• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.138-149
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• 2014

본 연구에서는 불특정 분포하중에 대한 다경간 연속 보 구조물의 변형률 분포를 추정하는 기법을 제시하였다. 본 추정 기법은 해석적 방법이 아닌 계측한 변형률 데이터로부터 최소제곱법을 이용한 커브 피팅을 통해 변형률 분포를 추정하였다. 제시한 다경간 보 연속 구조물의 변형률 추정 기법은 멀티플렉싱이 가능한 FBG센서를 이용하여 다경간 연속 강재 보 정적 가력 실험을 통해 검증하였다. 실험을 통해서 분포 하중과 집중하중에 의한 변형률 분포의 추정 정확성 및 변형률 추정에 사용되는 계측점 수에 따른 추정 오차에 대한 검토를 수행하였다. 5.89 (하중 step1), 6.26% (하중 step2) 오차로 최대 변형률 지점에서의 변형률을 추정할 수 있었다. 추정을 위한 변형률 계측 센서 수를 감소시킨 경우 오차가 증가 (0.26~0.37%)하는 것 또한, 확인할 수 있었다. 회귀분석적 기법을 통해 다경간 보의 변형률 분포를 추정함으로써 특정 형상의 분포 하중에 대해서만 적용이 가능한 해석적 변형률 추정 기법의 한계를 넘어 불특정 분포 하중에 대한 변형률 분포 추정이 가능해졌고 추정 변형률 분포를 통해 최대변형률 발생 위치까지 확인할 수 있게 되었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.704-707
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• 2010

구조 건전성 모니터링에 사용되는 기존 센서들의 문제점을 극복하고 높은 분해능과 동특성 모니터링에 대한 이점을 지닌 FBG센서는 구조물 모니터링에 있어 큰 이점을 지니고 있다. FBG 센서는 점 센서라는 한계 때문에 구조물의 전체적인 변형률 및 응력 평가에 어려움이 있을 수 있다. 본 연구에서는 FBG 센서로부터 계측한 변형률 값들로부터 임의의 하중조건에서 철골 보의 변형률 분포를 추정하는 기법을 제시하였다. 임의의 개별 하중조건에 대해 FBG 센서로 계측된 값을 통해 센서의 부착 위치와 최소 필요 개수를 결정하고 변형률 추정식을 유도함으로써 FBG 센서의 계측 기법에 대한 기준을 세웠다. 나아가 임의의 조합 하중이 작용하는 실제의 경우를 고려하여 철골 보의 변형률 분포를 추정하는 보다 일반화된 수학적 모델을 제시하였다. 그리고 예제를 통하여 본 연구에서 제시한 변형률 분포 추정 모델을 검증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.18-24
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• 2016

본 연구에서는 기존의 가속도 등을 이용하여 변위를 추정하는 방법의 문제점을 개선시키기 위해 단순지지 거더교의 실측 변형률로 부터 변위를 추정할 수 있는 간단한 방법을 제안하였다. 제안된 변위 추정 방법의 기본 개념은 변위와 변형률의 관계로부터 유도되었으며, 해석적 방법을 부가적으로 도입하여 일반화시켰다. 실교량과 유사한 동적 거동특성을 갖는 단순지지 강판에 대한 정 동적 실내실험을 수행하였으며, 실험을 통해 실험체 중앙점의 변위 및 변형률을 측정하였다. 실험체에 대한 실측 변형률을 이용하여 추정된 변위는 실측 변위와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 변위 추정 방법은 변위계 설치를 위한 고정된 기준점 확보가 곤란한 실교량(단순지지 거더교)의 변위 측정에 적합하다고 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.10-20
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• 2013

보 구조물의 안전성을 평가하기 위해서, 해당 부재의 구조적 상태를 보여주는 보여줄 수 있는 변형률을 기반으로 한 모니터링 시스템이 이용되고 있다. 하지만 최대 변형률과 같은 부재의 상태를 대표할 수 있는 변형률이 발생하는 정확한 위치에 센서를 설치하지 않은 한, 계측된 변형률을 토대로 합리적인 평가를 할 수 있게 하는 추가적인 프로세스가 필요하다. 이에 따라 본 연구는 변형률계에 의해 계측된 이산데이터를 이용하여 강재 보 구조물의 변형률 분포를 추정하는 기법을 제안한다. 본 기법에서는 보 구조물에 작용하는 하중을 미지의 하중으로 가정하였기 때문에, 실제 적용성을 향상 시켰다. 최종적인 변형률 분포는 회귀 분석을 통해서 함수 형태로 주어진다. 본 기법을 이용한 추정 성능을 검증하기 위해서 분포하중, 집중하중, 모멘트가 동시에 작용하는 강재 보 구조물의 휨 실험을 수행하였다. 실험을 통해 추정 변형률의 값을 직접 계측한 값과 비교해 본 결과, 임의의 위치에서도 절대 오차 $2.32{\mu}{\varepsilon}$ 이내로 변형률을 추정할 수 있었으며, 전체 변형률 분포는 3.32% 이내의 상대오차로 얻을 수 있었다. 따라서 강재 보 모니터링 시스템에 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국철도학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.755-764
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• 2016

이 논문에서는, 변위-변형률 관계로부터 변위를 추정하는 선행 연구의 현장 적용성을 검토하기 위하여 실교량에 대한 현장재하실험을 실시하고, 그 결과에 대해 고찰하였다. 3경간 연속 IPC 거더 도로교 및 강합성 박스거더 경량전철 교량에 변위계 및 변형률 게이지를 부착하고, 재하차량에 의한 응답을 측정하였다. 현장재하실험을 통해 얻어진 실측 변형률을 변위로 변환시키기 위해 변위와 변형률의 관계를 이용하였다. 해석적인 방법으로 변위-변형률 관계를 도출하기 위해 연구대상 교량을 격자구조로 모형화하고 구조해석을 수행하였다. 연구결과, 사전 구조해석에 의해 얻어진 변위-변형률 관계와 실측 변형률을 이용하여 변위를 추정하여도 실용상 만족할 만한 결과를 도출할 수 있었다. 이 연구 결과는 향후 계측이 어려운 환경하에 놓여 있는 교량의 변위 측정에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.121-127
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• 2009

연화재료의 변형률 국부화 거동에 따른 파괴영역과 파괴영역 내에서의 변형률 추이는 구조물의 극한거동에 큰 영향을 미치지만 파괴영역의 예측과 영역 내에서의 변형률을 정량화하는 것은 실험적으로 명확히 구명되어 있다고 보기 어렵다. 이 연구에서는 국부화된 파괴영역 및 그 영역 내에서의 변형률 분포 추이를 추정하기 위해 화상처리기법을 이용하였다. 화상처리기법의 신뢰성 및 타당성을 검증하기 위해, 일축압축공시체를 대상으로 화상처리기법을 이용하여 변형률을 추정하고, 이를 콘크리트 게이지로부터 취득한 변형률과 비교분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 전단압축파괴형 보의 정적파괴실험에 화상처리기법을 적용하여 실험체의 거동에 따른 주인장변형률 및 주압축변형률의 분포도를 작성하였다. 마지막으로 작성된 분포도를 이용하여 국부화영역 및 국부변형률을 추정하였다. 실험 결과, 화상처리기법을 이용하여 취득한 파괴영역 내에서의 변형률 분포 추이는 비교적 정확히 실험체의 거동을 예측할 수 있었으며 손상 정도에 따라 비교적 합리적인 국부변형률값을 얻을 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.64-73
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• 2014

본 연구에서는 철골 골조 구조물의 안전성 모니터링을 위하여 계측한 변형률을 통해 구조물에 작용한 하중을 식별하는 알고리즘을 제안한다. 기존의 시스템 식별 연구에서 구조물의 강성 등을 변수화한 것과는 다르게, 본 연구에서는 구조물에 작용한 하중과 이로 인해 구조물에 발생하는 변형률 간의 관계를 행렬로 정의하고, 이 행렬 및 작용한 하중을 변수화 한다. 계측한 변형률과 변수를 통해 추정한 변형률 사이의 차이를 오차함수로 설정하고 이를 최소화시키기 위해 최적화 알고리즘 중 하나인 유전자 알고리즘을 적용한다. 구해진 변수와 계측 변형률을 통해 작용한 하중을 식별하고 구조물의 하중 변화 시 미계측 지점의 응답을 추정한다. 본 연구에서 제안하는 하중 식별 알고리즘을 검증하기 위해 3차원 철골 골조 구조물의 정적 가력 실험을 수행하였고, 계측한 변형률을 통해 가해진 하중을 낮은 오차 수준으로 식별할 수 있었다. 또한, 하중 조건 변화 시, 계측한 변형률을 통해 모니터링 대상이 되는 미계측 지점의 변형률을 0.17~3.13%의 오차 범위로 추정하였다. 본 연구가 제안하는 식별법이 철골 구조물의 보다 현실적인 안전성 모니터링에 효과적으로 적용될 것으로 기대된다.

• 대한조선학회지
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• 제27권1호
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• pp.17-23
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• 1990

세장비가 작은 구조부재는 충돌과 같은 상황하에서 압축을 받는 경우, 축방향으로 접혀지는 소성 변형에 의해서 충돌에너지의 대부분을 흡수한다. 이 경우, 관성을 무시한다 하더라도 연강 부재의 정적인 하중에 대한 압괴강도에 비해서 변형률에 의한 영향으로 인해 동적 압괴 강도가 높아진다는 것은 잘 알려진 사실이다. 본 논문에서는 부재의 정적 하중에 대한 압괴강도 추정법을 소성변형의 운동학적 방법을 이용하여 수행하였다. 종래의 항복하중에 변형률을 고려한 동적 압괴 하중 추정치가 동적 영향을 과대평가하게 되므로 평균 소성변형 응력의 변형률에 대한 영향을 고려하여 튜브부재의 동적 압괴 강도 추정을 유도하였고, 이를 발표된 실험결과와 비교 검토하였다. 본 연구에서 얻은 만족스러운 결과를 토대로 하여 앞으로 이 방법을 선박의 충돌시 선수구조의 충돌에너지 흡수의 추정에 적용시킬 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권5호
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• pp.611-617
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• 2018

대형구조물의 효과적인 구조 안전성 확보를 위해서는 결함탐지기술을 포함한 건전성 모니터링의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 보 구조물에 발생하는 균열위치와 균열크기를 추정하기 위하여 다음과 같은 2단계의 균열추정방법을 제안한다. 우선, 보 구조물의 분포 국부 변형률 계측결과를 이용하여 변형률 모드형상을 구하고, 이에 대한 수정 라플라시안(Laplacian) 연산을 통하여 균열발생 영역을 추정한다. 이후, 가속도 측정을 통하여 구한 고유주파수와 신경망기법을 이용하여, 미리 추정된 균열발생 영역을 대상으로 균열위치와 균열크기를 추정한다. 이때, 신경망을 훈련시키기 위하여, 에너지법에 의해 유도된 균열보의 등가휨강성을 이용하여 균열보의 고유주파수를 해석적으로 구한다. 기법을 검증하기 위하여 알루미늄 캔틸레버 보에 대한 손상실험을 수행하였다. 인위적으로 실험체에 균열을 가한 후 자유진동실험을 수행하여 동적 변형률과 가속도를 계측하고 이를 이용하여 변형률 모드형상과 고유주파수를 구하였다. 변형률 모드형상에 대한 수정 라플라시안 연산을 통하여 균열발생 영역을 추정하고, 고유주파수와 신경망기법을 이용하여, 미리 추정된 균열발생 영역에 대하여 균열위치와 균열크기를 판정하였다. 3가지 손상경우에 대한 균열발생 영역의 추정결과는 실제 영역과 잘 일치하였으며, 균열위치와 균열크기 추정결과의 정확성을 상당히 향상시킬 수 있었다. 제안된 기법은 장대구조물에 대한 구조물 건전성 모니터링에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권4A호
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• pp.507-515
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• 2008

본 연구에서는 모드분해기법을 이용한 변형률신호로부터 변위응답추정 방법을 개발하였다. 일반적으로 교량의 안정성평가는 완공 후에 초점이 맞추어져 있다. 하지만 가설 중에도 풍하중과 지진하중과 같은 동적하중에 노출되어 있으며, 이런 동적하중에 대한 안정성을 검토하기 위해 교량의 안정성 평가에 있어 중요한 인자인 변위를 추정하는 것이 중요하다. 그러나 건설현장에서의 적절한 변위측정 방법의 부재로 인하여 대형구조물의 전체적인 변위를 측정할 수 없는 것이 현실이다. 본 연구에서는 간접적으로 변위를 추정하는 방법인 변형률로 변위를 추정하는 방법을 제시하였으며, 광섬유 브래그 격자 센서(fiber optic Bragg-grating sensor)를 사용하여 변형률을 계측하였다. 기존에도 FBG센서를 이용한 변위추정 방법이 있었으며 기존의 방법으로는 정적하중에 대한 변위추정은 가능하였으나 고차 모드의 변형률신호와 노이즈의 영향 때문에 동적하중에 대한 변위추정은 많은 오차가 발생하여 정확한 변위추정이 어려웠다. 이런 오차를 줄이는 방법으로 모드분해기법을 사용하였다. 모드분해기법은 변형률신호로부터 proper orthogonal decomposition(POD)을 이용하여 추정한 모드형상과 empirical mode decomposition(EMD)을 이용하여 모드 분해한 변형률신호로 모드별 변위응답을 추정하고, 구조물의 주요 모드에 대한 변위응답을 합하여 전체변위응답을 추정하는 방법이다. 제안한 모드분해기법을 검증하기 위해 실내모형실험을 수행하였다.