• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.393-401
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• 2021

본 논문에서는 폭발하중을 받는 부재의 저항성능 평가를 위한 모멘트-곡률 관계 기반 수치해석 기법을 소개한다. 직접전단 파괴 모드를 고려하기 위하여 경험적인 직접전단응력-슬립양 관계를 기반으로 하는 무차원 스프링 요소를 도입하였다. 재료에 대해 정의된 동적증가계수 식을 바탕으로 단면의 모멘트-곡률 관계에 직접적으로 적용가능한 단면의 곡률 변화율에 따른 동적증가계수 식을 제작하였다. 또한 부착슬립의 영향을 고려하기 위하여 소성힌지영역 내에 등가 휨강성을 도입하였다. 제안된 수치해석 모델의 타당성 검증을 위하여 실험결과와의 비교연구를 수행하였으며, 단자유도계 모델의 해석결과와의 비교를 통해 본 수치해석 모델의 우수성을 확인하였다. P-I 선도를 제작하여 부재의 휨 파괴 및 직접전단 파괴에 대한 저항성능을 평가하였으며, 매개변수 연구를 수행하여 P-I 선도 및 저항성능의 변화를 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.444-444
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• 2021

하천의 오염부하량 관리 계획은 지속적인 모니터링을 통한 자료 구축과 모형을 이용한 예측결과를 기반으로 수립된다. 하천의 모니터링과 예측 분석은 많은 예산과 인력 등이 필요하나, 정부의 담당 공무원 수는 극히 부족한 상황이 일반적이다. 이에 정부는 전문가에게 관련 용역을 의뢰하지만, 한국과 같이 지형이 복잡한 지역에서의 오염부하량 배출 특성은 각각 다르게 나타나기 때문에 많은 예산 소모가 발생 된다. 이를 개선하고자, 본 연구는 합성곱 신경망 (convolution neural network)과 수문학적 이미지 (hydrological image)를 이용하여 강우 발생시 BOD 및 총인의 부하량 예측 모형을 개발하였다. 합성곱 신경망의 입력자료는 일반적으로 RGB (red, green, bule) 사진을 이용하는데, 이를 그래도 오염부하량 예측에 활용하는 것은 경험적 모형의 전제(독립변수와 종속변수의 관계)를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있다. 이에, 본 연구에서는 오염부하량이 수문학적 조건과 토지이용 등의 변수에 의해 결정된다는 인과관계를 만족시키고자 수문학적 속성이 내재된 수문학적 이미지를 합성곱 신경망의 훈련자료로 사용하였다. 수문학적 이미지는 임의의 유역에 대해 2차원 공간에서 무차원의 수문학적 속성을 갖는 grid의 집합으로 정의되는데, 여기서 각 grid의 수문학적 속성은 SCS 토양보존국(soil conservation service, SCS)에서 발표한 수문학적 토양피복형수 (curve number, CN)를 이용하여 산출한다. 합성곱 신경망의 구조는 2개의 Convolution Layer와 1개의 Pulling Layer가 5회 반복하는 구조로 설정하고, 1개의 Flatten Layer, 3개의 Dense Layer, 1개의 Batch Normalization Layer를 배열하고, 마지막으로 1개의 Dense Layer가 연결되는 구조로 설계하였다. 이와 함께, 각 층의 활성화 함수는 정규화 선형함수 (ReLu)로, 마지막 Dense Layer의 활성화 함수는 연속변수가 도출될 수 있도록 회귀모형에서 자주 사용되는 Linear 함수로 설정하였다. 연구의 대상지역은 경기도 가평군 조종천 유역으로 선정하였고, 연구기간은 2010년 1월 1일부터 2019년 12월 31일까지로, 2010년부터 2016년까지의 자료는 모형의 학습에, 2017년부터 2019년까지의 자료는 모형의 성능평가에 활용하였다. 모형의 예측 성능은 모형효율계수 (NSE), 평균제곱근오차(RMSE) 및 평균절대백분율오차(MAPE)를 이용하여 평가하였다. 그 결과, BOD 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 1031.1 kg/day, MAPE는 11.5%로 나타났으며, 총인 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 53.6 kg/day, MAPE는 17.9%로 나타나 본 연구의 모형은 우수(good)한 것으로 판단하였다. 이에, 본 연구의 모형은 일반 ANN 모형을 이용한 선행연구와는 달리 2차원 공간정보를 반영하여 오염부하량 모의가 가능했으며, 제한적인 입력자료를 이용하여 간편한 모델링이 가능하다는 장점을 나타냈다. 이를 통해 정부의 물관리 정책을 위한 의사결정 및 부족한 물관리 분야의 행정력에 도움이 될 것으로 생각된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.59-69
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• 2021

최근 친환경 에너지 개발에 대한 관심의 증가로 해상 및 연안 지역에서 대규모 해양구조물들이 건설되고 있다. 해양구조물은 항상 파랑 하중에 노출되어 있으므로 구조적인 안전성을 확보하기 위해서는 파랑에 대한 정확한 이해와 분석이 필수적이다. 실해역에서 수행되는 실험은 해양파를 이해하기 위한 가장 정확한 방법이지만, 변수의 통제가 어렵고 비용과 규모 측면에서 실험이 제한되는 경우가 많다. 본 연구에서는 수치파동수조를 이용하여 다양한 조건의 파를 생성하고 및 이론식과 비교를 통해 파랑 생성 능력을 검증하였다. 입자 기반 수치해석법인 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기법을 이용하여 3차원 수조 및 피스톤 조파기를 모델링하였으며, 반사파에 대한 영향을 최소화하기 위해 수로 끝단에 질량 가중 감쇠 영역을 설정하여 안정적인 파고 및 유속 계산이 수행될 수 있게 하였다. 목표 파랑 조건에서,상대 수심이 2 이하를 만족하는 경우 파형경사에 관계없이 파고와 유속을 계산한 결과가 이론값과 높은 정확도를 보였다. 그러나 상대수심과 파형경사의 목표값이 증가하고, 측정 위치가 멀어짐에 따라서 최대 10% 이상의 오차가 발생하였다. 수치해석을 이용하여 정확한 계산이 가능한 파랑 범위를 무차원 변수를 이용하여 제안하였으며, 차후 수치해석을 이용한 수치파동수조 검증기준과 유체-구조물 상호작용 해석분야 연구에 효과적으로 활용될 수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.137-146
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• 2007

구조물의 거동에 대한 파사드리거의 보강 효과를 검토하고 파사드리거의 최적위치를 추정할 수 있는 수치해석방법이 제시되었다. 구조물 상부의 수평변위를 최소화할 수 있는 파사드리거의 최적위치는 파사드리거의 구속효과에 의한 수평변위 감소량을 극대화함으로서 구할 수 있으며 가새골조와 파사드리거의 휨강성과 전단강성에 의해 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 3가지 형태의 하중, 즉 등분포하중과 삼각분포하중 그리고 구조물 상단에 작용하는 집중하중이 고려되었다. 파사드리거의 최적위치는 무차원 강성변수 ${\omega}$와 ${\beta}$의 함수로서 표현되었으며, 1개부터 4개의 파사드리거를 갖는 구조물을 대상으로 최적위치에 대한 도표를 작성하였다. 비록 본 연구에서 제시된 해석방법이 몇 가지의 가정을 기초로 유도되었으나 고층건물의 초기설계단계에서 파사드리거의 최적위치 결정을 위한 비교적 정확한 정보를 제공할 수 있다고 사료된다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제17권9호
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• pp.835-846
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• 2007

이 논문은 Pasternak 지반으로 지지된 변화폭 원호형 띠기초의 휨 자유진동에 관한 연구이다. 단면폭은 띠기초의 중앙점을 중심으로 대칭 일차 함수를 갖는 변화폭으로 선정하였다. 이 연구에서 지반은 전단층을 갖는 탄성지반인 Pasternak 지반으로 모형화 하였고 회전관성과 전단변형을 고려한 곡선 띠기초의 자유진동을 지배하는 상미분방정식을 유도하였다. 이 상미분방정식을 수치해석하여 고유진동수 및 진동형을 산출하였다. 수치해석 예에서는 회전-회전, 회전-고정 및 고정-고정의 3개의 지점조건을 고려하였다. 띠기초의 무차원 변수들이 고유진동수에 미치는 영향을 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.43-54
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• 1992

낮은 아치는 동하중 재하시 재료는 탄성범위 내에 있더라도 큰 변형이 발생할 수 있으며, 좌굴 가능성이 높기 때문에 선형해석으로는 정확한 거동을 구명하기 어렵다. 본 연구에서는 이에 따라 낮은 아치의 동적 비선형 해석방법 및 좌굴판단기준을 제시하였으며, 제시된 방법을 토대로 낮은 아치의 동적 비선형 해석을 수행하고 임계좌굴하중을 구하였다. 형상의 비선형성은 Lagrangian 운동좌표를 고려하여 해석하였으며 동적운동방정식을 풀기 위하여 유한요소법을 사용하였다. 이 때, 동적 운동방정식의 시간적분으로 Newmark 해법을 채택하였다. 프로그램은 만재 방사형 등분포하중을 받는 낮은 원호 아치를 해석하여 그 결과치를 다른 연구결과와 비교하여 검증하였다. 모형해석을 통해서는 큰 동하중을 받는 원호 아치는 기하학적 비선형 거동을 고려하여 해석되어야 하며, 아치가 낮아질수록 좌굴발생 가능성이 높아짐을 알았다. 여러가지 형상의 아치에 대한 좌굴해석을 실시하여 임계 좌굴하중을 구하였으며 기존의 연구와 비교하여 정확성을 확인하였다. 원호 아치의 거동을 본 연구에서 사용한 무차원 매개변수를 이용하여 해석한 결과로 부터, 동일한 형상매개변수를 가진 아치들은 실제하중을 하중매개변수로 환산하여 같은 하중매개변수를 재하했을 때 시간매개변수에 따라 처짐비를 기준으로 같은 거동을 함을 알았으며, 좌굴현상도 같은 하중매개변수에서 나타남을 확인하였다. 또한, 포물선형상의 아치와 연직하중이나 집중하중이 재하된 경우의 해석에도 개발된 프로그램이 유용하게 사용될 수 있음을 해석예를 통하여 밝혔다.

• 대한기계학회논문집
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• 제9권4호
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• pp.414-420
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• 1985

본 연구에서 상변화 물질은 얼음과 물을 택하였으며, 시편의 기하학적 형상은 원동형 얼음봉을 사용하였고 온도가 일정한 물속에 수평으로 잠겨진 상태에서 얼음봉 이 융해되는 현상을 가시화하고 이를 관찰하였다. 시편주위에 발생하는 자연대류현 상이 접면효과를 받지 않토록 하기 위하여 물탱크의 크기는 시편직경의 5배 이상으로 하였고 주위물의 온도는 정도가 최대인 4.deg. C 부근을 전후한 최저 2.5.deg. C에서 최고 15.deg. C 까지를 택하였다. 융해현상은 2차원 음영방법으로 가시화하고 사진으로 기록하였다. 융해되는 얼음봉의 형상은 Fourier수와 Stefan수의 곱으로 정의된 무차원시간(.zeta.)을 변수로 하여 나타내었다. 정해진 물의 온도에서 사진으로 기록된 결과를 콤퍼레이터 (comparator)를 이용하여 음영의 변화량을 구하여 각 원주각에서의 국부 Nusselt수와 평균 Nusselt수를 무차원시간에 대하여 구하였다.

• 한국안전학회지
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• 제9권3호
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• pp.34-40
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• 1994

It is important to have exact informations on the real contact mechanism between spheres and rough plates under various normal loads, sphere diameters and combined surface roughnesses. Most previous papers have proposed the questions of the errors which might be incurred when the Hertzian theory is used to calculated the contact deformation and the contact pressure of practical higher pair. So, this study investigates the real contact deformation between a rough sphere and a rough plate by three experimental methods far from any assumptions and theorems. The soot coating method among them is used successfully. Accordingly, this study presents the simple dimensionless parameter to predict such errors to occur in the design of high pair members and to govern the real mechanism of two-body higher pair.

• 대한기계학회논문집
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• 제19권8호
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• pp.1964-1971
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• 1995

In the present study, the performance characteristics of a centrifugal air compressor were investigated experimentally. The PC controlled performance test facility for a centrifugal air compressor driven by an electric motor with a gear box to achieve higher compressor rotating speed was set up in the present study. The performance test for a turbocharger compressor of a diesel engine was conducted, and in a case of 34,800 rpm, pressure ratio 1.18, flow rate 0.09kg/s, compressor efficiency 61% were investigated. Adiabatic power for a tested compressor showed maximum value at mass flow ratio 0.8. The value of mass flow ratio of maximum efficiency was about 0.37, it was independent of compressor rotating speed.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권7호
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• pp.547-558
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• 2009

일반적인 하천제방의 안정성 평가는 확정론적 분석결과를 토대로 강우특성, 매개변수 등에 대한 불확실성을 안전 계수를 도입하여 실시하고 있다. 이러한 안전계수는 모형의 매개변수 및 재료 속성의 다양성을 다루는 공학에 폭넓게 이용되나 임의의 자연 현상의 모든 것을 설명해주지는 않는다. 특히 근래에 들어 발생되는 지구온난화에 따른 이상기후 현상과 사상 유래가 없는 홍수들의 발생은 확정론적인 방법에 의존하기보다는 추계학적 방법을 도입한 수문량 확충 및 매개변수의 불확실성 분석의 필요성이 증대되고 있다. 이에 전 세계적으로 매개변수와 특성인자의 불확실성을 고려하고 인자들 간의 상관관계를 고려한 추계학적 방법 기반의 대책 수립이 추진되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 추계학적 강우변동 생성기법을 이용하여 태풍기와 장마기에 해당하는 6월, 7월과 8월, 9월에 발생 가능한 다양한 무차원 누가강우량곡선을 Monte Carlo 기법을 도입하여 생성하였고 신뢰도 지수를 이용하여 하천제방의 위험도를 평가하였다. 본 연구결과는 강우의 지역적 특성 및 시간적 특성을 반영할 수 있어 해당 유역의 홍수대책 수립, 수공구조물 설계 및 분석 등 활용성이 매우 클 것으로 판단된다.