (GNP), and reduced graphene oxide (R-GO) was formed by reducing GO. The physical properties of GO and R-GO were analyzed, and the reliability of the manufactured method was reviewed by comparing that of GNP results. As a result of analysis by Raman spectroscopy, in the case of R-GO, it was confirmed that the intensity of D-peak and G-peak decreased compared to GO, and an increase of 0.08 was observed through the ratio of ID/IG. For the FTIR results, GO and R -GO has a repeating C-C and C=C connection structure unlike GNP. GO and R-GO show clear peaks for C-O bond, C=C bond, C=O bond, and O-H bonding. As a result of X-ray diffraction analysis, GNP showed a wide diffraction peak at 25.86 & DEG; of (002) plane characteristics, whereas GO and R-GO showed peaks corresponding to (001) and (100) planes. It was also found that the interlayer distance of GO increased by about 2.6 times compared to GNP.

본 연구에서는 현재 알루미늄 합금으로 제작되어 사용하는 철도차량의 주제동밸브 모듈 본체를 3D 프린팅기술을 활용하여 열가소성 수지로 제작하기 위한 설계 방안 연구를 진행하였다. 일반적으로 철도차량 주제동밸브 모듈의 본체는 기계 가공기술을 이용하여 알루미늄 블록 가공 방식으로 제작하게 된다. 이를 열가소성 플라스틱을 활용한 3D 프린팅으로 제작하는 경우 공정 특성과 제품 기능 특성을 감안한 재설계를 진행하여야 한다. 또한 3D 프린팅으로 제작시 본체 내부 유로 형상의 설계자유도가 확장되어 압력 기반 유동 효율을 향상할 수 있다. 이번 연구에서는 모듈 본체를 대표적인 3D 프린팅 기술의 하나인 선택적 레이저 소결 기술로 제작하기 위해서 고려해야 하는 설계 방안 수립을 목적으로 하여, 각 단계를 정립하였다. 각 구성 단계는 소재 특성, 표면 거칠기 특성, 유로 곡선화에 따른 유동 효율 검증 등으로 구성하였으며, 이를 기반으로 내부 유로 곡선화와 제작을 위한 재설계를 진행하였다. 최종적으로 3D 프린팅으로 제작한 주제동밸브 본체를 대상으로 성능시험을 진행하였다.

본 연구에서는 금속(알루미늄 합금)과 탄소섬유 복합소재를 대상으로 하여 두 소재의 접합면에 interlocking 구조를 조성한 후 두 소재 간의 접합 특성을 시험 분석하였다. 접합시편은 single lap joint 시편으로 제작하였으며, interlocking 구조를 생성하기 위한 방법으로 금속 3D 프린팅 공정 기술 중의 하나인 SLM 기술을 이용하여 금속 시편을 제작하였다. Interlocking 구조물은 사각 단면을 가지는 블록을 일정 간격으로 반복하여 금속 접합면 위에 제작하였으며, 접합면 상부에 복합소재 프리프레그를 적층한 후 오토클레이브 공법으로 최종 접합시편을 제작하였다. 제작된 시편을 대상으로 접합응력 측정시험을 진행하였으며 그 결과값을 일반 평면 접합면을 가지는 대조군과 비교한 결과 약 7.4 %의 접합강도 향상 효과가 있음을 확인하였다. 그리고 수치해석을 진행하여 접합면의 응력 분포에 대한 결과를 분석하였다.

The potential use of gelatin materials in the liquid composite molding manufacturing (LCM) process was investigated, with specific focus on the reinforcement deformation phenomenon. The adoptability of gelatin as a binder in a composite material with glass fiber for application in the LCM process was evaluated by analyzing the permeability and microscopic structure of the gelatin-coated glass fiber. To assess the tow deformation, the permeability of the non-crimped unidirectional glass fiber mat was evaluated at different flow rates that could be applied in the LCM process. Hysteresis of the permeability was observed as the flow rate increased and decreased, indicative of tow deformation. The permeability of the gelatin-treated glass fiber mat exhibited a relatively smaller variation than that of the untreated glass fiber at the same flow rate. Tow deformation in the untreated and gelatin-treated non-crimped glass fiber mats at different flow rates was evaluated by microscopic analysis and quantified using the tow thickness index. Relatively smaller variations in the permeability and minimal changes in the tow thickness of the gelatin-treated glass fiber mat were observed via microscopic analysis, indicating that gelatin effectively maintained the binding structure of the glass fiber mat.

Due to the low density of hydrogen gas under ambient temperature and atmospheric pressure conditions, the high-pressure gaseous hydrogen storage method is widely employed. With high-pressure characteristics of hydrogen storage, rigorous safety precautions are required, such as filling of compressed gas in a hydrogen tank to achieve reliable operational solutions. Especially for the large-sized tanks (above 150 L), safety operation of hydrogen storage should be considered. In the present study, the compressed hydrogen gas behavior in a large hydrogen tank of 175 L is investigated for its filling. To validate the numerical approach used in this study, numerical models for the adaptation of the gas and turbulence models are examined. Numerical parametric studies on hydrogen filling for the large hydrogen tank of 175 L are conducted to estimate the hydrogen gas behavior in the hydrogen tank under various conditions of state of charge of pressure and ambient temperature. From the parametric studies, the relationship between the initial SOC pressure condition and the maximum temperature rise of hydrogen gas was shown. That is, the maximum temperature rise increases as the ambient temperature decreases, and the rise increases as the SOC decreases.

Selected laser melting (SLM) is a representative process of powder-bed type 3D printing technology that is used to manipulate metals and it generally results in various structural properties according to the process conditions. In this study, a thermal conductivity test was conducted on AlSi10Mg specimens that were manufactured using the SLM process to investigate the influence of various process conditions on the thermophysical characteristics and cellular microstructure of the samples. The building direction of the specimen, laser scan speed, and hatch spacing were considered as process variables, and the thermal conductivity was analyzed for each process variable. In the test results, as the polar angle of the specimen increased from 0° to 90°, the thermal conductivity increased. Furthermore, the thermal conductivity gradually decreased as the scan speed and hatch spacing increased. The differences in thermal characteristics are discussed in connection with the microstructure of the cells constituting the melt pool. The solidified melt pool that formed by the laser beam is composed of cells consisting of an Al matrix and a surrounding Si-rich area. The differences in thermal conductivity of the overall specimens are explained based on the variations in thermal conductivity and cell shape and size for each chemical component.

Microwave curing technology, which has seen increased commercialization recently due to its ability to cut the curing time and ensure high quality, requires an understanding of the curing characteristics of composite materials of varying thickness. Therefore, this study aimed to perform cure monitoring to evaluate the effects of variations in thickness on the quality of microwave curing. For this study, a fiber Bragg grating sensor was used to measure temperature changes in specimens during the curing cycle for cure monitoring which is generally used for optimization of the curing cycle; then, the time taken for temperature increase and overshoot of the specimen, and the times at which the specimen thickness varied, were quantitatively evaluated. Testing confirmed that microwave curing reduced the curing time in the sections in which the temperature rose; also, the specimen thickness caused overshoot of up to approximately 40 °C at the side, which can affect the curing quality of the composite materials. Furthermore, voids were observed on the side of all specimens. The results indicated that, in order to improve the quality of microwave curing of composite materials, the curing cycle should be optimized by considering the characteristics of the microwave curing equipment.

Selective Laser Melting (SLM) technology is state-of-the-art additive manufacturing process technology that produces a three-dimensional structure by irradiating a laser on a fine metal powder to perform the fusion of a specific area and repeat this process. Owing to the characteristics of the additive manufacturing process, the melting phenomenon of the metal material by the laser has directionality depending on the process conditions, such as the irradiation direction of the laser and the build-up direction. For this reason, the composition of the metal material in the structure exhibits non-uniform characteristics. In this study, aluminum (AlSi10Mg) specimens were manufactured by applying SLM technology, and the material composition characteristics of the specimen were analyzed. The specimens were manufactured as cylinders by the build-up orientation of 0°, 45°, and 90°. The surface morphology of the specimen plane was analyzed optically. TEM analysis was performed on the core and the interface of the melting-pool inside the specimen generated by laser irradiation. The analysis results confirmed that there was a difference between the nano cell structure of the core and the interface of the melting-pool, and that the composition ratio of Si appeared higher at the interface than at the core of the cell.

서론 연료전지는 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기를 얻는 발전 방식으로 에너지효율이 높고, 환경오염 물질이 발생하지 않기 때문에 지구환경오염을 억제할 수 있는 대체에너지로 주목받고 있다.수소는 상온, 상압에서 기체로 존재하므로 체적당 에너지 밀도가 낮고, 석유와 같은 액체 연료에 비해 저장, 운반이 불편하다