• 비파괴검사학회지
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• 제21권3호
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• pp.269-276
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• 2001

복합재료의 초음파검사는 매직의 탄성이방성으로 인해 빔스큐(beam skew)현상 등이 발생하기 때문에 등방성 재료의 검사에 비해 훨씬 어렵다. 그 동안의 많은 연구의 결과로서 이방성 재료 네 탄성파의 전파 현상에 대한 해석해법이 정립되어 있으나, 그 해석해가 매우 복잡하여 실제 문제의 해를 구하기 위해서는 수치적인 방법에 의존하여야 하는 경우가 많다. 본 연구에서는 횡등방 이방성(transversely isotropic)으로 가정할 수 있는 단일방향 섬유 복합재료 내 점원에 의한 초음파 전파의 해석해를 먼저 구하고, 이러한 복합재료를 질량-스프링 모델로 모델링하여 해석해에 상응하는 수치해를 구하였다. 그 결과, 초음파의 전파에 대한 수치해와 해석해가 매우 잘 일치하는 것을 확인하였다. 동일한 수치해석법을 사용하여 초음파가 복합재료의 자유표면에서 반사되는 현상과 균일에 의해 산란되는 현상에 대한 수치해도 구하였으며 그 결과를 파동역학의 관점에서 고찰하였다. 본 연구에서 그 유효성이 확인된 수치 모델은 복합재료의 초음파검사를 시뮬레이션 함에 있어 매우 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제3권1호
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• pp.19-24
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• 2000

28 Hz와 100 Hz 지오폰을 사용하여 탄광 채굴공동에 의한 지반침하 지역에서 탄성파자료를 획득하고 지오폰에 따른 탄성파 자료의 주파수 특성을 고찰하였다. 파동의 전파거리가 짧아 고주파수 성분의 감쇠가 적은 근거리 오프셋($1\~10m$) 에서는 100 Hz 지오폰 자료가 28 Hz 지오폰 자료에 비하여 상당히 높은 주파수 성분(최대 300 Hz)을 보유하며 중거리 오프셋($11\~39m$)에서는 28Hz 지오폰 자료의 신호대역 주파수 특성은 근거리 오프셋 자료와 전체적으로 유사하고 100 Hz 지오폰의 경우는 신호로 간주할 수 있는 최대 주파수는 높은 반면 상대적으로 높은 수준의 고주파 잡음이 존재하며, 원거리 오프셋($\geq40\;m$)에서는 150 Hz 이상의 영역에서 신호가 대부분 잡음수준까지 감쇠된 결과를 보여주었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제13권1호
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• pp.1-8
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• 2010

탄성파 반사법 탐사는 석탄 구조를 묘사하기 위해 그리고 석탄 채굴법 중 장벽식 채단법(longwall mining)의 위험 경감을 위해 가장 널리 이용되며 가장 효과적인 방법 중의 하나이다. 그러나 이 탄성파 탐사법의 분해능은 화산암의 존재에 의해 영향을 받는다. 호주의 보웬분지(Bowen Basin)와 시드니 분지(Sydney Basin) 일부에 이러한 화산암이 분포하고 있으며, 이러한 지역에서 탄성파 탐사를 이용하여 지하지질구조를 정확히 밝혀내는 데는 어려움이 따를 수 있다. 결과적으로 그러한 지역은 석탄광 후보지로 관성을 끌지 못하게 된다 따라서, 이러한 현무암 지역에서 수행되는 탄성파 탐사의 성공률을 높이기 위한 기법들이 필요하다. 이 연구에서는 탄성파동 방정식에 기초한 모델링 기법을 이용하여 현무암의 물성차, 두계, 횡방향 연장성, 송신원에 대한 상대적인 위치, 다양한 형태의 불균질성이 탄성파 전파에 어떠한 영향을 주는가를 살펴본다. 탄성파 모델링 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 임피던스의 차가 큰 현무암과 다중 흐름(multiple flow)이 있는 경우 다중반사파가 강하게 나타나며 일차반사파가 약하게 나타난다. 2) 현무암층이 앓을 경우 현무암의 존재가 파의 전파에 미치는 효과가 두꺼운 현무암층에 의한 효과보다 적은 것으로 나타났으며, 3) 현무암이 부분적으로 덮여 있을 경우 표변전체가 현무암으로 덮여 있는 경우에 비해 그 효과가 미약하게 나타났다. 4) 저주파의 탄성파(특히 원거리 오프셋에서)가 고주파의 탄성파에 비해 현무암층을 더 잘 통과함을 알 수 있었다. 또한 5) 석탄층이 현무암층으로부터 얼리 떨어져 깊은 곳에 존재할수록 현무암층이 파의 전파에 미치는 영향이 적음을 알 수 있었다. 이러한 연구결과들은 현무암층 하부에 대하여 탄성파 탐사를 수행할 때 발생할 수 있는 문제에 대한 통찰력을 제공할 뿐 아니라 탄성파 잡음을 적절히 처리하고 저주파수 대역의 지오폰으로 원거리 오프셋에서 탄성파 탐사자료를 획득함으로써 탄성파 탐사 결과를 개선시킬 수 있다는 것을 보여준다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제13권1호
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• pp.24-30
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• 2010

본 연구는 시간차 탄성파 탐사에 대한 천부지하구조의 영향을 분석하기 위해 반복적인 수치모형실험을 이용하였다. 수치 실험의 목적은 Otway 분지에 있는 Naylor 지역에서 $CO_2$ 격리를 목적으로 수행 된 현장 실험에서 관찰된 주요한 산란파들을 재생성하는 것이다. 특히, 수포화도를 변화시켜 가면서 상부토양과 심부의 주름진 점토/석회암 경계면의 탄성 성질들의 변화를 관찰하였다. 이러한 실험을 통해서 건기 빛 우기 계절에 행해진 측정치를 모사하였고, 계절의 변화가 탄성파 측정에 미치는 영향을 비반복성 관점에서 평가하였다. 이 영향들에 대한 정량화와 각각의 기여도를 측정하기 위해서 탄성파 파동방정식을 이용한 수치모델링이 수행되었다. 수치모델링 결과는 천부의 점토/석회암의 주름진 경계면에서의 상대적으로 간단한 분산 효과등이 시간차 탐사에 대한 상당한 영향을 미침을 보여주었다. 또한, 상부 토양에서의 포화도의 변화는 심지어 심부의 주름진 경계면보다도 더 탄성파 신호에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있다. 현장에서 측정된 반복된 (시간차) 2차원 탄성파탐사 자료들 사이의 정규화원 RMS(Root-mean-square) 차이와 수치적으로 계산된 차이와의 전체적인 일치는 더 많은 연구가 필요함을 알 수 있다. 향후 진행될 연구는 micro VSP 배영과 매우 조밀한 굴절법 탐사를 이용해서 풍화 지역의 탄성 성질을 현장에서 측정하는 것이다. 본 연구의 결과는 중풍이냐 호주와 같이 카르스트 지형으로 생산에 어려움이 따르는 지역의 석유 생산 영상화와 같은 $CO_2$ 지중격리와 상관이 없는 분야에도 효과가 있을 것이다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제12권3호
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• pp.139-148
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• 2000

본 연구에서는 유체가 채워진 착저식 유연막 구조물과 파와의 상호작용 문제를 유탄성 이론을 사용하여 살펴보았다. 먼저 동역학적 문제를 풀기에 앞서 유체로 채워진 유연막 내부에 일정한 압력이 작용하였을 때, 유연막의 형상과 막에 작용하는 초기장력을 정역학문제를 풀어 구한다. 동역학적 문제를 풀기 위하여 유체영역을 내부영역과 외부영역으로 나누어, 내부영역을 유연막을 경계로 영역 1과 영역 2로 다시 나눈다. 내부영역에서는 경계요소법을 사용하여 파동장을 풀고, 외부영역에서는 고유함수전개법을 사용하여 해를 구한다. 두 영역이 만나는 정합면에서 이미 구한 해를 정합시켜 완전한 해를 구한다. 유연막의 거동은 원주 좌표계를 사용하여 유도된 선형화된 막방정식을 사용하여 이때 외력은 영역 1과 영역 2의 압력차로 주어지므로 영역 1과 영역 2의 해는 막방정식을 통하여 연성된다. 유체가 채워진 착저식 유연막 방파제의 성능에 미치는 중요한 변수로는 유연막의 형상(폭, 높이)과 유연막 내부압력, 유체의 밀도이다. 설계변수들을 바꿔가면서 유연막에 의한 파랑제어 효과를 투과율을 통하여 살펴보았다. 또한 파의 입사각도에 따른 파랑제어 효과를 함께 고찰하였다. 수치계산결과는 Ohyama의 실험결과와 비교하였고 두 결과는 정량적인 값 차이가 나지만 정성적으로 일치하고 있음을 확인하였다. 적절히 설계된 유연막은 소형어항 보호용이나 레저용 방파제로 활용할 수 있는 가능성을 발견하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권12호
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• pp.107-116
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• 2011

1g 진동대 실험을 수행할 때, 양 벽면이 고정되어 있는 강성토조를 시용하기도 한다. 1g 진동대 실험에 강성토조를 사용하는 경우 양 쪽 벽면에서 파동이 반사가 되고 모형지반의 동적 전단 변형이 구속되어 위상차 및 가속도 증폭이 제대로 발생하지 않는 문제가 생긴다. 반면 토조를 얇은 층(Laminate)으로 구성하고 각 층 사이의 수평거동을 허용해 주는 특수형태의 토조(층 분할 토조, Laminar Shear Box)를 사용하면 이와 같은 문제를 상당부분 해결할 수 있다. 본 연구에서는 1g 진동대 실험을 통하여 경계 조건이 서로 다른 두 종류의 토조(강성토조; Rigid Box or Rigid container, 층 분할 토조; Laminar Shear Box or Laminar container)에 동적 특성이 동일한 연약한 모형 점토 지반을 조성하여 그 거동의 차이들을 정량적으로 분석하였다. 그 결과, 강성토조는 벽면의 강성으로 인해 지반내의 위상차가 적게 발생하였으며, 가속도 증폭 양상은 자유장 거동과 많이 다른 결과를 보였다. 이와 달리 층 분할 토조는 지반의 전단변위를 구속하지 않고 실제지반에서 발생하는 지반 내 위상차 및 가속도 증폭 현상을 상대적으로 잘 재현하는 것으로 나타났다. 결론적으로, 층 분할 토조(Laminar shear box)는 강성토조(Rigid Box)와 비교할 때 자유장 지반의 동적거동을 더 정확히 재현해 주는 것을 실험결과를 통해 분석할 수 있었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제12권4호
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• pp.289-298
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• 2009

동해 남동해역에서 2008년 취득된 탄성파 탐사자료에 포함된 다중반사파를 억제하기 위한 전산처리를 수행하였다. 다중반사파는 수심이 얕은 지역의 해저면 하부 1,750 ms까지 250 ms 간격으로 발달하였으며 해저면 다중반사파, 페그레그(Peg-leg) 다중반사파 및 자유해수면 다중반사파로 구분하였다. 다중반사파를 제거하기 위하여 속도분석을 통한 중합, 최소지연 예측 디콘볼루션 필터와 파동방정식을 이용한 다중반사파 제거모듈(Wave Equation Multiple Rejection, WEMR)을 이용하였다. 주요한 다중반사파들은 예측 디콘볼루션을 통하여 제거되었으며 잔존하는 다중반사파의 제거에 WEMR이 유용하였다. 남동해역 탄성파 자료의 특성에 적합한 전산처리 방법을 조합하였고 이에 필요한 매개변수를 정리하여 향후 인근지역의 전산처리 과정에서 응용할 수 있는 결과를 얻었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제14권3호
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• pp.234-241
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• 2011

오일샌드는 고유가로 인하여 최근 활발하게 탐사 및 개발이 진행되고 있다. 오일샌드는 일반적으로 박층으로 존재하기 때문에 이의 탐지를 위해서는 지표 탄성파탐사보다는 시추공 주변의 고해상도 영상화가 장점인 다성분 VSP 탐사가 효과적이다. 또한 중합전 위상막 구조보정의 경우, 단방향 파동방정식을 이용하기 때문에 다성분 자료를 이용한 영상화에 효과적이다. 이 연구에서는 박층 오일샌드의 영상화를 위하여, 다성분 역VSP 탐사자료를 이용한 중합전 위상막 구조보정의 적용성을 고찰하였다. 중합전 위상막 구조보정에 사용할 다성분 역VSP 탐사자료의 전처리 과정으로 입사각과 회전변환을 이용한 파 분리 방법을 제안하고, 이를 합성탄성파탐사자료를 통하여 검증한 결과 파 분리가 효과적으로 되는 것을 확인하였다. 또한 분리된 P파와 PS파 자료를 이용하여 구조보정을 실시하였을 시, PS파 구조보정 결과가 P파 구조보정 결과보다 넓은 반사면의 영상화가 가능하고 고해상도의 영상을 획득하였다. 그리고 캐나다 오일샌드 매장지역을 모사한 합성탄성파탐사자료를 생성하고 이를 영상화 한 결과, P파 구조보정 결과보다 PS파를 이용한 구조보정 결과가 박층 오일샌드의 상 하부 경계면을 정확하게 영상화하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제23권1호
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• pp.38-49
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• 2020

음향파 완전파형역산은 탄성파 탐사를 통해 얻은 관측자료와 음향파 모델링자료를 맞춤으로써 지층의 속도모델을 고해상도로 구축하는 최적화 과정이다. 기존의 스트리머를 이용한 해양 탄성파 탐사 자료에 대한 음향파 완전파형역산에서는 압력자료만을 활용하여 P파 속도모델을 구축한다. 그러나 최근 다성분 해저면 탄성파 탐사기술의 발달로 다성분자료의 취득 사례가 늘고 있으며, 이에 따라 해양에서 얻어지는 다성분 자료를 활용한 음향파 완전파형역산 기법에 대한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 수평 및 수직 입자가속도 자료를 활용한 효과적인 음향파 완전파형역산 전략을 제시하고자 한다. 이를 위해, 우선 음향파 모델링으로 제작된 압력 및 입자가속도 자료와 민감도커널을 분석하여 파형역산 과정에서 각 자료의 성분별 특성을 관찰하였다. 압력 자료에 함께 나타났던 직접파, 다이빙파 및 반사파가 수직 및 수평 입자가속도 자료에서 파동의 진행방향에 따라 분리되어 나타나는 것을 확인하였으며, 수평 입자가속도 자료는 상부의 장파장구조를, 수직 입자가속도 자료는 하부의 장파장구조와 전체 영역에서의 단파장구조를 구축하는 데 효과적임을 확인할 수 있었다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 입자가속도 자료만을 활용해 음향파 완전파형역산을 수행하는 순차적 자료 활용전략을 제시하며, 압력자료를 얻지 못하였거나 품질이 낮은 경우에도 입자가속도 자료를 활용하는 음향파 완전파형역산을 통해 양호한 P파 속도모델을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제39권9호
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• pp.41-51
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• 2010

건물의 배수 및 통기시스템에서 나타나는 현상중에 확실한 내용이 아직 밝혀지지 않은 부분이 몇 가지 남아 있다. 이것은 19세기 말엽의 근대 위생공학의 시작 단계에서부터 잘 알려진 사실이다. 건물의 배수 및 통기시스템 운용에 대한 내용은 일반 공학과 특정 유체역학의 범위 내에서 가장 잘 이해할 수 있다. 건물의 배수 및 통기시스템의 운영에 종사했던 초기의 기술진들은 이러한 점을 잘 알고 있었으며 유체역학에 적합하게 응용한 많은 사례를 확인할 수 있었다. 제2차 세계대전이 끝나고 이에 대한 많은 연구가 진행되어 왔으며 특히 유럽에서 시작된 전후 재건 붐을 통해 배수 및 통기시스템의 설계에 좀 더 효율적인 접근이 진척되게 되었다. 이러한 배수시스템의 중심에는 배수관 내부의 오염된 공기가 배수구 또는 위생기구를 통하여 주거 공간으로 유입되는 것을 방지하는 트랩(Water Trap)이 있다. 배수트랩의 주요 기능인 봉수는 일반적으로 깊이가 40 mm에서 50 mm 정도로 위생기구의 종류에 따라 봉수의 깊이는 다소 차이가 있다. 배수관내 공기의 흐름이 중요한 것처럼 트랩의 봉수 메커니즘이 중요하기 때문에 이 메커니즘을 소홀히 여긴다면 안전한 배수시스템의 운영을 기대하기는 어렵다. 배수관 내의 공기의 흐름은 배수에 의해 유입되거나 또는 배출된다. 배수관에서 내부 압력의 불규칙한 변화로 인하여 야기되는 불안정한 배수의 흐름은 트랩의 봉수를 파괴하고 나아가 주거공간으로 오염된 공기가 새어 나갈 수 있는 통로를 제공하게 된다. 관내압력의 천이는 이로 인한 문제가 발생할 가능성이 있는 위치에 그 압력을 완화할 수 있는 장치를 설계단계에 반영하여 적용함으로써 제어할 수 있다. 건물 내부에 상당한 길이의 통기배관을 설치하는 것은 배관의 마찰손실로 인하여 천이 현상을 효과적으로 제어할 수 있는 확실한 방법이 되지는 못한다. 그렇지만 통기밸브를 설치하는 것과 같이 배수관 내로 공기를 공급해주는 유입구를 건물 내부에 분산 설치하는 것이 효율적인 통기방식이 될 수 있고, 정압 천이로 인한 위험을 줄여줄 수 있다. 통기밸브는 정압 발생의 원인이 되지 않으며 단지 정압에 반응하여 더욱 기밀하게 닫히며, 약화된 압력파를 반사할 뿐이다. 고층 건물에서 배수입상관과 평행하게 설치된 통기입상관(Parallel Vent Pipe)의 경우 극히 일부분의 정압 천이 현상을 완화할 수 있다. (통기 배관의 직경이 배수 입상배관과 동일한 경우 대략 1/3 정도임), 그러므로 정압의 천이로 인한 압력 파동은 배수 시스템의 나머지 부분을 통해 전파되어 배수 트랩에 영향을 미치게 된다. 정압의 천이가 예상되는 위치에 정압천이 완화 장치(Positive Air Pressure Transient Alleviation Device)를 사용하면 배관 내부압력의 급격한 상승을 방지하여 연결된 트랩의 봉수를 보호할 수 있다. 이렇게 되면 순간적으로 발생하는 배관내 압력의 급등 현상을 90% 정도까지 완화 시킬 수 있다. 경험적으로 배수시스템에서 배관이 완전하게 막혀 과도한 정압이 발생하는 경우는 거의 없다. 이러한 경우에는 가장 낮은 위치에 있는 배수 트랩의 봉수가 깨지면서 자연스럽게 배수시스템의 압력이 해소되게 된다. 이러한 사례는 통기 방식과 상관없이 발생할 수 있다. 실제와 유사한 시뮬레이션을 통하여 통기 밸브(Air Admittance Valves)는 전면 통기 시스템 (Fully Vented System)에서 최소한 트랩의 봉수 보호용으로 적합한 것이 확인 되었다. 어떤 경우 에는 고층 건물에 더욱 적합하다는 것을 확인할 수 있었다. 부압 해소용으로 통기밸브를 이용하고 정압완화용으로 정압 완화장치(PAPAs: Positive Air Pressure Transient Attenuators)를 사용하는 전면적 능동 제어시스템(Fully Engineered Designed Active Control System)이 사용자에게 육안으로는 확인하지 못하는 기능을 보장하면서 배수 시스템의 안전과 효율성에 대한 효과적인 방법을 제공하고 있다.