이 연구는 초기 지구의 대기 환경에서 유기화합물(glycine)이 합성되는 실험(Urey-Miller 실험)에서의 반응 경로를 Deterministic한 방법의 중간체 sampling 방법으로 반응 네트워크를 구성하고 Yen's알고리즘으로 네트워크 내의 최단경로를 제시함으로써 반응물과 생성물이 결정되어 있을 때 최소한의 화학적 직관만을 이용하여 제시하는 것이 목표이다. 이 연구 결과는 2014년도 Nature Chemistry에 발표된 다른 방법론을 적용하여 제시된 Urey-Miller reaction path와 비교해 어떠한 반응이 상대적으로 더 타당한 경로를 제시했을지 알아보았다. 이 연구에서 나온 reaction path에서의 중간체들에 대해 GAMESS를 이용한 B3LYP/6-31g(d,p) DFT계산을 수행하였다. 결과를 분석해보면서 어떤 부분이 부족하며 이 연구에 적용한 방법론을 어떻게 발전시켜나가야 더 나은 결과를 얻을 수 있을지를 함께 고려해 보았다.

Alzheimer's disease is one of the most common types of degenerative dementia. As a considerable cause of Alzheimer's disease, neurotoxic plaques composed of 39 to 42 residue-long amyloid beta($A{\beta}$) fibrils have been found in the patient's brain in large quantity. A previous study found that erythrosine B (ER), a red color food dye approved by FDA, inhibits the formation of amyloid beta fibril structures. Here, in an attempt to elucidate the inhibition mechanism, we performed molecular dynamics simulations to demonstrate the conformational change of $A{\beta}40$ induced by 2 ERs in atomistic detail. During the simulation, the ERs bound to the surfaces of both N-terminus and C-terminus regions of $A{\beta}40$ rapidly. The observed stacking of the ERs and the aromatic side chains near the N-terminus region suggests a possible inhibition mechanism in which disturbing the inter-chain stacking of PHEs destabilizes beta-sheet enriched in amyloid beta fibrils. The bound ERs block water molecules and thereby help stabilizing alpha helical structure at the main chain of C-terminus and interrupt the formation of the salt-bridge ASP23-LYS28 at the same time. Our findings can help better understanding of the current and upcoming treatment studies for Alzheimer's disease by suggesting inhibition mechanism of ER on the conformational transition of $A{\beta}40$ at the molecular level.

효소는 생명 현상을 구현하는 단백질 촉매인데 그 동안 효소의 촉매 반응 속도는 Michaelis-Menten(MM) 모델로 대부분 설명되어 왔다. 그러나 MM 모델은 실험으로 측정된 단일 효소 반응시간의 확률분포 모양을 설명할 수 없다. MM 모델에 반응계수의 정적 무질서 개념을 도입한 효소 반응 모델도 기질 농도에 따라 변화하는 효소 반응시간의 통계적 요동을 설명하지 못한다. 우리는 단일 효소 반응시간의 통계적 요동이 기질에 따라 변화하는 양상을 설명하기 위해 효소 반응을 구성하는 개별 화학반응을 단순히 푸아송 과정이 아닌 갱신과정(renewal process)으로 확장한 효소 반응 모델을 제안한다. 우리는 이 단일 효소 반응 모델과 기질에 따른 효소 반응시간 분산 변화 데이터를 비교하여 효소-기질 복합체의 지속시간 분포를 간단한 형태로 얻어내었다. 또한, 이 정보를 토대로 전산모사를 수행하여 효소 반응시간의 확률분포를 얻어내고, 실제 실험 결과 및 기존 이론들과 비교하였다. 뿐만 아니라 단일 효소 반응시간의 확률분포를 연속 시간 임의의 보행자(continuous time random walker)의 대기시간 확률분포(waiting time distribution)로 대응하면, 평균 제곱 변위가 시간에 따라 단순히 증가 하지 않는 고분자의 특이 수송(anomalous diffusion) 현상도 정량적으로 설명할 수 있었다.

최근 펩티드를 포함한 다양한 물질들의 자기조립 (self-assembly) 나노구조체에 대한 연구들이 많이 진행되고 있다. 이는 이러한 분자들로 구성된 구조체들이 환경친화적이며, 생체 나노구조체를 묘사함을 통해 세포소기관의 기능 역시 모방할 수 있다고 기대되기 때문이다. 만약 분자 수준에서 자기조립을 형성하는 단위체를 살펴본다면 자기조립 나노 구조를 개발하는 방법에 대한 통찰을 얻을 수 있을 것이다. 본 연구에서는 최근에 Wen Li 그룹에서 개발한 쉽게 합성할 수 있는 자기조립 펩티드의 적합성을 분자 수준에서 규명하였다. 이를 위해 복제계-맞바꿈 분자 동역학 시뮬레이션 (replica exchange molecular dynamics simulation)을 통해 구조를 샘플링 (sampling)하였고, 얻어진 구조들을 평균 제곱근 편차 (root mean square deviation, RMSD)를 기준으로 클러스터링하였다. 그 결과로 매우 우세한 상대빈도를 보이는 하나의 구조를 얻었으며, 그 구조가 탄소 골격과 잔기의 배열의 측면에서 자기조립 펩티드로 사용되기에 적합함을 규명하였다.

본 연구에서는 일치환된 방향족 화합물의 $NO_2{^+}$ 치환반응에서의 반응성 (reactivity)과 지향성 (regioselectivity)에 대해 분석하였다. 기존의 연구에 따르면, 방향족 고리와 치환체 사이의 ${\sigma}$ 결합을 통한 유발효과와 ${\pi}$ 결합을 통한 공명효과로 인해 벤젠 고리의 전자 분포가 증가하게 되면 반응성이 증가하는 것으로 알려져 있다. 또한 반응중간생성물인 탄소양이온의 안정성을 통해 지향성을 확인할 수 있는 것으로 알려진 바가 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 반응성과 지향성이 실험적으로 잘 알려진 7가지의 치환기 (OH, $OCH_3$, $CH_3$, Cl, COOH, CN, $NO_2$)를 선정하여 DFT functional인 B3LYP를 사용하여 natural bond orbital (NBO) 계산을 하였고, 각각의 일치환된 벤젠 고리가 갖는 전자 분포를 ${\sigma}$와 ${\pi}$ 전자로 나누어서 보기로 했다. 그 결과, 일치환된 방향족 고리 치환반응의 반응성과 지향성은 ${\sigma}$ 결합을 통한 유발효과에 의해서는 영향을 받지 않고, 공명 효과로 인한 반응물의 ${\pi}$ 전자 분포에 의해 결정되는 것을 확인할 수 있었다. 이외에도 반응성을 비교 하기 위해 친핵체로 작용하는 일치환된 방향족 고리의 highest occupied molecular orbital(HOMO) 에너지와 친전자체인 $NO_2{^+}$의 lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) 에너지의 차이를 비교하였으며, 친핵체의 HOMO 에너지가 높을수록 반응성이 커짐을 알 수 있었다.

Control of polymer conformations in heterogeneous confinement plays an important role in natural and engineering processes. We present a simulation study on the conformational structure and dynamics of a single, flexible polymer in a dense array of nanoposts with different sizes and separations, especially, when the volume of the interstitial space formed between four nanoposts is less than the size of the polymer chain. When a polymer is placed in the array of nanoposts, the size of polymer increases compared with that in the absence of nanoposts due to the confinement effect. It is shown that when a polymer is confined in the array of nanoposts the chain is elongated in the direction parallel to the nanoposts. As the interstitial volume between four nanoposts decreases either by increasing the nanopost diameter or by decreasing the separation between nanoposts, the chain elongation becomes more pronounced. On the contrary, the polymer size varies in a non-monotonic fashion, with an initial elongation followed by a chain contraction, as the interstitial volume is reduced both by increasing the nanopost diameter and decreasing the separation at the same time while keeping constant the width of the passageway between two nanoposts. The simulation analysis shows that the non-monotonic dependence of polymer size is determined by interplay between the chain alignment along the nanoposts in each interstitial volume and the chain spreading through passageways over several interstitial volume.

본 연구에서는 random walk하는 입자와 암세포 확산을 비교하여 Fick's law를 따르는 확산 모형과 암세포 확산의 차이를 밝힌다. 암세포 확산은 암 전이 메커니즘을 이해하는데 매우 중요하다. 하지만 아직까지 암세포 확산은 정확하게 이해되지 않고 있다. 따라서 이번 연구에서는 가장 간단한 2차원 random walk와 암세포 확산을 비교하고, 동역학적인 차이를 규명해 암세포 확산을 이해하고자 한다. Random walk하는 입자는 EDISON 전산화학 전문센터의 프로그램 중 dynamic Monte Carlo(dynamic MC) 전산 모사 소프트웨어를 이용하여 2차원에서 움직이는 레나드-존스 입자의 운동을 통해 살펴보았다. 암세포 확산은 실제 암세포의 시간에 따른 위치 변화 정보 (세포의 궤적)를 직접 구하여 분석하였다. Dynamic MC 결과는 Fickian 확산 모형을 잘 따르는 것을 평균 제곱 거리와 밀도 함수를 통해 확인할 수 있었다. 암세포 확산의 경우 평균 제곱 거리는 시간에 대해서 선형적으로 비례하지만 밀도 함수는 가우시안 형태로 나오지 않으며 Fick's law를 따르는 확산 모형과 다른 확산 형태를 보인다. 이러한 확산 형태는 암세포의 동역학적인 다양성 때문에 나타나며 각각의 암세포가 다른 운동성을 가지는 것에 기인하는 것으로 보인다.

나노과학에 대한 다양한 실험적 연구와 이론적 연구가 활발해지고 전문화 되어감에 따라 나노물질에 대해 연구하는 것은 더욱 중요해지고 있는 추세이다. 현재 고분자 나노물질들은 코팅, 광전자 부품, 자기 매체, 세라믹 등에 활발하게 이용되고 있으며 그 활용 범위가 더 커질 것으로 전망된다. 지난 몇 년간 사각기둥 형태의 구조체 내부에서 존재하는 고분자의 움직임에 대한 연구는 다양하게 진행되어왔다. 그러나 고분자들을 더욱 유용하게 응용하여 이용하기 위해서는 나노입자 기술과 연결시켜 보다 다양한 환경에서의 고분자의 상태를 자세하게 이해해야 할 필요가 있다. 고분자 물질에 대한 이론적 연구는 주로 계산이 용이한 거시적인 모델인 코스그레인(Coarse-grained) 모델을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이루어져왔다. 본 연구에서도 에디슨 서버에 탑재된 코스그레인 모델을 이용한 분자 모델링 시뮬레이션을 통해 제한된 공간 안에서 다양한 구조체들의 내부에서 고분자의 구조를 계산하고, 시뮬레이션의 결과값과 Flory의 공식을 이용한 이론적인 계산값이 얼마나 잘 맞아 떨어지는지에 대해 알아보고자 한다.

Fasciclin 1 (FAS1) is an extracellular protein whose aggregation in cornea leads to visual impairment. While a number of FAS1 mutants have been studied that exhibit enhanced/decreased aggregation propensity, no structural information has been provided so far that is associated with distinct aggregation potential. In this study, we have investigated the structural and thermodynamic characteristics of the wild-type FAS1 and its two mutants, R555Q and R555W, by using molecular dynamics simulations and three-dimensional reference interaction site model (3D-RISM) theory. We find that the hydrophobic solvent accessible surface area increases due to hydrophobic core repacking in the C-terminus caused by the mutation. We also find that the solvation free energy of the mutants increases due to the enhanced non-native H-bonding. These structural and thermodynamic changes upon mutation contribute to understand the aggregation of these mutants.

Active matter는 스스로 에너지를 가지고 움직이는 개체들이 서로 상호작용을 하여 집단적인 움직임을 보이는 물질이다. Rotational noise model은 반발 상호작용과 rotational noise를 가지고 있는 self-propelled particle로 active matter를 설명한다. 이 연구에서는 rotational noise model에서의 상 도표와 클러스터 형성을 알아보고 입자들의 집단적인 운동을 도와주거나 방해할 수 있는 leader 입자와 seed가 클러스터의 운동에 어떠한 영향을 주는지 알아본다.

본 연구에서는 Poisson-Nernst-Plank (PNP) 식의 해를 구할 수 있는 Edison web-based Poisson-Nernst-Plank (EPNP) Solver를 이용하여 나노포어의 이온선택성 및 박막의 유전율, 그리고 이온 농도가 이온 전류와 이온전도도에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 계산 결과로부터 나노포어의 이온선택성에 의해 양이온이 이온전류에 미치는 영향이 매우 크며, top buffer와 bottom buffer의 농도가 증가할수록 이온 전도도 (ion conductance)가 비선형적으로 증가함을 알 수 있었다. top buffer와 bottom buffer 간에 농도 차가 있을 때는 농도 차와 나노포어의 이온선택성에 의해 형성되는 Nernst 전위의 영향으로 I-V 곡선이 비대칭적 형태임을 알 수 있었다. 또한, 나노포어의 상대 유전율을 증가시킬 때 I-V 곡선에서의 양이온 전류는 감소했지만 음이온의 전류는 증가하는 경향을 보였다. 이는 나노포어 내에 배열된 쌍극자에 의한 영향과 전하를 가진 입자가 유전경계 (dielectric boundary)에 접근하면서 형성되는 상전하에 의한 영향이 동시에 존재하기 때문임을 알 수 있었다.

Formamide의 중성가수분해 mechanism은 QM/MM (quantum mecahnics/molecular mechanics) molecular dynamics simulations 및 CPMD과 같은 방법으로 연구되어왔다. 본 연구에서는. Umbrella sampling을 이용한 QM/MM-MD simulation을 사용하여 4가지 반응의 free energy surface를 도출해냈다. 전체적으로, 가장 선호되는 메커니즘은 two step으로 구성된 water assisted stepwise mechanism이었으며 모든 mechanism은 ab-initio calculation과 QM/MM-MD simulation이 수행되었다. water assisted stepwise mechanism을 살펴보면, 첫 번째 step에서 formamide의 carbonyl group이 hydrate되면서 gem-diol intermediate를 형성한다. 다음 step에서, intermediate의 hydroxyl group으로부터 amino group으로 water-assisted proton transfer이 일어난다. 두 반응 모두에서 물이 proton transfer를 직접적으로 도와주는 것을 관찰할 수 있었다. 특히, ab-initio calculation과는 다르게 QM/MM-MD에서는 gem-diol intermediate가 안정화되는 것으로 solvent effect를 잘 보여준다.

DNA 복제는 굉장한 정확도를 가지고 이루어진다. 하지만 내, 외부적인 여러 요인으로 돌연변이가 일어나기도 한다. 그 중 토토머화에 의해 치환 돌연변이가 일어난다는 가설은 오래전부터 그 가능성이 논의되어 왔고, 직접적인 증거를 찾으려는 노력도 있어 왔다. 토토머화에 의하여 DNA염기가 다른 형으로 변하면 왓슨-크릭 염기쌍 (아데닌-타이민, 시토신-구아닌이 수소결합한 염기쌍)이 아닌 다른 염기쌍이 생성될 수 있다. 이 염기쌍이 기준이 되어 DNA가 복제되기 때문에 결과적으로 전이 돌연변이(transition), 혹은 전환 돌연변이(transversion)된 염기쌍이 생성될 수 있다. 우리는 이런 사례 중에 염기쌍의 전이 돌연변이를 중심으로 연구하고자 한다. A-T염기쌍중 하나가 지배적인 아민형(amine form)이 아니라 이민형(imine form)으로 존재할 때 아민형과는 다른 수소결합이 가능해지며 보통 잘 생성되지 않는 A-C, G-T결합이 생성될 수 있다. 이후 그 염기쌍이 기준이 되어 DNA가 복제될 때에는 왓슨-크릭 염기쌍이 주로 생성되어 A-T염기쌍이 G-C 염기쌍으로 치환되는 DNA가닥이 생기게 된다. 우리는 이러한 과정을 에너지와 반응속도 측면에 집중하여 분석해보았다. 계산 결과, $A-C^*$, $A^*-C$, $G-C^*$, $G^*-C$의 염기쌍 생성이 왓슨-크릭 염기쌍과 비슷하거나 더 큰 정도로 에너지 면에서 유리하였으며 대부분의 돌연변이가 에너지 측면에서 보았을 때 $A-C^*$ 염기쌍을 통하여 생김을 알 수 있었다. 계산된 값은 약 $10^{-6}$ 정도의 빈도를 보였다.

본 연구의 목적은 $SPC/F_2$ water model에 대하여 정해진 여러 온도(250K, 280K, 300K, 350K)에서 경수(light water)와 중수(heavy water)의 일정부피 열용량($C_V$)을 계산하는 것이다. 모의실험은 path integral molecular dynamics (PIMD) 방법을 바탕으로, 계산상에서 물 분자 64개에 대해서 실제 물의 밀도에 맞는 일정한 부피를 설정한 후, 이 때 ring-polymer의 bead수는 양자효과를 보일 수 있는 24개와, 양자효과가 없는1개로 실험을 진행했다. 그 결과로 system의 $C_V$를 얻었고, 수소 동위원소의 변화, 온도의 변화, 양자조건의 여부에 따라 나타나는 차이를 각각 비교했다. 모의실험 결과로 온도가 낮을수록, 양자효과가 클수록, 수소의 질량이 작을수록 열용량이 증가하는 결과를 보였다.

우리는 딥펜나노리소그래피에서 일어나는 박막 성장에 관한 잉크 확산 모형을 랜덤 워크 방법을 사용해 구현하였다. 분자동역학 연구를 바탕으로 제안된 hopping down, serial pushing, 단일 밀림 길이를 고려한 모형에 따른 박막 성장 특성을 비교하였다. 모형에 따라 그 박막 성장 특성에 확연한 차이가 있음을 발견하였으며, 잉크 분자와 기판 사이의 결합력이 중요한 변수임을 확인할 수 있었다. 그리고 원자힘현미경 탐침에서 떨어지는 잉크 분자의 속도와 단일 밀림 길이에 따른 박막 성장 차이를 알아보았다. 단일 밀림 길이가 커질수록, 탐침에서 떨어지는 잉크 분자의 속도가 빨라질수록 가지 모양의 박막이 형성됨을 알 수 있었다.

본 연구에서는 DFT를 이용하여 Nucleophilicity와 Basicity의 연관성에 대한 계산화학적 분석을 수행하였다. Basicity는 선정된 모델 분자의 protonation 반응에서 생성물과 반응물의 enthalpy 변화량인 양성자 친화도(Proton affinity, PA) 값을 구하여 분석하였다. 계산한 결과는 실험을 통해 얻은 PA 결과와 경향성이 거의 일치함을 확인하였다. Nucleophilicity는 모델 분자들과 $CH_3Br$ (electrophile)의 $SN_2$반응에서 gibbs free energy of activation(${\Delta}G^{\ddag}$) 값으로 그 경향성을 분석하였다. 또한 용매의 종류를 다르게 하여 용매에 따른 ${\Delta}G^{\ddag}$ 값의 경향성도 확인하였다. 각 용매에 따라 구한 ${\Delta}G^{\ddag}$와 PA의 상관관계를 비교하였으나, 큰 연관성은 보이지 않았다. 이에 ${\Delta}G^{\ddag}$와 PA의 상관관계를 보여줄 수 있는 parameter를 찾기 위하여 각 모델 분자의 Electronegativity와 Polarizability를 계산하여 연관성을 비교해보았다. Polarizability를 적용했을 때 Nucleophilicity와 Basicity사이의 연관성을 나타낼 수 없었던 반면, Electronegativity를 적용하여 Basicity와 Nucleophilicity의 연관성 보일 수 있음을 이론적으로 규명하였다.

단백질의 구조를 예측하기 위해서 구조가 알려져 있는 단백질 중 진화적으로 유사한 단백질의 구조 정보를 이용하는 Template Based Modeling (TBM) 방법이 현재까지 가장 효과적으로 많이 사용되고 있다. 단백질의 삼차 구조를 이루는 단위 중에서도 고리 부분은 효소 활성 부위 또는 리간드 결합 부위 등으로 작용하여 단백질의 생물학적 기능에 연관되어 있다. 하지만 진화적으로 가까운 단백질이어도 고리 부분은 서열이 잘 보존되지 않아 충분한 구조 정보를 주지 못하고 TBM 방법으로 고리 구조까지 정확히 예측을 할 수 없다. 따라서 TBM 방법으로 예측한 구조의 고리 부분을 주형 정보에 의존하지 않고 다시 예측하여 전체 구조를 정밀화하는 과정이 중요하다. 이번 연구에서는 이를 위해 자유 에너지를 고려한 고리 구조 예측 방법을 적용하여 그 효과를 검증해보았다.

최근 자연의 기능성 표면이 갖는 특성을 모방하고, 이를 과학 기술에 적용하는 연구가 세계적으로 증가하는 추세다. 특히, 초발수 표면은 여러 산업 분야에서 많은 관심을 받고 있으며, 그 활용 분야도 다양하다. 초발수 특성의 광범위한 응용을 위해서, 우리는 최적화된 표면 구조를 효율적으로 제작할 필요가 있다. 본 연구에서는 다양한 제작 공정에 따라 만들 수 있는 표면의 형태를 찾아보고 격자 기체 기반의 몬테카를로 방법을 사용하여 제작 공정에 따른 표면의 초발수 특성을 살펴보았다. 각 공정을 통해 제작된 표면의 초발수 특성을 비교하고, 가장 그 특성이 좋은 구조 및 제작 공정을 제시하였다.

액체 상태의 물질이 매우 급속하게 냉각되면 일반적으로 과냉각액체(supercooled liquid) 상태에 도달한다. 과냉각액체는 더 낮은 온도에서 유리상(glass phase)으로 상전이를 일으킨다고 알려져 있는데, 이때 나타나는 동역학적 불균일성(dynamic heterogeneity)은 상전이를 기술하는데 중요한 역할을 한다. 그러나 일반적인 액체의 상전이를 연구할 때 주로 사용되던 상관함수(correlation function)으로는 이러한 불균일성을 정량적으로 표현하기 어렵기 때문에 동역학적 민감도(dynamic susceptibility)나 multi-time correlation function 등 동역학적 성질(dynamic property)로부터 특징적인 시간 개념 및 거리 개념을 도출하려는 연구가 많이 진행되어 왔다. 본 논문에서는 일반적으로 특징적인 거리 개념을 도출해 내는데 사용되는 4점 밀도 상관함수(four-point density correlation function)인 dynamic susceptibility(${\chi}^4$)가 입자 밀도의 요동(fluctuation)의 상관관계(correlation)가 지속되는 특징적인 시간 개념에 대한 정보 또한 포함하고 있다는 점에 주목하였다. 이에 따라 ${\chi}^4$의 시간에 대한 적분인 ${\tau}_4$를 새롭게 도입하였으며 그 결과로 ${\tau}_4$는 three-time density correlation function으로부터 도출한 ${\tau}_{Dh}$와 같은 축척(scaling)을 가지는 것을 확인하였다. 과냉각액체에 대한 장난감 모형(toy model)의 일종인 "Lennard-Jones potential 하에서 운동하는 서로 다른 두 종류의 입자들"을 연구에 사용하였다.

Polynitrogen Compounds (PNC)는 질소만으로 이루어진 물질을 칭하며, 주로 질소간의 단일 결합과 이중결합으로 이루어져 있다. 질소 간 단일결합에너지 38.4kcal/mole에 비해 유난히 큰 229kcal/mole의 삼중결합 에너지 덕택에 PNC는 고에너지 물질로 큰 각광을 받고 있다. PNC는 합성과정이 큰 흡열반응으로 실험이 까다로워 이론적인 연구가 많이 진행되어왔다. 그 중에서 고리형태의 $N_5{^-}$가 안정할 것으로 예측되며, 실험적으로도 발견되었다. $N_5{^-}$를 안정화시키기 위해 많은 연구가 진행되었으며 그 중 하나가 금속과의 결합을 통한 화합물의 안정화이다. 본 연구에서는 $N_5{^-}$와 Cyclopentadienyl($C_5H_5{^-}$)이 전자구조나 기하학적 구조가 매우 유사함에 착안하여 이미 상대적으로 많은 합성이 보고되어 있는 $M(C_5H_5)_3$, $M(C_5H_5)_4$의 전이금속 M구조에 대하여 아직 발견되지 않은 $M(N_5)_3$, $M(N_5)_4$ 화합물의 구조와 열역학적 안정성을 알아보도록 한다. 본 연구에서 찾아진 $Zr(C_5H_5)_4$은 현재까지 실험적으로 보고된 $M(C_7H_7)(C_5H_5)$ 클러스터 구조에 비해 질소함유량이 약 67% 더 높다.

The molecular interactions between the nucleic acid bases and water molecules are important in organism. Despite Adenine-Thymine Hoogsteen base pair and Guanine-Cytosine Watson-Crick base pair have been demonstrated to be most stable in a gas phase, the effect of water on the stability of these base pairs remains elusive. Here we report the structural and thermodynamic characteristics on possible Adenine-Thymine and Guanine-Cytosine base pairs in a gas phase as well as in an aqueous phase by using quantum mechanical method and statistical mechanical calculations. First, we optimized the direct base-pair interaction energies of four Adenine-Thymine base pairs (Hoogsteen base pair, reverse Hoogsteen base pair, Watson-Crick base pair, and reverse Watson-Crick base pair) and three Guanine-Cytosine base pairs (GC1 base pair, GC2 base pair, and Watson Crick base pair) in a gas phase at the $B3LYP/6-31+G^{**}$ level. Then, the effect of solvent was quantified by the electronic reorganization energy and the solvation free energy by statistical mechanical calculations. Thereby, we discuss the effect of water on the stability of Adenine-Thymine and Guanine-Cytosine base pairs, and argue why Adenine-Thymine Watson-Crick base pair and Guanine-Cytosine Watson-Crick base pair are most stable in an aqueous environment.

나노입자의 특성과 기능은 bulk 물질과 달리, 나노 입자를 이루는 원소의 종류 뿐만아니라 크기와 모양에도 밀접한 연관이 있다. 이를 계산화학적으로 예측할 수 있다면 나노입자의 합성과 응용에 큰 도움이 될 것이다. 본 연구에서는 일정한 크기의 은 나노입자의 구조를 계산한 뒤, 바깥쪽의 두 원자 층을 무작위로 섞은 뒤 다시 구조최적화 계산을 거쳐 다양한 나노입자들의 구조를 찾았다. 이렇게 구해진 구조들의 에너지를 계산하고 원자를 하나 떼어낼 때의 에너지를 계산하여 응집 에너지를 구해 경향성을 분석해 보았다. 더 나아가, 나노입자를 이루는 각 원자 층의 개수가 하나 더 커질 때 필요한 에너지를 계산하여, 원자 하나당 평균을 내어 분석해보았다. 본 연구에서는 병렬화 된 밀도범함수이론 계산 프로그램을 이용해 100개가 넘는 입자의 계산이 가능하다는 것을 확인했고, 은 나노입자의 크기가 증가함에 따라 원자 하나가 추가되는 경우와, 원자 층 하나가 추가되는 경우의 그래프를 보고 경향성을 분석하였다. 이는 다른 화학적 환경에 있는 은 원자의 에너지를 계산하여 각각의 환경에서의 은 나노 입자의 크기를 예측하는 계산하는 데 초석이 될 것이다.

Intramolecular energy migration in a cyclic porphyrin array is spontaneous transfer of energy from one excited site to another. Since the efficiency of energy migration is inversely proportional to distance, the energy migration is occurred on their adjacent sites more often than distant ones. Therefore, the energy migration in the cyclic porphyrin array is largely dependent on their conformational characters. However, evaluation of conformational information by means of experimental tools is ambiguous since their limited resolution. In this work, we calculate the internal angle and distance distributions of cyclic porphyrin arrays using molecular dynamics simulations to obtain conformational information. To evaluate the angle and distance distributions respect to molecular size, we constructed molecules with n porphyrin dimers (n=1,3,7) in implicit solvent environment. Performing molecular dynamics simulations, we modulated alkyl groups to investigate additional conformational effects of the system.

이 연구에서는 다양한 유기 반응에 등장하는 propellane의 흥미로운 안정성 특성을 이해하기 위해 시뮬레이션을 통해 접근하였다. [1.1.1]propellane은 ring strain이 비교적 약한 [2.2.2]propellane보다도 안정적이다. EDISON에 업로드 되어있는 GAMESS 패키지 및 wxMacmolplt을 활용하여 이러한 현상에 대해 이론적 연구를 진행하였다. 이를 통해 실제로 보고된 이례적인 안정성을 여러 종류의 propellane 분자에 대한 시뮬레이션 결과 비교를 통해서도 확인하였으며, 분자오비탈 모양과 같은 정성적인 시뮬레이션 결과뿐만 아니라 계산된 에너지준위 간격, 진동자 강도 등의 정량적인 수치들 역시 이러한 안정성과 합치하는 결과를 보였다.

일반적으로 어떠한 계의 크기가 커지면 확산계수 (Diffusion coefficient, D) 는 증가하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 원자의 개수와 계의 크기를 증가시키면서 정방계와 직방계에서의 확산계수를 계산하였다. 확산계수를 계산하는 방법으로 Einstein-Smoluchowski 관계식을 사용하였다. 정방계에서 x, y, z축의 확산계수를 계산해본 결과, 계의 크기와 원자의 개수가 증가할 때 각 축의 확산계수도 같이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 직방계에서 x, y축의 셀 길이를 고정시키고 z축의 셀 길이를 늘여가며 확산계수를 계산해본 결과, x, y축의 확산계수는 정방계와 비슷하게 증가하는 경향을 보였으나 z축의 확산계수는 변화가 거의 없음을 확인할 수 있었다.

$\text\tiny{D}$-Psicose 3-Epimerase (DPE)는 $\text\tiny{D}$-Fructose의 C3 Epimerase로써 $\text\tiny{D}$-Fructose를 $\text\tiny{D}$-Psicose로 전환해 주는 효소이다. $\text\tiny{D}$-Psicose는 설탕 대신 사용하는 감미료로 몸에 흡수되지 않아 칼로리가 없다고 알려져 있고 자연에서는 오로지 DPE에 의해서만 생산되는 희귀당이다. 이에 따라 DPE를 통한 $\text\tiny{D}$-Psicose 대량생산의 필요성이 대두되고 있는 등 이 분야에 대한 관심이 뜨거운 실정이다. 본 연구팀은 이 당과 관련된 작용기작 연구를 수행하기 위하여 아직 단백질 3차구조가 알려지지 않은 Clostridium hylemonae DPE (chDPE) 단백질의 3차 구조예측 연구를 수행 하였다. 우리는 HHsearch를 이용하여 agrobacterium tumefaciens의 DPE 외 2개의 구조를 호몰로지 모델링 연구를 위한 주형으로 선정하였다. 다음으로 PROMALS3D를 이용하여 주형들과 chDPE의 multiple sequence alignment를 수행하였고 이를 바탕으로 3차구조 예측 연구를 수행 하였다. 예측된 구조를 검증하기 위하여 ProSA와 Ramachandran plot분석을 이용하였고 Ramachandran plot에서 단백질의 94.8%에 해당하는 잔기들이 favoured regions에 위치하였다. ProSA에서는 Z-score값이 -9.3으로 X-선 결정학이나 핵자기 공명법으로 밝혀진 구조들에서 관측되는 범위 내에 위치하였다. 나아가 예측된 구조에 $\text\tiny{D}$-Psicose와 $\text\tiny{D}$-Fructose의 결합모드를 규명하기 위하여 도킹을 시도하였다. 이번 연구를 통하여 chDPE의 구조를 예측 할 수 있었고 이를 바탕으로 이 단백질의 기능을 이해하는데 도움을 줄 것으로 기대된다.

On wide variety of fields, studies on active twist control are becoming more active. For effective twist control, blades have to have low torsional stresses with high torsional deformations to the same magnitude of torque acting on its cross-section. In this study, 2D sectional analysis and 3D finite element analysis were made for 5 different blades with each having different cross - sections which have different spars. The results from 2D sectional analysis, were then put into 3D blade deformation and stress calculations which lead to analysis. Outcomes from 2D and 3D analysis, showed that on the same torque and concentrated load conditions, the blade with 'C' shaped spar was the best of all the blades which were used in this study.

해상 pedestal 크레인은 각종 운송물을 선박에 싣거나 내리는 해상 운송에 필수적인 장비이다. 따라서 구조적 안전성을 가지는 크레인 설계가 요구된다. 그의 일환으로 수행된 '해상 pedestal 크레인의 설계 개선을 위한 연구'에서는 기존 크레인의 기초 설계에 대해서 구조적 안전성올 평가하여 개선 방안을 제시하였다. 또한 좌굴 안정성 향상을 위한 보강재 설계를 수행하였다. 하지만 상세설계 관점에서 미비한 점이 있어 이를 보완할 필요성이 있다. 안전성 평가를 위해 필요한 응력을 계산하기 위해 EDISON-CSD프로그램을 통해 유한요소모델 해석을 활용한 구조해석을 수행하였다. 효율적인 해석을 위해 상세설계에 필요한 부분영역을 선택하여 모델링 하였으며 전체영역에서의 해석 결과 값을 등가 힘, 등가 모멘트로 환산하여 경계조건으로 부여하였다. 보강재간의 교차점 형상이 안전성에 미치는 영향을 보기위해 stiffener와 diaphragm의 교차점 형상(반원, 정사각형, 사다리꼴)에 따라 안전성 평가를 수행하였고, 안전 여유의 유효한 차이를 보이지 않음을 확인하였다. 평가에 필요한 응력계산을 위해 또한 Diaphragm의 좌굴에 대한 영향을 고려하기 위해 설계 규격 DNV-RP-201 8장(Buckling of girders)을 분석하였고, 안전성 평가에 반영하였다. 또한 실제 현장에서 보편적으로 사용되는 angle 형상 stiffener의 치수 도출을 위해 최적설계를 수행하였고, 모든 설계 제한조건을 만족하면서 최소의 무게를 가지는 합리적인 치수를 도출하였다.

푸아송비(poisson's ratio)는 종방향 변형률에 대한 횡방향 변형률의 비로, 우리 주위 대부분의 재료들은 양의 푸아송비를 지닌다. 그러나 재료가 특정한 격자구조를 이루도록 설계할 경우 구성물질이 양의 푸아송비를 가지더라도 거시적으로는 음의 푸아송비를 구현할 수 있으며, 이러한 극한물성물질(metamaterial)을 오그제틱 물질(auxetic material)이라고 부른다. 이전까지 오그제틱 물질을 구현하기 위한 많은 메커니즘들이 개발되고 역학적, 수치적으로 해석되어 왔다. 이 논문에서는 가장 대표적인 오그제틱 구조인 리엔트런트(re-entrant) 오그제틱 구조를 빔 구조물로 모델링하여 유한요소해석을 수행하고 주요 설계 변수인 리엔트런트 각에 따라서 푸아송비와 유효 탄성계수가 어떻게 변화하는지 확인하였다.

이 논문에서는 역학적 지식파 EDISON 구조동역학 서버에서 지원하는 이공계 교육 및 연구용 시뮬레이션 프로그램 중 Co-rotational Plane Beam with Arbitrary Section을 이용하여 캔틸레버 보의 처짐을 기하 비선형적으로 해석한다. 또한 해석에 사용된 프로그램이 실제 교육에 적용이 가능한 지를 고찰함에 그 목적이 있다. 처짐을 해석하기 위하여 수계산, 프로그램을 이용하여 얻은 결과값을 비교하였고 캔틸레버 보의 변화 형상을 시각화 하였다.

In this paper, 2 kinds of models about bike frame are simulated with static structural analysis. A bike frame with diamond type is compared with another model that Down tube is eliminated from original diamond frame. About both types of models, Property of a material and conditions of restriction & load are the same. This study shows reinforcement effects of a partial frame by adding down tube and impacts generated by applying a load at the frame such as weak points & high stress parts as well as expected deformation. The structural result of this study indicates that the equivalent stress or total deformation decreases by 57.1% or 36.4%, respectively. Also stress concentration sites are leg connecting parts, front/rear wheels fixed region and Max deformation is generated from Seat tube. In conclusion, A Down tube is highly efficient as reinforcement than frame without non down tube. Furthermore, The safety rises in case of reducing top tube thickness and increasing a reinforcement at leg connecting parts or concentration regions.

Oseltamivir, also known as Tamifu, is an inhibitor of neuraminidase protein which plays an essential role in proliferation and replication of influenza virus. Binding to the active site of neuraminidase, the oseltamivir prevents the protein from enzyme reaction. Conformational change of the protein(neuraminidase) should be accompanied by the enzyme reaction, but the drug inhibits the protein to deform. In this study, we examine the influence of oseltamivir on protein's conformational change in the structural and mechanical point of view. Finite element analysis of the protein can be an useful approach to investigate the influence of oseltamivir on the deformation of a protein. We suggest the finite element based protein model, and then perform the linear static analysis with the displacement loading condition based on the first two largest motion which can be obtained from the normal mode analysis. The results show that it takes more energy to change shape of the protein with an oseltamivir attached than the protein without an oseltamivir.

In this paper, a study was conducted for the optimization through shear web of shape the Edison program in wind power blade. We measured the displacement and stress distribution through two optimization methods to select the model with the smallest displacement and stress values. Before running the analysis, We try to find the inflection point through the shear web of the model and then analyze by introducing the geometric nonlinearity. The first optimization variables are introduced by the pitch angle and three web shapes. Third model such a honeycomb structure is good way to get an advantage for bending test. According to a method of previous optimization, third model is chosen and then the thickness of the web and blade as a variable is introduced, it is extracted as a result of displacement and the maximum stress per mass.

In this paper, the study of the optimum design for a geometry of the handle bar to obtain a high stiffness and light weight is investigated, using EDISON simulation program. High stiffness and weight lightening are considered as the major performance indicators of the component of the bicycle. Four design factors and three levels of the design factors are selected for the structural optimization and experiments are designed using the orthogonal array of L9 by Taguchi method. We calculated SN ratio of larger-the-better and smaller-the-better characteristics from FEA results and analysed the effects of design factors on characteristics. We choosed the optimum level of design factors based on deflection and safety factor. Comparing the results of FE analysis with converted value of predicted SN ration, we made sure for reliability of Taguchi method and FE method for structural optimization.

복합재는 높은 비강도와 비강성을 가지고 있어 자동차, 항공기 등 전반적인 산업분야에서 널리 사용되는 재료이다. 우주선의 노즐 부분과 같이 높은 온도뿐만 아니라 높은 압력이 작용하는 환경에서 사용하기 위한 재료로 복합재가 필요하다. 복합재의 물성치를 아는 것은 매우 중요한데 모재(matrix)와 강화섬유(fiber) 각각의 물성치를 수치적으로 대입해 얻는 결과는 실험값과의 오차가 커 예측하는데 있어 더 정확한 방법이 필요할 것이다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용한 EDISON용 CASADsolver 프로그램을 활용해 분석하였다. Matrix와 fiber의 물성치를 대입해 복합재의 물성치를 구해 실험으로 측정된 물성치, 경험식으로 계산된 물성치와 비교를 하였다.

When we use a Finite Elements Method (FEM) to solve a linear static analysis problem, number of elements need to be sufficiently small for convergence of the solution. If we analysis a part, whose curvature is varying heavily, we face to determine how small the elements size is, because the calculated stress is increased as the elements are smaller. In this case, we need to analysis with mesh insensitive method, stress linearization. We can get a solution that is not varying with the elements size if the size is smaller than a certain level. In this paper, we evaluate a pressure vessel having geometrical discontinuities using stress linearization. First, we analysis the vessel with global model, including all part of the vessel, using large shell elements. Second, we analysis the local part of the vessel, which is the small part occurring maximum stress, using small continuum elements. Last, we evaluate the safety of the pressure vessel according to the ASME Sec. VIII Div 2.

In this paper, to examine the difference between the linear and non-linear static, dynamic analysis for a structure, a cantilevered beam was used. Then, an external transverse static and dynamic loads were applied at the free end of the beam. Classical theories were used for the linear analysis and the EDISON CSD solver, co-rotational dynamic FEM program, was used for nonlinear analysis. In the static analysis, effects of the load for the beam deflection were observed in the linear and nonlinear analysis. Then, normalized displacement of tip of the beam was predicted for different frequency ration and a significant difference was obtained in the vicinity of the resonant frequency. In addition, effects of frequency and time for the beam deflection were investigated to find the frequency delay.

In this paper, Timoshenko and Euler-Bernoulli beam theories(EB-beam) are used, and Fast Fourier Transformation(FFT) analysis is then employed to extract their natural frequencies using both analytical approach and Co-rotational plane beam(CR-beam) EDISON program. EB-beam is used to analyze a spring-mass system with a single degree of freedom. Sinusoidal force with various frequencies and constant magnitude are applied to tip of each beam. After the oscillatory tip response is observed in EB-beam, it decreases and finally converges to the so-called 'steady-state.' The decreasing rate of the tip deflection with respect to time is reduced when the forcing frequency is increased. Although the tip deflection is found to be independent of the excitation frequency, it turns out that time to reach the steady state response is dependent on the forcing frequency.

In this paper, an systematic approach is presented, in which the bridge-type traffic sign structure is body out by CSDDA PrePost Processor. There is dead load and wind load that is working on the structure which will make force and moment. Analyzied the stress distribution of the standard form and by changing the shape, compared the safety in terms of deflection and stress (with the standard form) to know the effect of each component in the bridge-type traffic sign structure. The safety of deflection and stress is evaluated by maximum distance/100) and ASIC code respectively. The standard form of bridge-type traffic sign structure is established by two pairs of pillar and two pairs of floor beam. Replaced the links which is consist of flange and screws as the torsion spring and nm our analysis program. By adjusting variable of rigidity modulus of torsion spring, moment between column and beam is controled depending on value of rigidity modulus.

In this paper, the cross-section properties of thin-walled beam are calculated through KSec2D in consist of Saint-Venant theory. To investigate tendency increasing the thickness, we analysis cross-section using isotropic material. In the asymmetric cross-section, we investigate effect caused cross-section properties accompanied increasing the thickness. The structural properties such as bending stiffness, tosion stiffness per area of each cross-section in three cases is compared through increasing thickness. The warping displacement calculated by KSed2D is modeled by CATIA. In order to show that warping influence the cross-section, the warping shape modeled CATIA is printed 3D printer.

In this paper, a coil spring of the suspension components of the car is calculated through FEM(Finite Element Method) when a portion of the one is applied by an external load. we analyze the situation by using 'Large Deformation Analysis SW' in the EDISON structural dynamics server. Results of the analysis are about a displacement of the upper spring after deformation and total mass, and we use them to calculate the spring constant and maximum von-Mises stress by using Hooke's law and von-Mises stress equation. Finally, we visualize the relationship between the calculated spring constant and the mass through graphs and this data are beneficial for industries related to the spring.

In this paper, we write about EDISON program. We study about where to use this program. We can use this program for FEA naturally. But we study that using this program in class. Many students can't understand many mechanics of materials' problem. They want to see image such as change of beam. It can help students to understand many problem. We can use ANSYS or Abaqus. But EDISON program is better for students because of it is freeware. In this paper, I write two problem. One is peak stress of basic beam, another is shearing stress flow of I-beam. On the basis of this, EDISON program will be widely used.

처음 에디슨 경진대회를 준비할 때 업로드 되어 있는 다양한 프로그램을 보면서 어떤 주제를 선정할 지 고민을 하던 중, 눈에 들어온 프로그램은 서울대학교에서 제작한 Co-rotational Plane beam-Dynamic tip load이란 프로그램이었다. 위 프로그램은 한쪽 단이 고정된 외팔보(cantilever beam)의 끝단에 하중을 시간에 관련된 함수(sin, cos)로 주어 각 절점에서의 변위(X, Y), 속도 그리고 가속도를 알려주는 프로그램이다. 우리는 이 프로그램을 이용해서 외팔보 끝단의 진동 형태와 주기가 어떤 요인(단면의 모양, 재료의 성질, 가하는 하중의 진동수 등)에 의해서 변하는지 분석할 수 있었다. 거기서 더 나아가 하중을 실제 지진상황에서의 크기와 유사하게 주고 위 프로그램에서의 보의 거동(진동 주기, 진동 변위 등)을 건물의 거동이라 가정했을 때 면진 주기를 얼마로 설정해야하는지도 알 수 있었다.

There are different kinds of aircrafts, such as conventional airplane, rotorcraft, fighter, and unmanned aerial vehicle. Their shape and feature are dependent upon their assigned mission. One of the fundamental analyses during the design of the aircraft is the structural analysis. The structural analysis becomes more complicated and needs more computations because of the on-going complex aircrafts' structure. In order for efficiency in the structural analysis, a simplified approach, such as equivalent beam or plate model, is preferred. However, it is not clear which analysis will be appropriate to analyze the realistic configuration, i.e., an equivalent beam or plate analysis for an aircraft wing. It is necessary to assess the boundary between the one-dimensional beam analysis and the two-dimensional plate theory for an accurate structural analysis. Thus, in this paper, the static structural analysis results obtained by EDISON solvers were compared with the three-dimesional results obtained from MSC NASTRAN. Before that, EDISON program was verified by comparing the results with those from MSC NASTRAN program and analytic solution.

본 논문은 하중에 따른 변화정도에 초점을 맞추어 PSC girder길이의 증가를 위해 Co-rotational Plane Beam with Arbitrary Section Solver를 통하여 비선형 구조해석을 진행하여 Jeon, S., Choi, M., and Kim, Y. 등에 의해 제시된 Decked girder의 구조적 우수성을 검증하고, 이를 보완한 새로운 단면형상의 PSG girder를 제시하였다. 도출된 결과 값은 탄성방정식을 통하여 얻은 값과 비교하여 신뢰성을 검증하였다. 해석을 통하여 단순히 girder 상단부 플랜지의 길이를 증가시키는 것은 girder의 변형정도를 줄이는데 큰 영향을 주지 않는 다는 사실을 알 수 있었고 girder 상단부 플랜지와 중심부를 연결하는 부분의 단면형상을 좀 더 두껍게 함으로 하중에 따른 girder의 변형량을 크게 감소시킬 수 있었다.

In this paper, a composite material analysis program based on the finite element method(FEM) is used. The purpose of this study was to verify whether the composite material analysis program which developed as part of a project of development of softwares and educational contents for structural vibration and composite material analysis that can calculate how similar the macroscopic mechanical behavior of the composite materials actually. Because composite materials are generally anisotropic, analysis of composite laminate is used for the constitutive equations of orthotropic material. For convenience, the unit is ommited in all calculations. To verify the accuracy of the finite element method based program, the deflection and stress distribution of the simply supported composite material laminated plate subjected to a uniform load distribution is compared with exact solution. Size and properties of the composite material laminate used for analysis are fixed variables, and by changing the number of elements and the total thickness of the laminate is compared with the exact solution to the resulting value, respectively.

The effect of Ligand Binding energy in quantum rod (CdS/ZnS) plays a critical role in anisotropic growth. As mimicking large chain of ligands and using the head of the chain, I plan to bind the quantum rod and ligands so that it can grow well consequently. So the ultimate goal of this study is on how ligand binding can affect the growth of this quantum rod. There are preferred surfaces between the quantum rod and ligands, and we empirically know that ligands which bind the quantum rod; Phosphoric oxide (PO), Phosphoric acid(PA), Carboxylic acid(CA), Trimethylamine(TMA), have strong tendency to be attached on the surfaces of CdS/ZnS; ($11{\bar{2}}0$), ($10{\bar{1}}0$), ($000{\bar{1}}$), (0001). I virtually bond the surface and the ligands, and calculated the ligand binding energy after optimizing their structure, utilizing EDISON simulator. After all, I figured out how they are linked each other and how the quantum rod grows.

$MoS_2$ 단일층에 단축 방향으로 스트레인을 가해 Mo와 S 사이의 거리를 변화시키면서 밴드 구조의 변화를 밀도 범함수 이론에 기반해 계산했다. $MoS_2$ 단일층의 전자 구조는 스트레인에 민감하게 변화하여 밴드갭의 감소와 직접 밴드갭에서 간접 밴드갭으로 밴드갭의 특성이 변화함을 확인했다. 이러한 전자 구조의 변화는 스트레인에 의한 전하 분포의 변화와 로컬 오비탈의 상호작용에 의한 영향으로 해석된다.

GaSe Single tetralayer의 $4{\times}4$ supercell을 사용하여 alkali metal (Li, Na)의 안정한 흡착 위치를 계산하였다. 가능한 흡착 위치로써 hollow, on top of Se, on top of Ga, Ga-Se bridge, Se-Se bridge를 조사하였다. 위치에 따른 흡착 에너지를 DFT 계산을 통해 얻었고, 계산 값을 통해 가장 안정한 위치를 선정하였다. 그 결과 하나의 원자가 흡착 될 때의 가장 안정한 위치는 hollow 위치이고, bridge 위치는 불안정하다는 것을 알 수 있었다. 또한 가장 안정한 hollow 위치에 두 개의 원자를 거리를 변화시키며 흡착 시켜 계산한 결과, 가장 가깝게 흡착 되었을 때 가장 안정했고 이때 tetralayer의 구조 변형이 두드러짐을 알 수 있었다.

Carbon nanotubes (CNTs) have been widely accepted and used as the enhancer for polymer nano-composites due to their remarkable mechanical properties. Understandably, the CNT fiber-polymer matrix interface plays a major role in determining the properties of the CNT-polymer nano-composites. Here, using the LCAODFT Lab tool available on the EDISON Nano-Physics site, we performed first-principles density-functional theory calculations to determine the atomic configurations and binding energies of the CNTs in contact with polymers. For the polymer matrixes, we chose poly(acrylonitrile) (PAN), which is one of the most well-known polymer matrixes for the carbon nanofiber nanocomposites. Different chiralities and diameters of pristine CNTs were considered, and several PAN-CNT configurations were prepared based on the atomistic positions and directions of cyano group in PAN. The most favorable configuration of PAN was obtained when the PAN bound parallel to the surface of CNT. Our finding indicates the binding configurations are determined by the direction of the cyano group dominantly rather than the atomistic position of PAN, or the symmetry of CNTs. The result of increasing the length of CNT diameter suggests that PAN is inclinable to align evenly on the surface of relatively large size of CNT with the configuration parallel to the surface. These results obtained in this study will provide the starting point for the design of improved PAN-CNT composites for the next-generation ultra-strong and ultra-light carbon nanofibers.

https://nano.edison.re.kr/에서 제공하는 Linear Combination of Atomic Orbitals 기반 Density Functional Theory 전자구조계산 SW을 이용하여 정렬된 FCC 결정구조의 PtFe와 원자의 배열이 무질서한 PtFe의 산소 발생 반응의 과전압을 알아보았다. 화학 반응에 참여하는 정렬된 FCC PtFe의 표면 방위는 표면 에너지 계산을 통해 (111) 면으로 설정하였다. 과전압 값은 산소 발생 반응의 각 단계의 자유 에너지 변화를 계산하여 양의 반응 에너지이다. 과전압 측정 결과 정렬된 FCC 결정구조의 PtFe와 원자의 배열이 무질서한 PtFe의 과전압은 각 각 0.623875eV, 0.603118eV 이다.

본 연구에서는 전자구조 계산을 통해 태양전지의 소재로 적합한 Graphene과 h-BN의 합성물을 찾아내었다. 태양전지가 최대 효율을 가지려면 소재의 band gap이 약 1.2 eV이어야 하는데, 본 연구에서는 이러한 물질을 다수 찾아 내었고 이런 물질들의 특징을 분석하였다. carbon domain이 넓을수록 band gap이 작았고 carbon ring이 유지될수록 cohesive energy가 컸다. 이를 다시 적용하여 적합한 구조를 예상하였으며 이와 잘 맞는 계산결과를 얻었다.

본 연구에서는 18 atoms unit cell graphene film을 기반으로 한 graphene/h-BN heterostructure의 bandgap 변화에 대해 EDISON LCAODFTLab simulator의 DFT기반 전자구조계산을 통해 알아보았다. Graphene 상에 BN-doping 형태로 주어진 여러 heterostructure의 전자구조계산을 통해 태양전지의 이론적 최적효율을 나타내는 1.2eV 정도의 값을 갖는 구조를 찾을 수 있었다.

First-principles investigations on the hybrid one dementional hexagonal hybrboron-nitride nano ribbons (BNNRs) with a armchair graphene nano-ribbons(AGRNRs), are presented. Electronics properties of the mixed armchair BNC nano-ribbon (BNCNRs) structure show control of a band gap on all cases at the special K-point. And we have studied, the band gap is direct in all cases. The band gap of mixed ABNCNRs could be divided into three groups (${\Delta}3p$, ${\Delta}3p+1$ and ${\Delta}3p+2$) and decrease with the increase of the width. Also these results show similar to the AGNRs case. Different from the band gap value ordering of AGNRs (${\Delta}3p+1$ > ${\Delta}3p$ > ${\Delta}3p+2$), the ordering of ABNCNRs is ${\Delta}3p$ > ${\Delta}3p+1$ > ${\Delta}3p+2$. The discrepancy may come from the differences between the edges of AGRNRs and the boundaries of hybrid BNCNRs. In addition, the bandgap of ABNCNRs are much smaller than those of the corresponding AGNRs. Our results show that the origin of band gap for BNCNRs with armchair shaped edges arises from both quantum confinement effect of the edges. These results similar to thecase of AGNRs. These properties of hybrid BN/C nano-ribbon structure may offer suitable bandgap to develop nnanoscale electronics and solar cell beyond individual GNRs and BNNRs.

본 연구는 제 1원리 계산을 기반으로 여러 BN-그래핀 하이브리드 구조들의 결합 에너지와 밴드갭을 계산하여 그 경향성을 분석했다. 그 결과 하이브리드 구조의 에너지 안정성은 BN영역과 C영역의 결합 개수에 반비례한다는 것을 확인하였으며 결합에너지와 밴드갭이 유사한 서로 다른 두 구조에 대해서는 BN의 비율이 더 높은 구조가 더 안정한 구조라는 것을 보였다. 태양전지에 사용되기 가장 적합한 구조는 육각형의 BN 테두리를 기반으로 한 구조인 것으로 나타났다.

Ripples and charge impurity effect of graphene are considered as the origin of charge puddles in graphene sheet on SiO2. However, this topic is very controversial among researchers in graphene community. In this study, by using density functional theory, we calculate the band structure of the rippled graphene model and charged impurity model that is located close to the (0001) ${\alpha}$-quartz surface. We expect that this study will provide great insight on this matter.

Ultra-thin body transistor is one of the emerging devices since it control leakage current flows through substrate. In addition, it can be operated by double gates, thus, its on/off current ratio is higher than conventional counterpart. In this paper, we design and investigate a CMOS inverter based on ultra-thin body MOSFETs to estimate its performance in real application. NEGF (non-equilibrium Green's function) method is used to obatain relationship between drain current and voltage. DC transfer is extracted from the relationship, and FO4 (fanout-of-4) propagation delay is reported as 5.1 ps estimated by a simple model.

본 연구에서는 MOSFET 제작방법중 하나인 이온주입법에서 다양한 변수로 작용하는 도핑농도, 에너지주입, 바탕농도의 역할에 대해서 알아보고 채널길이가 감소함에 따른 단채널효과를 억제할 수 있는 최적점에 대하여 분석하였으며 Ion Implant 이차원 시뮬레이션값과 비교하였다. 결과적으로 농도와 에너지주입 그리고 채널길이에 따른 MOSFET의 최적화된 모델을 분석하였다.

최근 에너지 효율과 소형화측면에서 한계를 보이는 Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor(MOSFET)을 대체할 수 있는 소자로 Tunneling FET(TFET)이 주목받고 있다. 본 논문에서는 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT) TFET을 시뮬레이션하여 전자회로의 기본 단위인 인버터(Inverter)를 설계한다. 설계한 인버터의 성능을 CNT-MOSFET 인버터와 비교하여 저전력 디지털 회로로써의 가능성을 확인한다.

본 논문에서는 일본의 Sanyo사에서 발표한 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)구조를 기반으로 하여 태양전지의 output특성을 분석하고자 한다. HIT 태양전지 구조의 경우 a-Si층이 태양전지의 효율과 개방전압 $V_{oc}$의 향상에 중요한 역할을 한다. 본 연구를 통해 a-Si층 내에서의 두께변화가 태양전지 output특성에 어떠한 영향을 주는지 비교해보고, 최고 효율을 낼 수 있는 구조를 찾고자 한다.

In this work, we investigate the quantum effects exhibited from ultra-thin GAA(gate-all-around) Nanowire FETs for Sub 14nm Technology. We face designing challenges particularly short channel effects (SCE). However traditional MOSFET SCE models become invalid due to unexpected quantum effects. In this paper, we investigated various performance factors of the GAA Nanowire FET structure, which is promising future device. We observe a variety of quantum effects that are not seen when large scale. Such are source drain tunneling due to short channel lengths, drastic threshold voltage increase caused by quantum confinement for small channel area, leakage current through thin gate oxide by tunneling, induced source barrier lowering by fringing field from drain enhanced by high k dielectric, and lastly the I-V characteristic dependence on channel materials and transport orientations owing to quantum confinement and valley splitting. Understanding these quantum phenomena will guide to reducing SCEs for future sub 14nm devices.

EDISON 나노물리 사이트의 태양전지 해석용 SW를 이용하여 최대전력을 얻을 수 있는 태양전지의 구조를 설계 및 파악해보았다. 최대전력을 얻기위한 조건으로는 Layer의 층 수와 각 Layer의 물성과 두께, 각 Layer의 도핑밀도가 있다. 위의 조건들을 조절하여 태양전지의 최대전력을 얻을 수 있는 구조를 SW를 통하여 설계, 분석하였다.

Monolayer transition metal dicalcogenide (TMDC) materials are currently attracting extensive attention due to their distinctive electronic, transport, and optical properties. For example, monolayer $MoS_2$ exhibits a direct band gap in the visible frequency range, which makes it an attractive candidate for the photocatalytic water splitting. For the photoelectrochemical water splitting, the appropriate band edge positions that overlap with the water redox potential are necessary. Similarly, appropriate band level alignments will be crucial for the light emitting diode and photovoltaic applications utlizing heterojunctions between two TMDC materials. Carrying out first-principles calculations, we here investigate how the band edges of $MoS_2$ can be adjusted by surface ligand functionalization. This study will provide useful information for the realization of ligand-based band engineering of monolayer $MoS_2$ for various electronic, energy, and bio device applications.

EDISON 나노물리 사이트에 탑재된 태양전지 해석용 SW를 이용하여 최대전력(power)을 얻을 수 있는 태양전지 구조를 설계 및 파악해보았다. 최대전력을 얻기 위한 조건으로는 Number_of_Layer 즉, 층의 수(2~10가능)와 각 Layer의 물성(단결정, 비정질, 미세단결정)과 각 Layer의 두께, 각 Layer의 도핑밀도가 있다. 이러한 조건들을 조절하여 태양전지의 가장 높은 최대전력을 얻을 수 있는 구조를 SW를 통하여 설계하고, 분석하였다.

이 연구에서는 원자 궤도 함수 기반 DFT 전자구조 계산을 이용해서 최근 각광받고 있는 이차원 물질인 MoS2 monolayer의 S 자리와 Mo 자리에 각각 전자가가 다른 원자를 치환하였을 때의 도핑 특성을 Density of States (DOSs)와 밴드구조 등의 전자구조를 통해 분석해 보았다. S자리에 Cl, Si, I, B, C, Mo 자리에는 Hf, Ta, 그리고 Re을 치환해 보았으며 계산 결과 S자리에 Cl을 치환했을 때 가장 얕은 acceptor level (VBM으로부터 0.08 eV)이 형성되었으며, Mo자리에 Re를 치환했을 때에는 resonant state를 형성하였다. 또한 Mo자리에 Ta를 치환했을 ? 가장 얕은 donor level (CBM으로부터 0.02 eV)가 형성되었다.

To produce low cost and efficient photovoltaic cells, inorganic-organic lead halide perovskite materials appear promising for most suitable solar cells owing to their high power conversion efficiency. Most recent research showes that formamidinium lead iodide ($FAPbI_3$) with methylammonium lead bromide ($MAPbBr_3$) improves the power conversion efficiency of the solar cell to more than 18 per cent under a standard illumination because incorporated $MAPbBr_3$ makes $FAPbI_3$-relatively unstable but comparatively narrow band gap-more stable composition. In respect to first principle study, we investigated band gap of $MAPbI_3$, $FAPbI_3$, $MAPbBr_3$, $(FAPbI_3)_{0.89}-(MAPbBr_3)_{0.11}$ and 0.615(eV), 0.466, 1.197, 0.518 respectively through EDISON DFT software. These results emphasize enhancing structure stability is important factor as well as finding narrow band gap.

태양전지의 시장 경쟁력을 위해선 발전단가가 낮아야 하기 때문에, 현재까지도 더 높은 효율의 태양전지가 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 더 높은 효율의 태양전지를 설계하기 위하여 광학적인 시뮬레이션을 이용하여 HIT 태양전지 구조에서 흡수가 큰 태양전지의 구조를 예측하였고, 이러한 구조에 대해서 EDISON 나노물리에서 지원하는 "태양전지 해석용 SW"를 사용하여 효율을 계산하였다. 소프트웨어를 통한 계산 결과 태양전지에 의한 흡수가 클수록 이는 직접적으로 전류밀도의 향상으로 나타났고, 따라서 효율이 증가하였다. 이러한 광학적인 예측을 통하여 $105.8W/m^2$의 효율을 가지는 태양전지를 디자인 함으로써, 기존 HIT 태양전지의 효율인 $56.62W/m^2$ 보다 약 1.868배 향상된 태양전지를 구현하였다.

본 연구에서는 탄소로 이루어진 그래핀과 붕소와 질소의 합성물인 h-BN을 적절하게 섞어, 밴드갭(band gap)의 변화를 범밀도함수이론(DFT)을 통하여 설계하려고 한다. 본 연구에서 태양전지의 가장 높은 효율을 가지기 위한 밴드갭 1.2eV 가지는 모델을 설계하려고 한다. Armchair 방향으로 B와 N을 도핑을 하여 width에 따른 Nanorribbons 형태를 만들어 밴드갭(band gap)의 변화를 살펴 볼 것이다. 그래핀과 h-BN을 각각 고정시키며 다른 한쪽의 width를 늘리면서 밴드갭(band gap)의 변화도 살펴 볼 것이다. 그래핀와 h-BN의 비가 5:3일 때 1.14eV로 가장 1.2eV에 비슷하게 나왔고 3:5일 때 1.12eV로 그 다음으로 가장 가까운 결과를 얻을 수 있엇다. 또한 비슷한 밴드갭을 가지더라도 그러한 원자 구조가 얼마나 안정적인지를 알기 위해 cohesive 에너지를 계산 할 것이다. 이러한 결과로 인해 태양에너지 연구에 큰 이바지를 할 수 있다.

Metal Mono Chalcogenides(MMC)는 각각의 III족 metal 원자당한개의 chalchogen 원자를 갖고 있는(MX, M=Ga and In, X=S, Se, and Te)층상구조 화합물이다. MMC가 주목받는 가장 큰 이유는 single tetralayer MMC(SL-MMC)라는 2차원 구조를 갖기 때문이다. 2차원 물질은 다양한 물리적 현상을 증명하기 용이하다는 특징을 갖는다. 이 논문에서 우리는 SL-MMC중 Ga-MMC에서 chalchogen 원자가 변화함에 따라 바뀌는 실험 lattice constant를 조사하여 band gap과 formation energy를 Density Function Theory(DFT)로 계산했다.

제일원리계산을 기반으로 실리센을 보호하는 h-BN의 효과에 대해 연구하였다. h-BN의 화학적 안정성으로 인하여, 실리센에 대한 기판과 불순물의 영향을 차단하여 자유지지 실리센의 성질을 유지하는 것을 보였다. 부분적으로 수소처리된 실리센 역시 h-BN 단일층 내에서 안정적으로 고유의 성질을 나타내는 것을 보였다.

2차원 물질인 metal mono chalcogenides(MMC) 중 GaS와 GaSe를 대상으로 하여 층과 층 사이의 van der Waals(vdW) 상호작용을 density functional theory(DFT) 계산을 이용해 연구하였다. Local density approximation(LDA)와 generalized gradient approximation (GGA)의 두 가지 다른 exchange correlation functional을 이용하고, 또한 두 개의 층 사이에 작용하는 van der Waals 상호작용을 고려한 LDA-D2, GGA-D2 계산을 수행하였다. 이와 같은 네 가지 방법으로 층간거리를 바꾸어 binding energy curve를 계산하였다. 그 결과 GGA-D2계산이 MMC의 층간 상호 작용을 가장 잘 기술하였다.

Graphene의 bandgap이 0eV이고 hBN의 bandgap이 4~5eV라는 이기 때문에 두 물질을 혼합하였을 때 태양전지로 쓰기 좋은 1.2eV의 bandgap을 가지는 물질을 만들 수 있을 거라 생각된다. 이 점을 착안하여 hBN에 Carbon을 도핑시켜 1.2eV의 bandgap을 갖는 물질을 이론적으로 만들어 보았다.

Trilayer graphene에 비활성기체 중 하나인 Ne 원자가 어떤 영향을 미치는지에 대해 density functional theory calculation을 이용해서 연구하였다. ABA stacked trilayer graphene의 $4{\times}4$ super cell에서 top surface에 adsorption되는 경우와 trilayer 내부에 intercalation 되는 경우에 대하여 energy를 계산하여 Ne 원자들의 안정한 위치를 찾았다. Adsorption의 경우 hollow site가 가장 안정하였고 intercalation의 경우에도 top layer의 hollow site의 아래가 가장 안정하였다. 또한 Ne 원자 2개가 adsorption되는 경우의 adsorption energy를 통하여 Ne 원자들 사이의 상호작용을 예측하였다.

유기 반도체의 전하 이동 특성은 그 구조적 특성에 매우 민감하다. 따라서 재료의 특성을 정확히 예측하기 위해서는 정확하게 구조를 모델링할 필요가 있다. 본 연구에서는 OLED에 널리 쓰이는 ${\alpha}$-NPD의 구조를 분자동역학을 통해 예측하기 위하여 OPLS-AA force field를 기반으로 하여 dihedral coefficient를 최적화하였다. DFT 계산을 기준으로 이를 근사하는 dihedral coefficient를 계산하였으며 ${\alpha}$-NPD의 중앙에 위치한 biphenyl dihedral의 경우, $K_2=2.74kcal/mol$, $K_4=-0.12kcal/mol$을 얻었다. 또한 이를 이용하여 melt-quench 방법을 통해 ${\alpha}$-NPD의 비정질 구조를 모델링하였다. 계산으로 얻어진 밀도는 $1.11g/cm^3$이며 실험값은 $1.12g/cm^3$이다.

Corresponding to the high consumption rate of the selfie stick for cell phone camera, the design of the product is becoming diverse. However, relatively low cost selfie stick models are not strong enough to stand the weight of the cell phone. This results into a bending of the stick or the accidental fall of the cell phone by the failure of the holding unit. As a solution to the problem, design of selfie stick that is structurally strong enough to stand the weight of the cell phone with the minimum weight for the portability is proposed in this paper.

Smartphone users are 15 billion in all round the world, and Korean smartphone users are estimated at 40million people to 83% of the Korean population. Selfie stick is most popular item among 20, 30's age users. And they use smartphones more than 90%. In survey they express inconvenience of using selfie stick. Inconveniences are as follows. * Heavy * Handle is inconvenient. * Mistiming during taking pictures * the range of shooting is not enough. In this paper the first improvement was that rod strength is slightly stronger. The second we divide a grip into 3 parts. If 3 parts are unfolded, these can use for tripod. We use deflection Interpretation for main Finite Elements Method program.

Thanks to the development of applications, many people are using a smart phone cradle these days. But it has some problems. First of all, it is hard to fix on automobiles. Also, it is vulnerable to external vibration. Recognizing these problems, we decided to improve this device by using FreeCAD and ANSYS. Because FreeCAD is newly invented software, we used another 3D modeling software to cover shortages of tools in FreeCAD. Also, we used famous analysis software 'ANSYS' to analyze bending deformation, modal analysis, and harmonic analysis.

The remaining features in this study using the Freecad proceeds according to the overall effect was not supported by the modeling Freecad were conducted a study to complement using the CATIA program or other commercially available. The focus of this study is that there can be obtained the stability through the center of gravity of the balancing of two parts by increasing the weight of the other magnet through a Fortuna other end of the weight of the bar, using the center of gravity. Finally, to find the optimal design of the weight and thickness of the main bar through the center of gravity balancing is the purpose of this study.

In this paper, the FREECAD 0.14 was used for modeling conventional Selfie-stick and the newly proposed Selfie-stick design. The purpose of this paper is to demonstrate the utility of FREECAD 0.14, which is open-source and still in development for further use. After modeling the conventional Selfie-stick, CatiyaV5 was used to assemble FREECAD 0.14 drawn elements. Main advance in newly designed Selfie-stick is the portability. To improve portability of the Selfie-stick, folding mechanism was adopted from folding LED stands. Several mechanisms were adopted to improve user convenience as well. Ansys 14.0 was used for structural analyses of conventional Selfie-stick model and the newly designed model as well. Several simplifications for the models were needed to process the analyses. When analyzing the newly designed model various materials were used one by one to find compatible composition. Using Aluminum alloys for the stick and the hand grip was found to be compatible. FREECAD was useful for suggestion of the newly designed model but not so much useful to design an actual product. Various efforts would make FREECAD the best choice for industrial use for free as it is named.

This paper deals with synthesis of 4 bar linkage by using optimum design. To design 4 bar linkage, overlay method is proposed and for optimization, genetic algorithm is applied with objective function. The accuracy of this method will be determined by errors between real value and test value. We will use Chebychev spacing to get 3 precision positions of input angles. The output angles will be determined by the function that the designer wants input and output relations to be. It will be applied to example to show the accuracy of this method. The advantages of using this method are that it is fast to get optimal solution and it is simple to use.

In case of the big city, choosing the adequate root of which we can reach the destination can affect the driver's condition and driving time. so it is quite important to find the optimal routes for arriving the destination as considering the factors, such as driving conditions or travel time and so on. In this paper, we develop route choice model with considering driving conditions and travel time, and it can search the optimal path which make drivers reduce their fatigues using genetic algorithm.

The purpose of this study is designing a daily diet according to the nutrition by using genetic algorithms. The ratio of the amount of nutrients needed for each individual is different. For example, people who want to lose, maintain or gain the weight need different amount of nutrition and ratio. In addition, the nutrition should be different between the age groups such as child, youth and senior. So, it is important for each person to individualize content of nutrition that they need not the nutritional standard table. Thus, in this study, by using the genetic algorithm, our study is about the program that can make a daily diet which is optimized for individual. The program has the information of main dish, soup and side dish that we entered before. And person who uses the program can see the daily diet which is optimized related by nutrition what the person entered before. Generally, it is really difficult to design a meal by considering all of the nutrition at home because there are a lot of things to be considered. Therefore, the goal of our study is to make the program what can make a balanced daily diet at home.

In this paper, the selfie stick which can involved in small bag is designed to make easier and smaller. Model the diameter of the selfie to achieve light weight for the fixed length using FreeCAD. After modeling, check durability using 'Netgen' and 'Calculix'.

Currently, selfie stick, a monopod take selfie photographs, got its popularity. Cradle used to connect selfie stick and smartphone usually uses electric force of spring to get smartphone fixed. But, using electric forces makes it hard to attach and detach smartphone from the cradle and gives possibility of smartphone falling down. CoQue suggests new solution of smartphone cradle by using cable tie (patent number US 8407863 B2) instead of electric force. It will give more easy and stable way of using selfie stick.

The objective of the study is to develop selfie sticks to enhance portability and prevent error of pushing mobile phone button. The main target of selfie sticks is women and the size of selfie sticks is too big to put it in their bag. Also when people put mobile phone in a selfie stick, people push its button easily. Sometimes mobile phone is turned off or the volume is controlled because of pushing its button. The researcher focused on designing a solution that enhances portability and preventing error of pushing the button. The researcher understood structure of selfie stick. It consists of a mobile phone supporter and a length adjuster. The researcher designed the mobile phone supporter for enhancing portability and the length adjuster for preventing to push the mobile phone. The researcher designed a part which connects a mobile phone supporter with a length adjuster and made selfie stick fold. Also, sponges are partly put on the mobile supporter. It can reduce situation of pushing the mobile phone button. The selfie stick design from the study has an opportunity to distinguish using the product and carrying it and have people use the selfie stick conveniently.

This paper presents the single objective design optimization of plate-fin heat sink equipped with fan cooling system using Genetic Algorithm. The proper heat sink and fan model are selected based on the previous studies. And the thermal resistance of heat sinks and fan efficiency during operation are calculated according to specific design parameters. The objective function is combination of thermal resistance and fan efficiency which have been taken to measure the performance of the heat sink. And Decision making procedure is suggested considering life time of semiconductor and Fan Operating cost. And also Analytical Model used for optimization is validated by Fluent, Ansys 13.0 and this model give a quite reasonable and reliable design.

Creative selfie stick design using freecad, ansys.

Automotive aerodynamic drag coefficient is important variable for vehicle's driving performance and fuel economy. In this research, we applied genetic algorithm to determine the geometrical figure which can optimize Carr's automotive aerodynamic underbody coefficient. And it's verified by previous research.

A Sudoku puzzle is a kind of magic square puzzle which requires a non-repeated series of numbers from 1 to 9 in each 9 rows and 9 columns. Furthermore it contains total of 9 small three-by-three matrices, which need non-repeated numbers from 1 to 9 as well. Therefore the total number of possible cases of Sudoku puzzle is finite, even though that of creating nine-by-nine square is exponentially great. Accordingly a certain set of way is need not only for solving the puzzle, but also creating a new one. In this study, the method for creating a Sudoku puzzle applying genetic algorithm is suggested and will be demonstrated. Also, it will be shown that a Sudoku puzzle can be solved by genetic algorithm.

The control delays at signal intersections have proved the source of numerous vehicular and environmental complications. Control delays both directly and indirectly hinder time- and cost-effective driving by extending the duration of time spent on the road and exhausting excessive amounts of fuel. They furthermore cause traffic congestion, thereby raising overall emission levels. It is therefore imperative to reduce control delays in order to achieve time and fuel economy and reduce vehicle-related pollution. The following study accordingly uses genetic algorithms to optimize traffic signals in congested environments.

This is a dissertation is in urgent announce of the domestic legislation about bungee jumping. A bungee jumping operator puts the blame on us for causing the bungee jumping accident but before calling it, equipment of bungee jumping was old and deficient. Fee of bungee jumping is fifty thousand won. A rope seller has raised the price, as operator break the rope used limit. So that is reasonable price. Even now, operator break the rope used limit and legislation about bungee jumping is nonexistent so bungee jumping accidents occur with frequency in domestic.

We present selfie stick case design, which can protect upper part of Selfie Stick. Many of current products are damaged when it is carried without cases, especially upper part of the product, because protection case is irrelevant to handle in urgent or frequent use of the product. To solve this problem, we design the case part which is attached to stick. For designing the part, we considered functionality, aesthetics, portability and profitability.

In this paper, We have conducted a Compact SELCA-Rod design by using FreeCAD. FreeCAD is many modern design applications such as Revit or CATIA. It is based on the concept of Workbench. A Workbench can be considered as a set of tools specially grouped for a certain task. Also It has an extensive list of features FreeCAD implements. We use this practical tool and proceed the research on Compact SELCA-Rod which is attracted the most IT-related products in 2014. SELCA-Rod is mostly based on rod-shaped form as in name. However rod-shaped design has the biggest problem for mobile Through this research, We propose a new type of SELCA-Rod. It is easy to carry and take pictures from different angle.

Recently, a popularity of the smartphone is on the rise. And also related services are being created. The growth of the smart technology makes advanced equipment for smartphone accessories. Selfie-rod is one of them. Selfie-rod satisfies people who want to take their own picture at long distance. However, the weight of recent selfie-rods is too heavy that has nice functions. So, we have re-designed new selfie-rod that has light-weight body. First, we observed a selfie-rod and check the reason of the selfie-rod's high weight. The new selfie-rod has a shell and inside, there is a space that it can be light-weight. The shell and space make the selfie-rod lighter. In FreeCAD, we designed shell with a rotation function. Finally, we designed light-weight body selfie-rod with FreeCAD. FreeCAD can be used easily for beginners of CAD. FreeCAD is suitable 3D-design tool for era of 3D-printing.

There have been subway conflagrations such as Daegu subway conflagration at 2003, Washington D.C conflagration last month and so on. Compared to that, proper evacuation route is far from satisfactory. So this paper suggests optimized route when subway's passengers evacuate from passenger cars. For conducting our experiment, We made temporarily a model of subway station which is made up with 8 passengers cars and 3 exits. Using genetic algorithm, we found the optimized route that first and second passenger cars are optimized to first exit and third, fourth, fifth and sixth passengers cars are optimized to second exit and finally seventh, eighth passengers cars are optimized to third exit. It is expected that real subway station is applied to our experiment by developing passenger distribution algorithm.

이번 연구에서는 Ali & Ramadhayni[2]에 의해 실험된 corrugated fin에 Cross-Cutting을 하여 압력강하를 2-D Laminar 영역에서 분석하였다. 분석 지표로는 Pressure drop의 무차원화된 지표인 friction factor를 사용하였고, corrugation angle을 $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$로 변화 시켜가며 진행하였다. Cross-Cutting의 길이는 $0.3D_h$길이로 고정시켜 계산하였고, 모든 값은 $D_h=2l$로 무차원화 하였다. Corrugated Fin의 경우, Corrugation Angle에 따라 층류영역에서 주기성을 가진 vortex shedding이 일어나는데, 그 때의 레이놀즈 수를 본 연구에서는 임계 레이놀즈 수라 하고, Vortex Shedding이 일어나기 시작하는 $Re_{cr}$ 이하에서 연구를 진행하였다.

교량의 주탑, 초고층빌딩과 같이 세장비가 큰 대형구조물의 경우 풍하중에 취약한 특성을 지니고 있어서 바람에 의해 직각 방향으로 발산 진동하는 갤로핑(galloping) 현상이 발생하게 된다. 구조물의 진동을 억제하려는 방안으로 단면 형상에 변화를 주어 공기역학적 불안정성을 감소시키는 방법이 사용되고 있다. 본 논문에서는 Edison_CFD를 이용하여 모서리 절단부의 비율과 받음각에 따른 공기력 특성에 대한 전산해석을 수행하였다.

본 연구에서는 EDISON_CFD를 활용하여 승용차 모델을 단순화한 Ahmed Body의 후미 경사각 Slant angle $0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$의 항력계수변화를 확인하였다. 결과 분석을 통해 Ahmed Body 후면의 후류와 항력계수의 변화 경향성이 같다는 것을 확인하였다. 항력계수는 자동차의 연비 및 최고속도 등 동력성능에 큰 영향을 미치므로 최저 항력계수를 찾아보았다. 각각의 경우에 EDISON_simulation 결과 값을 비교해보면 $15^{\circ}{\sim}30^{\circ}$ 사이에서 최저 항력계수를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 정확한 값을 찾기 위해 Polynomial Curve Fitting을 사용하여 Slant angle 이 $22.91^{\circ}$일 때 최저항력계수 0.1375를 갖는 것을 확인하였다.

풍력터변의 성능을 높이기 위한 방법으로 최근 해외에서는 쉬라우드를 장착하여 유입 유량을 증진시키는 형상에 대한 새로운 아이디어가 제안되고 시범적으로 적용되고 있다. 본 연구에서는 쉬라우드가 장착된 수평축 풍력터빈에 대해서 EDISON CFD를 이용하여 쉬라우드 내부로 유입되는 질량 유량의 변동을 몇 가지 형상에 대해 수치적으로 비교 분석하였다. 유동장은 비압축성 난류유동으로 가정하였으며, 수치 해석 결과로부터 쉬라우드 주변의 순환의 세기를 형상 변동에 따라 도출하였다. 쉬라우드 형상으로는 캠버를 갖는 goe 417 에어포일을 두 개의 받음각(5도, 10도)에 대해서 수치해석을 수행하였으며, 브림을 갖는 디퓨저 형상(Wind-lens)에 대해서도 유입 유량 변동과 순환 세기에 대해 수치해석을 수행하고 결과를 상호 비교하였다. 본 연구를 통해 쉬라우드가 발생시키는 순환에 의한 유입 유량 증가 현상을 파악할 수 있었으며, 이로써 풍력터빈의 출력을 증대시킬 수 있음을 확인하였다.

지난 수십 년간 유체역학적인 관점에서 곤충이나 새의 움직임을 모방하기 위해 진동하는 익형(pitching airfoil)과 동적 실속에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 유동박리가 일어나지 않는 범위 내에서 진동하는 익형의 특성에 대한 연구는 보기 드물다. 또한 기존의 유동박리가 일어나지 않는 영역에서 익형의 진동 현상에 대해 수행된 연구는 수중과 같이 낮은 레이놀즈수에서 수렴되었기 때문에, 공기 중과 같이 높은 레이놀즈수에서 유동현상과 다른 특성을 보여주고 있을 수 있다. 따라서 본 연구는 높은 레이놀즈수에서의 다양한 환산 진동수, 받음각진폭, 익형에 따른 공력특성을 분석하였다. 그 결과, 익형의 진동으로 인한 양력계수의 차이는 작음을 알 수 있었다. 그러나 높은 환산 진동수에서 익형의 항력계수가 감소하는 경향이 나타나며, 이로 인해 높은 환산 진동수에서 수치적으로 추력이 발생할 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 스파이럴 보강을 한 원형 실린더 주위의 유동를 분석하였다. 이를 위해 스파이럴 보강 부분을 사각형 부착물로 분리해서 나타내었다. EDISON_CFD의 가상 경계법을 이용하여 원형 실린더와 부착물 주위의 유동 현상을 해석하였다. 부착물의 두께와 각도를 다르게 하여 각각의 공력 계수와 총 합력을 구하고 이에 따른 특성을 분석하였다.

수중 식생, 해양 구조물과 같은 복합 구조에 대하여 본 연구에서는 각각의 구조물을 원형 실린더로 가정하고, 구조물 다발 하나를 원형 실린더 패치로 가정하였다. 패치들의 배열을 계산할시 기존의 방법으로는 많은 격자가 필요하기 때문에 좀 더 효율적으로 외력의 특성을 파악할 방법을 살펴보았다. 계산 영역 내에서 평균화된 정보들을 통해서 이용하여 항력계수와 양력계수와 속도, 압력의 관계를 알아내는 모델링 방법을 해보았다.

본 연구에서는 이중압축램프의 초음속 유동에서 발생하는 충격파 경계층 상호작용을 EDISON_CFD로 해석하기로 한다. 이중압축램프에선 역압력 구배로 인하여 경계층이 박리가 일어나게 되고 박리된 경계층이 다시 이중압축램프에 부착되어 생겨난 박리영역을 관찰할 수 있다. 박리영역의 앞뒤로 유동의 방향이 바뀌게 되면서 압축 팬(compression fan)과 재부착 팬(reattachment fan)이 충격파를 발생시키고 이중압축램프전방의 충격파와 만나서 복잡한 유동 구조를 가지게 됨을 확인하였다. 이와 같은 층류에서 난류, 박리와 재부착의 영역에서의 해석하기 위해선 해석자의 난류모델이 중요하다. $15^{\circ}-30^{\circ}$, $15^{\circ}-45^{\circ}$의 두 종류의 이중압축램프를 $k-{\omega}$ SST 난류 모델과 ${\gamma}-Re_{\theta}$ 천이 모델로 계산을 EDISON_CFD로 수행하였다. 난류 모델의 차이를 표면마찰계수, 압력계수, 마하수로 비교하여 차이점을 분석하였다.

항공기 운항 중에 가장 연료가 많이 소모될 때는 순간 고출력이 필요한 이륙 순간이다. 항공기가 이륙시 보다 적은 연료를 이용하여 효율적인 비행을 위해 고양력 장치를 사용하고 있다. 본 연구에서는 항공기가 이륙 시 사용되는 고양력 발생 장치 중 하나인 Slat을 이용하여 Slat의 각도 변화에 따라 가장 효율적인 공력특성을 찾아보았다. Slat의 각도를 $15^{\circ}$, $20^{\circ}$ $25^{\circ}$, $30^{\circ}$로 변화시켜 보면서 공력 특성 값들을 확인한 결과 Slat이 있는 경우 NACA2415만 있는 경우보다 양력계수가 좋아졌으나 Slat 뒷전의 와류에 의해 항력계수가 약간 증가 하는 모습을 보였다. 본 실험 case 중에서는 Slat 각도가 $30^{\circ}$일 때 Slat 뒷전의 와류가 사라져 가장 우수한 공력 특성을 보였다.

활주로에서 발생하는 측풍이나 돌풍 등은 항공기의 이 착륙 안정성에 큰 영향을 미친다. 일반적으로 활주로를 건설 할 때 측풍에 대하여 많은 고려를 하지만, 이는 단순히 건설지형 주변에서 발생되는 기상 현상에 대한 데이터를 사용할 뿐 활주로가 완성된 이후에는 활주로 주변 지형 및 환경이 변하게 되어 활주로 건설 초기에 측정된 풍향이나 풍속이 크게 변할 수 있다. 따라서 측풍이 불어올 때, 활주로 주변 시설물에 의한 유동변화가 항공기의 이 착륙 비행 안정성에 미치는 영향이 고려되어야 하다. 본 연구에서는 3차원 형상의 활주로와 주변 시설물을 2차원으로 가정하여 활주로 주위 유동해석을 전산유체역학을 통해 계산하고, 유동변화가 이 착륙하는 비행기에 미치는 영향을 알아본다.

조정은 작은 속도차이가 경기에 큰 영향을 미치는 스포츠이다. 이에 따라 노 주변 유통에 대한 다양한 연구가 진행되어왔지만 정작 노 블레이드를 어떠한 형상으로 설계해야 어떤 영향에 의해 노의 성능이 향상되는지에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 4-digit NACA 익형 캠버 식을 이용하여 최대 캠버와 최대 캠버 위치를 변화시켜가며 노의 추진력과 효율을 모두 높이는 노 블레이드 형상을 찾아보았다. 연구 결과 최대 캠버의 크기가 크고 최대 캠버의 위치가 블레이드 압전에 가까이 위치할수록 노의 추진력과 효율이 향상되는 것을 확인하였다. 본 연구의 실험 범위에서는 최대 캠버와 최대 캠버의 위치가 각각 시위길이의 4%, 20%인 노 블레이드의 경우 블레이드가 평판인 경우보다 배의 평균속도를 0.18m/s 향상시켰으며, 이는 실제 경기에서 57.2m의 거리 차와 약 13초의 기록차이를 가져온다.

초기 화재 진압을 위해 사용되는 스프링클러(sprinkler) 설비는 스프링클러헤드의 형태에 따라 살수 분포가 달라진다. 화점의 발생 위치는 특정하기 어려우므로 스프링클러의 살수범위(spray coverage)가 넓게 퍼지는 형태가 되는 것이 확률적으로 가장 큰 효율성을 가진다. 본 연구에서는 EDISON_전산열유체 시스템의 다상유동 해석자를 활용하여 스프링클러헤드의 형태에 따라 살수각과 국부 유동장을 분석하였다. 3차원 형상을 가지는 스프링클러헤드 형상을 2차원 단면으로 나누어 해석하였으며 프레임(frame)과 반사판(deflector)의 형상에 따른 유동장의 변화를 살펴보았고 살수각(spray angle)을 정량적으로 나타내었다. 최종적으로 최대 최소의 살수각을 갖는 2차원 스프링클러헤드를 형상화하였고 이를 중첩하여 살수 범위를 넓게 갖는 스프링클러헤드를 3차원 모델링하였다.

초음속 흡입구는 고속 비행에서 발생하는 충격파를 이용하여 제트엔진 내부에 유입되는 공기를 압축시키는 구조로써 주로 램제트와 스크램제트 엔진에 적용되어 연구개발이 진행되어 왔으며 현재는 미사일의 추진체 개발에도 응용되고 있다. 초음속 영역에서의 흡입구는 cone 모양의 스파이크 구조를 통해 경사충격파가 생성되어 외부에서의 공기압축을 먼저 거치게 된다. 본 연구에서는 EDISON CFD를 이용하여 외부압축 초음속 흡입구 주위의 공기유동을 해석하고 Cubbison, R.W.의 풍동실험 결과와 비교 분석하였다. 초음속 흡입구 주위의 유동을 2D 축대칭 압축성 유동으로 가정하고 EDISON CFD의 2D_Comp_P 솔버를 사용하여 수치해석을 수행하였다.

어도(fishway)란 강이 댐과 같은 인공물로 막혀있을 때 물고기가 지나갈 수 있도록 만든 통로이다. 본 연구에서는 전산유체해석 프로그램인 EDISON_CFD 시스템을 활용하여 아이스하버식 어도 내 월류부(rollway)에서 유체의 수직흐름특성을 분석하였다. 어류는 소상과 강하시 어도 내의 흐름에 민감하므로, 흐름에 영향을 주는 요인을 분석하는 것은 중요한 문제이다 어도는 2차원으로 간략화하여 모델링하였으며, 강의 유속, 어도의 기울기, 월류부 높이를 변화시키며 이들이 어도 내의 흐름특성과 어떤 관계가 있는지 분석하였다. 또 속도 증가에 따른 수면파의 파장 변화를 프로우드수와 연관지어 설명하였고, 레이놀즈수가 어도 내의 흐름특성과 밀접한 관련이 있음을 확인하였으며 기 설치된 어도의 문제점을 보완할 수 있는 방법을 제시하였다.

본 연구에서는 CFD 해석 프로그램 EDISON_CFD를 통하여 2차 세계 대전에 소련에서 제작한 복엽기 AN-2의 기체를 기본 모델로 하여 설제 기체에 사용된 TSAGI P-II-14 airfoil를 이용, 기본 모델의 상단 주익과 미익은 고정하고 하단 주 날개의 위치를 변화시켜 공력특성을 분석하였다. 익형의 평행배치의 경우 기본모델에 비해 양력은 적은 크기로 증가하나 항력이 급격히 증가하여 가장 양항비가 낮은 비효율적인 공력 해석 결과를 보였고 복염기 하단 주익의 돌출은 상단 주익의 돌출에 비해 미세한 양력 감소와 항력 증가를 보여 양항비가 감소하는 현상을 보였다. 상, 하단 주익의 상하 간격이 커질수록 양력은 중가, 항력은 감소하며 간격이 작아질수록 양력의 감소와 항력의 증가를 보였다. 본 연구 해석 결과에 따라 순항조건에서의 익형은 상,하 주익간 수직 간격을 넓게 배치하는 것이 가장 효율적으로 볼 수 있다.

유동 교란에 의하여 균일유동이 아닌 자유류가 항공기 날개 표면을 지나면 공력 계수들이 균일 자유류 유동과는 달라진다. 예를 들어, 항공기들의 편대 비행에서 앞의 항공기가 생성한 후류가 뒷 항공기에 영향을 주고, 두 개의 주익을 가지는 Tandem Wing 항공기의 경우 첫 번째 주익에서 발생된 후류가 두 번째 주익의 공력에 영향을 미친다. 본 연구는 NACA0012 익형의 앞쪽에 또 다른 익형을 배치하여 앞 쪽의 익형에서 발생한 후류가 뒤의 익형에 미치는 영향을 익형 사이의 거리에 따라 분석하였다. 앞쪽의 익형에서 발생한 압력계수와 뒤쪽에서 발생한 압력계수의 비교를 통해 후류의 효과가 어떤 영향을 끼치는지 확인 하였고, 두 익형 사이의 거리가 2c일 때 후류의 영향이 거의 없음을 확인 하였다.

고혹에서의 자동차의 주행성능을 높이는 장치 중 하나인 에어댐이라는 장치가 있다. 본 연구에서는 장치의 실제적인 효과를 유동가시화를 통하여 확인하고자 연구를 진행하였다. 따라서 자동차 에어댐의 장착에 따른 공력 특성을 분석해보았다. 에어댐의 유무에 따른 자동차의 공력 특성을 확인하고, 에어댐의 길이에 따라 공력 특성이 어떻게 차이가 나는지 총 세 가지로 분류하여 비교하였다. 에어댐의 법적허용 높이와 전면 범퍼 높이의 중간 값, 법적허용높이, 법적허용높이의 1/2배에 해당하는 길이의 에어댐을 장착하여 어떠한 효과가 발생하는지 확인하였다.

초소형 비행체는 길이 150mm, 무게 100g 이하의 비행체이다. 초소형 비행체는 그 특성상 저 레이놀즈수에서 비행하며 저 레이놀즈수에서의 공기역학적 특성은 고 레이놀즈수에서의 공기역학적 특성과 큰 차이가 있다. 이는 초소형 비행체 개발 위해 저 레이놀즈수에서의 공력특성 연구가 필요함을 의미한다. 이에 따라 본 연구에서 NACA 4digit Airfoil의 캠버크기와 캠버위치의 변화에 따른 공기역학적 특성의 변화를 확인하였다. 캠버의 위치가 앞전 또는 뒷전으로 이동함에 따라 양력계수가 상승하는 것을 확인하였으며 캠버가 뒷전으로 이동함에 따라 실속이 지연되는 것을 확인하였다. 약 4도 이하의 받음각에서 익형의 아랫변에 발생하는 박리는 고 레이놀즈수에서의 실험에서 확인되어지는 공력특성과 큰 차이를 발생시켰다. 양항비 특성이 가장 우수한 익형은 NACA5808 인 것으로 확인되었다.