• 한국정밀공학회지
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• 제13권7호
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• pp.66-77
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• 1996

Optimal topology design is to search the optimal configuration of a structure which can be used as a shape at the conceptual design stage. Our objective is to maximize the stiffness of the structures and ribs under a material usage constraintl. The density of each finite element is the design variable and its relationship with Young's modulus is expressed by quadratic form. The configuration is represented by the entire density distribution, the structural analysis is performed by finite element method and the optimiza- tion is performed by Feasible Direction Method. Feasible Direction Method can handle various problems simultaneously, that is, mult-objectives and multi-constraints. Total computation time can be reduced by the quadratic relationship between the density and the material property and fewer design variables than Homogenization Method. Toplogy optimization technique developed in this research is applied to design the shapes of the ribs.

• 한국추진공학회지
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• 제22권6호
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• pp.94-103
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• 2018

발사체 및 유도무기 기체에 사용되는 복합재 격자구조물은 구조물에 작용하는 하중을 고려하여 최소한의 두께와 무게로 설계되는 구조물이다. 이를 위하여 실리콘 몰드에 탄소섬유를 와인딩하는 공정으로 격자구조물을 만들며, 이때 발사체 및 유도무기 기체 내부의 장비 등을 점검하기 위하여 점검창을 설치하는 것이 일반적으로 요구된다. 본 논문에서는 필라멘트 와인딩 공정으로 제작된 실린더형 격자구조물에 대하여 압축시험을 수행하고, 이 구조물에 대한 유한요소해석을 수행하여 얻은 해석 결과를 설치된 격자구조물에 대하여 유한요소해석을 수행하였다. 또한 구조물의 리브(Rib)와 노트(Knot)의 파손강도를 통해 육각형 점검창의 두께 및 위치를 변수로 선정하여 수행한 유한요소해석 결과는 다음과 같다; (1) 육각형 점검창의 안전계수가 사각형 점검창 보다 높게 계산되었으며, (2) 수직 점검창이 상단 헬리컬 리브의 중간에 위치할 때 안전계수가 높게 계산되었고, (3) 구조안전성 확보를 위하여 점검창의 두께를 증가시킬 경우 구조물의 불연속 부분에 응력집중이 발생하므로 유한요소 해석을 통해 안전계수가 가장 높은 점검창 형상을 선정해야 한다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권5호
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• pp.130-138
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• 2023

이 연구에서는 강재 영구거푸집 와이드 보를 대상으로 시공하중에 대한 실험적‧해석적 연구를 수행하였다. 측면강판의 리브 간격과 고정철물의 깊이를 변수 총 4개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였으며, 변수별 실험체의 구조거동 차이를 상세히 분석하였다. 또한, 실험결과를 기반으로 강재 영구거푸집 와이드 보의 유한요소해석 모델을 제안하였다. 검증된 해석모델을 활용하여 하부 및 측면강판의 리브 간격, 고정철물 간격, 고정철물 깊이 및 두께를 변수로 해석적 연구를 수행하였으며, 이를 통해 최적화된 상세를 도출하였다. 더 나아가 다양한 상세를 가지는 강재 영구거푸집 와이드 보의 변형량을 간단하게 예측할 수 있는 인공신경망 예측모델을 제안하였다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.87-95
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• 2011

본 논문에서는 유한요소해석법을 사용하여 역우산형 쌍곡포물선쉘구조물을 해석하고 그 결과를 기존의 막이론에 의한 설계식의 결과치와 비교하였다. 또한 지붕면의 경사도를 달리하며 경사도에 따른 처짐 및 테두리보와 내부경사리브에 작용하는 부재력, 쉘면에 작용하는 막응력의 변화를 살펴보았다. 해석결과 기존의 막응력에 의한 이론해는 테두리보 및 내부경사리브에 대한 부재력을 과대평가하는 반면 막응력에 대해서는 반대로 과소평가를 하고 있는 것으로 나타났다. 유한요소법에 의해 해석한 지붕의 처짐은 경사도가 낮아짐에 따라 급격하게 증가되는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권3호
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• pp.80-86
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• 2020

역리브 (Inverted multi-tee, 이하 IMT) 슬래브를 제작하기 위해서는 콘크리트를 2번에 걸쳐 타설해야하기 때문에 부재 제작에 상당한 시간이 소요된다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 최근에는 슬립폼 방식을 활용하여 IMT 슬래브를 제작하는 기술이 새롭게 개발되었다. 이 연구에서는 슬립폼 방식으로 제작된 IMT 슬래브의 구조성능을 평가하기 위한 휨 및 전단 실험을 수행하였다. 이를 위하여 토핑콘크리트가 합성된 휨실험체 1개와 전단실험체 2개를 제작하였으며, 실험체들의 파괴모드 및 균열패턴, 프리캐스트 슬래브와 토핑콘크리트 사이의 슬립을 상세히 계측하고 분석하였다. 또한, 현행구조기준을 활용하여 실험체들의 휨 및 전단강도를 평가하였으며, 상이한 압축강도의 콘크리트로 구성된 합성 IMT 슬래브에 적합한 전단강도 산정방법을 제안하였다. IMT 슬래브의 휨강도는 현행구조기준에서 제시하는 공칭 휨강도를 상회하는 것으로 나타났으며, 제안 전단강도 산정방법은 실험체들의 전단강도를 우수한 정확도로 평가하는 것으로 나타났다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.347-352
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• 2006

분자전해질연료전지 내의 다공성 기체확산층은 반응가스의 확산과 전자이동통로의 역할을 수행할 뿐만 아니라 전기화학반응에 의해 공기극에서 생성된 수분(기상 혹은 액상)을 반응면으로부터 분리판 채널 방향으로 이동시켜 배출시키는 중요한 역할을 한다. 따라서 물관리를 통한 성능향상을 위해서는 기체 확산층의 구조 및 재료특성에 대한 심도 릴은 연구가 필요하다. 실제 단위전지 체결시 기체확산층은 분리판의 리브(rib)에 의해 눌리게 되며, 그 부분의 기공 크기 분포의 변화를 야기한다. 또한 리브 전단부분에서 탄소 섬유가 손상을 입으며, 탄소 섬유를 감싸고 있는 PTFE coating이 벗겨지게 되어 표면화학적 특성이 달라진다. 본 연구에서는 단위전지 체결 시 분리판에 의해 눌리는 기체확산층의 기공 크기 분포 변화를 측정하였으며, 기공의 소수성에서 친수성으로의 변화를 알아보았다. Mercury 기공 측정기와 PMI 기공 측정기는 큰 기공 분포의 변화에, 질소의 흡/탈착을 이용한 BET 방식은 작은 크기의 기공 분포 변화 관찰에 사용되었다. 체결압에 의한 탄소섬유의 구조적 변화와 아울러 표면의 습윤 정도의 변화를 XPS와 물/알콜 Uptake를 이용해 알아보았다. 이 연구를 바탕으로 물관리를 통한 연료전지 성능 향상을 위한 최적 GDL 선정에 기반이 되는 자료를 도출하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권4호통권71호
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• pp.493-500
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• 2004

본 논문에서는 복합재료로 이루어진 원통형 쉘 구조물을 해석모델로 설정하였으며, 좌굴의 링 보강재 보강효과에 대해서 연구하였다. 유한요소법으로 해석을 수행하였으며, 보강재의 요소는 3차원 보요소를 사용하였고, 쉘 요소는 적용성이 뛰어난 평면쉘요소를 사용하였으며, 대체 전단 변형률장을 도입하여 잠김현상을 극복하였다. 본 연구에서 링 보강재는 횡리브(Rib)의 형태이다. 이러한 보강재가 원통형 쉘의 좌굴에 미치는 영향을 고찰하였다. 즉, 보강재의 위치 변화, 보강재의 크기 변화, 쉘의 변장비 변화, 쉘의 지점조건의 변화, 복합재료의 화이버 보강각도 변화 등 다양한 파라미터 연구를 통해서 쉘의 좌굴거동을 분석하였다. 여러가지 설계변수에 대한 보강된 쉘의 거동에 대한 정확한 이해로부터 효율적인 보강설계를 제시하고자 하였으며, 원통형 쉘의 좌굴해석시 좋은 참고자료로 활용할 수 있으리라 기대된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권3호
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• pp.41-50
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• 2012

강재의 품질향상으로 강교에 있어서 재료자체의 파괴보다는 반복하중에 의한 피로균열 문제가 더욱 중요한 요소가 되었다. 재료의 항복으로 인한 교량의 붕괴 등의 사례는 거의 보고되고 있지 않지만 용접부에 발생하는 피로균열에 대한 사례는 매우 많이 보고되고 있다. 종리브와 횡리브, 데크 플레이트로 구성된 직교이방성 강바닥판의 피로응력은 강바닥판을 구성하는 요소들의 구성 형태 및 물성과 밀접한 관련이 있다. 본 논문에서는 Pelikan-Esslinger method와 signed Von-Mises 등가응력 개념을 활용하여 직교이방성 강바닥판의 피로응력을 산정하는 방법을 제시하고, 직교이방성 강바닥판 구성요소들의 구성형태와 물성을 변화시켜 피로응력에 미치는 영향을 분석하였다. 직교이방성 강바닥판의 피로응력과 구성요소의 상관관계 경향을 분석함으로써 설계 및 유지보수 시에 더 효율적인 대안을 찾는데 도움이 될 수 있을 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.21-31
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• 2018

이 논문은 철도교 교량 바닥판의 영구거푸집 목적으로 개발된 리브가 부착된 프리캐스트 콘크리트 패널과 그 패널을 적용한 교량바닥판의 구조 성능 검증을 위한 정적하중재하실험을 수행결과를 정리하였다. 영구거푸집 용도의 리브가 부착된 프리캐스트 패널을 대상으로 폭 400mm 보부재와 폭 1200mm 판부재를 각각 3개씩 제작하였고 후타설 콘크리트와 리브가 부착된 프리캐스트 콘크리트 패널이 합성된 교량 바닥판 부재를 대상으로 폭 400mm 보부재와 폭 1200mm 판부재를 각각 3개씩 제작하여 총 12개의 실험체에 대하여 정적하중재하 실험을 수행하였다. 모든 실험체의 단면은 바닥판 설계지간 1.6m를 갖는 두께 240mm의 철도교 바닥판을 가정하여 결정하였고, 시공하중이 작용하는 프리캐스트 패널에 대하여 콘크리트 표준시방서에 따른 거푸집 설계하중을 재하하였을 때 리브가 부착된 프리캐스트 콘크리트 패널 하면의 인장응력이 콘크리트 인장강도를 초과하지 않도록 단면을 설계하였다. 각 실험체에 대하여 하중에 따른 철근변형률, 콘크리트 변형률, 균열폭, 처짐, 합성부재의 시공이음면의 슬립량을 계측하여 그 결과로부터 구조물의 안전성과 사용성 평가를 수행하였다. 모든 실험체는 현행 설계기준에서 요구되는 안전성 및 사용성 기준을 만족하는 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제35권2호
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• pp.106-114
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• 2022

탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 우수한 비강도 및 비강성으로 인하여 항공산업에서 널리 사용되고 있다. CFRP는 대부분 탄소섬유나 프리프레그를 적층한 구조로 사용되고 있으며, 이러한 구조는 박리가 발생할 수 있다는 치명적인 단점이 있다. 이는 보통 두께방향 섬유의 부재에서 기인한다. 본 연구에서는 탄소섬유가 세 방향으로 직조된 3차원 탄소섬유 프리폼 및 이를 적용한 항공기 날개 단위구조체를 제조하였다. 단위구조체는 항공기 날개의 핵심 요소인 스킨, 스트링거, 리브로 구성되며 수지 이송 성형공정을 이용하여 제조하였다. 압축시험을 통하여 기존의 적층형 구조물과 비교한 결과, 3차원 프리폼은 구조물의 박리예방 뿐만 아니라 강도향상에도 효과적임을 보여 주었으며, 이는 3D 프리폼 구조물이 박리 예방을 필요로 하는 다양한 분야, 특히 항공 분야에서 널리 사용될 수 있음을 의미한다.