전동기 구동시스템의 사양 결정과 설계를 위해서는 부하의 부하토크, 관성계수, 마찰계수 등의 정보에 의한 부하 모델링이 반드시 필요하다. 전동지게차 시스템의 모델링을 위해서는 차체의 중량과, 바퀴의 제원 등 제한적인 정보를 기초로 하여 번거로운 계산과정을 거쳐야 하지만 정확한 정보를 얻기에는 어려움이 따른다. RecurDyn은 기계시스템의 모델링과 시뮬레이션을 하는 3차원 해석이 가능한 Functionbay사에서 개발한 시뮬레이션 프로그램으로서 3D의 기계적인 형상을 작성하고, 물성을 입력하면 부하토크, 등가 관성계수, 마찰계수를 출력할 수 있어 전동기구동시스템의 시뮬레이션 프로그램인 Matlab/Simulink와 결합하여 시뮬레이션을 수행 할 경우 부하 모델링 없이 전체 구동시스템의 특성 시뮬레이션이 가능하다. 본 논문에서는 영구자석 동기전동기로 구동하는 전동지게차 시스템을 대상으로 RecurDyn 프로그램의 활용을 소개하고 Matlab/Simulink를 이용한 결함 시뮬레이션의 가능성을 보고자 한다.
본 논문은 3상 동기발전기의 과도 특성을 분석하기 위해 MATLAB/ SIMULINK를 이용하여 모델링하였으며 동기발전기 출력단의 개방 및 3상 단락 회로 조건에 따른 특성곡선을 분석하였다. 정상상태, 과도상태 및 차과도상태 구간에서 고정자 권선, 회전자 권선 및 댐퍼 권선 등이 갖는 자기 인덕턴스 및 상호 인덕턴스 특성 관계와 자속 변화특성 등을 수학적 모델 기반의 소신호 모델링을 통해 3상 동기발전기를 등가적으로 모델링하였다. 시뮬레이션을 통해 얻은 값에 의해 과도상태와 차과도상태의 모터 데이터를 분석하고 단락상태의 시간 상수를 계산하여, 동기발전기의 3상 단락 조건에서 초기 과도 및 과도상태의 특성을 검증하였다.최종적으로, 이론적 공식에 의해 계산 된 동기 발전기의 파라미터는 시뮬레이션 결과와 일치하며 오차는 2 % 범위 내에 있다.
모터의 설계를 위해서는 여러가지 방법에 의해서 해석을 먼저 수행하는 것이 필수적이다. 이를 위해서는 시스템에 대한 최적 모델링이 필수적인데 모터의 전자기적인 해석에는 비선형성이 크기 때문에 최적의 모델링이 쉽지 않다. 특히 집중권선 방식을 이용한 유도기는 자속의 집중으로 인해 고조파 발생 등 많은 문제점을 안고 있어서 실제로 유도기 설계시 설계자들이 많은 어려움을 겪고 있으며, 많은 설계자들은 대부분 등가회로를 이용한 방법으로 시뮬레이션하고, 자신의 경험을 바탕으로 시행착오를 거쳐 가면서 설계를 하고 있다. 그러나 그렇게 설계된 제품이 최적의 설계인지도 의문시 되는 경우가 대부분이다. 따라서 본 논문에서는 모터의 최적설계를 위하여 기존 개발한 집중권 방식 유도기를 대상으로 신경회로망을 이용하여 시스템을 모델링하였고, 그 결과를 확인하기 위해 기존 개발한 집중권 유도기의 실측치와 신경회로망을 이용하여 모델링한 방법을 비교, 제시하였다.
본 논문은 BESS용 단상 인버터의 입력에 영향을 미치는 차동모드 노이즈에 대한 모델링을 제안하였으며, 이를 시뮬레이션으로 구현하였다. 이 방법은 적절한 노이즈원과 전달 임피던스 경로를 통해 구현되고, 단상 인버터의 개발 초기 단계에서 EMI 설계 과정을 최적화하여 개발 비용을 줄이는데 도움이 될 수 있다. 노이즈원 전류는 단상 인버터의 IGBT 스위칭에 대하여 모델링하였고, 차동모드 등가 회로를 통해 임피던스 경로를 해석하여 이 두 값의 곱으로 입력에 영향을 주는 차동 모드의 노이즈 전압을 도출하였다. 차동모드 노이즈의 모델링을 시뮬레이션과 실험의 비교를 통해 검증하였다.
본 논문은 중공튜브 및 샌드위구조 형식을 주로 갖는 GFRP 복합소재 바닥판의 기본설계에서 전체 유한요소 모델링을 이용하지 않고 탄성등가 모델링을 이용한 간편 해석 방법을 제시하였다. 제시된 간편 해석 방법의 타당성 검증을 위해서 ANSYS 프로그램이 사용되었으며, 전체 유한요소 모델링과 탄성등가모델링을 이용한 해석값을 각각 비교하였다. 또한 본 논문에서 제안된 GFRP 복합소재 바닥판 간편 해석법에 의한 해석 결과를 비교하기 위해 각형 튜브를 갖는 샌드위치 구조형식 GFRP 복합소재 바닥판의 4점 휨시험인 실내실험결과를 수행하였다. 해석 결과와 실험 결과 내용을 비교분석하였다. 제시된 간편해석 방법은 GFRP 복합소재 바닥판의 기본설계시 사용하기에 적용성이 있음을 확인되었다.
배수재가 설치된 연약지반의 현장거동은 3차원적인 특성을 나타낸다. 그러므로 보다 효율적인 2차원 평면변형률 수치모델을 이용하여 적절하게 해석하기 위해서는 현장지반의 3차원적인 흐름특성을 평면변형률 모델의 층류흐름으로 전환할 필요성이 있다. 본 논문에서는 배수재가 설치된 연약지반의 3차원적인 거동특성을 고려하기 위하여 등가의 효과적인 모델방법이 유한요소법에 적용되었다. 2차원 등가모델은 등가투수계수와 배수재의 강성토를 고려한 등가폭을 가진다. 제안된 등가모델을 검증하기 위하여 ABAQUS 프로그램을 이용한 3차원 압밀해석을 수행하였으며, 3차원 해석결과와 2차원 해석결과를 비교하였다. 제안된 등가모델을 적용한 2차원 평면변형률 수치해석방법은 현장지반의 3차원적인 거동특성을 비교적 정확히 예측할 수 있다.
본 논문은 실내시험과 수치모델을 이용하여 십자형 배수재의 압밀촉진효과와 등가직경을 검토하고 판형배수재와 비교하였다. 배수재의 등가직경은 실내시험으로부터 역계산하여 문헌에 의해 제시된 공식으로부터 산정된 결과와 비교하였고, 압밀효과는 3차원 흐름해석프로그램인 MODFLOW를 사용하였다. 해석모델의 신뢰성은 현장의 침하-시간 계측자료를 이용하여 검토하였다. 실내시험결과 산정된 판형 배수재의 등가직경은 Rixner의 제안식에 유사한 경향을 보였고, 십자형 배수재의 등가직경은 $d_w\;=\; \\tarc{3}{4}.(b+t)$로 산정되었다. 실제현장을 모델링한 수치해석결과 십자형 배수재는 압밀시간이 9-10% 감소하였고, 현장자료를 이용한 수치 흐름모델로부터 산정한 등가직경은 실내시험보다 3.5배 작은 것으로 나타났다.
다자유도 시스템의 내진 성능을 평가하기 위해서는 반복적인 비선형 시간 이력 해석이 필요하며 이를 위해 많은 계산과정과 노력이 필요하다. 이와 같이 해석에 따르는 어려움을 보완하기 위해 복잡한 다자유도 시스템을 반영할 수 있는 등가 단자유도 시스템을 개발하였다. 등가 단자유도의 이력 모델로는 일반적으로 이선형 모델과 삼선형 모델이 사용된다. 이러한 모델은 탄성 거동 이후 음강성을 가질 수 있도록 하여 지진 발생 시 중력하중에 의한 발생되는 효과를 반영하기 위해서이다. 본 연구에서는 철골모멘트 골조의 실제 응답을 예측하기 위하여 이러한 이력 모델들로 거동하는 등가단자유도 시스템의 필요조건에 대하여 평가하였다. 이를 위해 본 연구에서는 로스엔젤레스 지역의 SAC 9층 모멘트 저항 골조를 비선형 다자유도 시스템과 등가단자유도 시스템으로 모델링하여 반복하중 푸쉬오버 해석, 비선형 시간 이력해석 및 IDA(Incremental Dynamic Analysis)를 수행하여 비교 검토하였다. 또한 본 연구에서는 강도저감 모델에 대해서도 평가를 수행하였다.
본 논문에서는 1-3형 압전복합재료를 단일상의 균질 압전매질로 모델링하기 위해 필요한 등가의 물성을 유한요소 해석으로 직접 추출하는 기법의 정확도를 다룬다. 직접 추출 기법은 압전재료의 전기적, 기계적 거동과 상호 간 커플링을 기술하는 구성방정식을 기반으로 물성 행렬의 개별 성분들을 직접적으로 산출하는 방법이다. 직접 추출에 사용되는 두 가지 구성방정식 조합 간의 정확도를 비교하기 위하여 단일 1-3형 압전복합재료 하이드로폰을 대상으로 등가물성과 수신감도를 산출하고 전체 영역에 대한 유한요소 해석 결과와 비교한다. 물성 추출의 정확도는 압전복합재료를 구성하는 폴리머의 탄성 특성과 밀접한 관련이 있음을 확인하고, 오차 원인을 분석하여 정확한 등가물성 산출을 위한 가이드라인을 제시한다. 압전복합재료 하이드로폰과 주변의 음향구조물을 포함하는 스테이브 규모에 대해서도 등가 모델링을 적용하여 추출된 물성의 정확도와 연산량 감소를 확인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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