설계단계에서 시스템의 불확실성을 반영하려는 노력이 다양하게 이루어지고 있으며, 강건 최적설계 혹은 신뢰도 기반 최적설계는 이에 대한 대표적인 설계 방법론이다. 이러한 최적화 수식에는 성능함수의 평균, 표준편차와 확률제한조건이 목적함수와 제한조건으로 주로 활용된다. 그러므로, 이러한 통계적 특성치를 효과적으로 계산하는 것은 필수적이며, 더 나아가 최적화 과정에서 비선형 계획법이 일반적으로 활용되므로 민감도가 반드시 필요하다. 본 연구에서는 통계적 모멘트와 확률제한조건에 대해 적분 형태로 정의되는 민감도 수식을 비정규 분포로 확장하고자 한다. 얻어진 민감도 해석 결과는 통계적 모멘트와 손상확률이 설계점에서 계산된 경우, 민감도를 얻기 위해 추가로 성능함수를 계산할 필요가 없음을 보여주므로 효율성 측면에서 우수하다. 그러나, 민감도 수식이 성능함수와 확률밀도함수의 미분과정에서 얻어지는 함수의 곱으로 정의되므로, 동일한 수치적분 방법이 적용되는 경우 민감도 해석 결과는 통계적 모멘트 결과의 정확도에 미치지 못할 가능성이 있다.
이상의 결과를 정리하면 다음과 같이 요약할 수 있다. (1)Karman의 적분 방정식에 미소 거칠기 영향을 고려함으로서 디퓨져 닥트 표면의 경계층 계산에 응용한 결과 모멘트 적분법 및 실험치와의 비교에서 개선된 결과임이 확인되었다. (2) 국소 거칠기의 효과를 주는 방법으로는 Cole의 벽 및 와 법칙에 Clauser의 거칠기 함수와, 압력 기울기를 고려한 부가 형상계수 값으로 적분 방정식에 응용할 수 있다. (3) 국소 거칠기 분포에 의하여 경계층 특성을 교란시켜 표면 마찰력 계수를 줄일 수 있어 마찰력 손실을 줄일 수 있는 방안이 제시되었다.
본 논문에서는 냉간성형 profiled steel sheeting과 보통강도의 콘크리트로 이루어진 합성보의 휨거동에 관한 연구를 통하여 새로운 형식의 보부재의 사용가능성을 검토하였다. 합성보의 비선형거동을 추적하기 위하여 profiled steel sheeting, 철근 및 콘크리트의 재료비선형을 포함할 수 있는 해석적 방법을 개발하였으며, 합성보의 비선형 모멘트-곡률 관계를 나타낼 수 있는 Power Model식을 제시하였다. Power Model은 원래 보-기둥 접합부의 모멘트-회전각과의 관계를 예측하기 위해 제안된 것이나 합성보에 맞게 수정하였다. 합성보의 하중-처짐 거동은 Power Model에 의한 모멘트-곡률 관계를 이용하여 변위조절법인 단계별 수치적분법을 적용하여 계산하였으며, 실험결과와 비교하였다.
모멘트법(MoM)인 TE(transversw electric) 전장 적분 방정식(EFIE)으로 완전 전기도체(PEC) 원통을 산란 해석하였다. 이 과정에서 나타나는 특이점(singlarity)과 과대 특이점(hypersingularity)을 포함한 적분 계산은 어렵기 때문에 수치해석 방법으로 특이점을 고립시켜 자체항(self-term)을 얻었다. 모멘트법에서 base 함수와 test 함수의 선택은 수치해석 결과의 정확도와 수렴에 있어 매우 중요한 요인이됨은 알려져 있는 사실이다. basis 함수와 test함수를 달리하여 세 가지 방법으로 PEC 원통에 유도된 전류를 구하였다. 이렇게 구한 결과를 해석학적 방법과 모멘트법에서 얻은 전류와 비교하여 상대 효율 전류 오차를 구하였으며 어떤 결합 방법이 효율적인지 확인하였다. 또한 각 결합방법에 따른 상대 효율 전류 오차의 수렴율을 구하여 가장 정확한 결과를 얻을 조건을 찾았다. 전류 오차의 가장 빠른 수렴오더(order of convergence) 2.528은 펄스 base 함수/델타 test 함수 결함 조건에서 얻었다.
전자파에 의한 산란현상의 해석은 지금까지 주로 시간조화함수의 형태를 지닌 전원에 의한 정 상상태의 산란에 관하여 이루어졌다. 그러나 레이다나 피파괴 검사, 전송선로 점검 등의 응용에서는 주로 펄스형태의 전자파를 사용하며, 따라서 시간에 따라 변화하는 함수형태의 전원에 의한 전자파의 산란해 석이 중요한 문제로 등장하였다. 또한 통신선로에서 외부의 잡음에 대한 혼신 등을 해석하거나, 낙뢰가 송 전선로에 미치는 영향을 해석하는 데에도 펄스신호의 산란해석이 필수적이다. 일반적인 함수의 형태를 지닌 전원에 의한 산란현상을 해석하기 위해서는 전원함수를 Fourier 변환하 여 주파수 영역의 스펙트럼을 구하고, 주파수영역에서의 산란해를 이용하여 Fourier 역변환을 하여 시간 영역의 해를 구할 수 있다. 주파수 영역에서의 산란판의 해를 Fourier 역변환 하기 위해서는 적분을 행하여야 하며, 일반적으로 적분과정에서 매우 복잡한 계산이 필요하고, 산란체의 구조가 복잡하여 해석 적인 해를 구할수 없는 경우에는 해석적으로 시간영역의 해를 구하는 것이 불가능하다. 시변 함수에 의 한 산란파를 구하기 위한 수치해석적 방법으로는 모멘트방법이나 유한요소법(Finite Element Method), 경계요소법(Boundary Element Method), 유한차분법(Finite Difference Method)등이 있으며, 해석적 해 를구할 수 없는 경우에 적용할 수 있는 반면에 많은 계산량이 요구된다.
임의 모양을 갖는 마이크로스트립 안테나의 해석에 역점을 두었다. 마이크로스트립 안테나의 가장 일반적이고 정확한 해석법은 주파수 영역에서 정의되는 전계적분방정식을 이용하는 것이다. 본 논문에서는 전계적분방정식을 수정한 MPIE(Mixed potential integral equation)를 이용하여 공간영역에서 해를 구하였다. 이 방법은 스칼라와 벡터 포텐셜과 관련된 Green함수를 다층매질 이론에 의해 계산하고 Sommerfeld 적분방정식에 의해 표현한다. 또한 적분방정식은 rooftop 부분기저함수를 이용한 모멘트법을 이용하여 해를 구하였다. 따라서 임의의 모양의 마이로스트립 안테나를 임의의 주파수와 임의의 기판상에서 해석할 수 있다. 구형 마이크로스트립 안테나와 L자형 마이크로스트립 안테나의 수치 결과를 실험치와 비 교하였다.
본 논문에서는 비 등방성 복합 산란체의 전자파 산란문제를 surface integral equation을 적용하여 정식화하는 절차를 보였다. 산란체에는 평면파가 입사하는 것으로 가정하고, 산란체의 표면에 유기되는 등가 표면 전류 및 자류 밀도를 계산하기 위하여 모멘트법을 이용하여 산란체의 표면을 삼각 요소로 이산화하여 적절한 경계조건하에서 몇 가지 수치계산 모델에 대하여 계산을 수행하고 그 유효성을 검증하였다. 계산된 후방산란단면적의 결과는 측정결과와 잘 일치하였다.
Closed-form 그린함수를 사용하여 다층 평판 구조체의 산란 문제를 해석할 경우, 주된 어려운 문제점 중의 하나의 대각행렬 요소의 계산결과가 느리게 수렴하고 안정되지 않다는 점이다. 즉, 대각행렬 요소 계산시 전원 자신의 항에 해당되는 $e^{-jkr}/{\gamma}$ 형태의 특이 적분처리를 했음에도 불구하고 계산결과의 느린 수렴도 문제가 몇 개의 복소 영상항에 해당하는 적분과정에 여전히 남아있음을 알 수 있었다. 이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 일반화된 지수함수와 2중적분을 극좌표계에서 가우스 구적법을 사용하여 계산할 수 있는 새로운 적분 기법을 제시하고자 한다. 새로운 적분기법을 알로리즘의 안정성과 수렴도에 관하여 본 논문에서 논의되면, 그 타당성을 확인하기 위해 마이크로스트립 패치 안테나의 산란 문제에 이 적분법을 적용해 보았다.
다중 분해능 웨이블릿 해석법을 마이크로스트립 패치 안테나의 산란해석에 적용하였다. 다충구조에 대한 스펙 트럼 영역 그린 함수(spectral domain Green's dyad)의 특성올 공간-스펙트럼 영역 표현법을 이용하여 살펴보고, 스펙트럼 영역 웨이블릿을 주어진 문제에 적용하는 것이 유용함을 관찰하였다. 적분방정식에 모멘트법을 이 용하여 행렬방정식을 얻고, 그 풀이에 CG(conjugate gradient)법과 스펙트럼 영역 웨이블릿올 결합하여 효율 적으로 문제를 풀이할 수 있다. 단충구조 위에 놓인 정방형 패치에 대하여 기폰의 모멘트법 결과와 다충 분해능 웨이블릿 해석법올 적용한 결과를 비교하였다.
본 논문에서는 이방성 매질의 덮개층과 기판을 갖는 사각 마이크로스트립 패치 안테나의 방사패턴을 full-wave approach와 모멘트 계산법을 이용하여 연구하였다. 이방성 매질내의 구성관계식을 통하여 제안된 구조에서의 파수영역 다이애딕 그린 함수를 유도하였으며 이 결과로부터 전계 적분 방정식을 수식화하였다. 갤러킨 모멘트법을 사용하여 전계 적분 방정식을 이산화 하여 전류밀도의 계수를 구한 후에 구좌표계의 원거리 전계는 고정 위상법(stationary phase method)을 이용하여 얻을 수 있다. 전사모의 실험 결과의 타당성을 검증하기 위해서 기존의 결과와 비교하여 일치된 결과를 얻었으며 이방성 덮개층의 두께 변화 그리고 기판과 덮개층의 이방성 비에 따른 방사패턴이 제시되고 분석되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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