• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권9호
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• pp.732-736
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• 2016

공조시스템을 구성하는 핵심 부품들의 설계 방향은 효율 향상 및 고생산성 측면을 둘 다 고려하는 것이다. 이러한 핵심부품 중의 하나인 팽창장치는 증발 부하, 압축 용량 및 응축 능력에 따라 냉매의 유량을 조절한다. 본 연구에서는 자동차용 공조시스템을 대상으로 하여 현 냉매인 R134a와 더불어 향후 대체냉매의 하나인 고압 $CO_2$의 사용이 가능한 겸용 전자팽창밸브가 개발되었다. 이 전자팽창밸브는 저 비용 및 고 생산성을 위해 기존 방식과는 달리 편심형 캠구동 방식이 채택되었다. 고안된 설계안을 바탕으로 수치해석을 이용하여 고압 조건에서의 내압성능과 밸브 개도에 따른 유량성능을 각각 평가하였다. 최대작동 압력 조건에서 98MPa의 최대응력을 보이며 탄성영역 이내의 변형을 나타내었다. 파괴압력 조건에서는 233 MPa의 최대응력을 보여 소성변형이 일어나지만 파괴가 일어나지 않는 것으로 예측되었다. 밸브 개도에 따라 유량이 증가하며, $CO_2$ 냉매와 R134a 냉매 적용시 각각 550 kg/h, 386 kg/h의 최대 유량을 나타내었다. 또한 R134a에 대한 내압 및 유량성능실험은 해석결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.69-77
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• 2017

공장생산으로 신속한 시공이 가능한 모듈러 시스템은 하중저항 방식에 따라 보-기둥 프레임식의 개방형 모듈러 시스템과 패널 및 스터드로 이뤄진 폐쇄형 모듈러 시스템으로 구분할 수 있다. 그 중 개방형 모듈러 시스템은 폐쇄형 단면형상으로 모듈간 접합이 어려우며, 특정부분의 하중 집중현상으로 국부좌굴이 발생하여 내력이 저감될 가능성이 있다. 본 연구에서는 기존 모듈러 시스템의 문제점을 해결하기 위하여 절곡형 단면 안에 콘크리트를 채운 합성단면을 사용한 모듈러 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템의 내진 성능 평가를 위해 ATC 40의 능력스펙트럼 해석법을 사용하였으며, 일반적인 모듈러시스템의 결과와 비교하여 성능을 검증하였다. 해석결과에 따르면 성능점에서 합성단면을 사용한 모듈러시스템의 소성힌지 갯수 및 변형량이 적게 나타났다. 이를 토대로 제안된 합성단면의 내진성능이 기존 부재 보다 우수 것으로 판단하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권1호
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• pp.1-8
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• 2006

비내진 설계된 철근콘크리트 골조는 내진상세의 미확보로 인하여 전단파괴의 가능성이 있다. 이러한 전단파괴를 해석 모델링에 반영하기 위하여 Moehle과 ATC 40을 포함한 4개의 전단강도감소 모델을 선택하고 비교하였으며, 각 모델을 예제 건물에 적용하여 Push-over해석을 수행하였다. 해석용 예제 모델은 3층 규모로 하였으며 국내 콘크리트 설계기준에 따라 설계하였다. 전단강도 감소모델 비교 결과, Moehle의 모델은 NZSEE의 모델보다 전단내력을 작게 평가하고 ATC 40 모델에 비하여 휨 연성도에 따른 내력의 변동이 작으며, 대부분의 경우에 고찰된 모델들의 전단내력은 ACI 318의 공칭 전단강도보다 크게 나타남을 알 수 있었다. 예제 모델의 수치해석 비교 결과, 전단강도 감소모델에 따라 건물의 수평 저항 능력에 큰 차이가 나타나며, 전단스프링에 전단강도 감소를 고려한 모델에 비하여 ATC 40의 횡 소성 변형을 제한하는 모델을 사용하면 횡저항 능력을 과소평가하게 됨을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권2호
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• pp.952-962
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• 2015

열간 링 롤링 공법은 열간단조 후의 잠열을 이용하기 때문에 가공 부하가 적고 최종 환형제품에 가까운 제품을 제조하는 장점이 있다. 본 연구에서는 열간 링 롤링 공법에 의한 대형 직경의 환형 부품의 다중형상 링 제조를 목표로 AFDEX2D 및 AFDEX3D/HEXA/RING 시뮬레이터(simulator)를 이용하여 열간 단조공정부터 링 롤링 공정까지 연계된 공정을 유한요소 해석하였다. 또한 링 롤링공정의 유한요소해석 시간을 줄이기 위해 소성변형이 일어나고 있는 영역에서만 요소망을 조밀하게 재구성하는 이중요소 시스템을 적용하였다. 이 유한요소해석 결과를 바탕으로 실제 공정을 설계하고 실험하여 개발된 제품이 품질 규격을 만족하는지를 확인하였다. 또한 링 롤링 실험 완성품을 통하여 부품의 품질수준 및 공정능력을 평가하였다. 그 결과, 개발된 환형 부품은 40%의 투입재료 감소과 최종 제품의 원소재 회수율이 24% 증가하였다. 또한 링 롤링 제품은 내, 외경의 진원도가 0.5mm로 우수하였으며 공정능력 분석결과 외경 Cpk 1.49, 내경 Cpk 0.85를 확보하여 환형 부품의 다중 형상 열간 링 롤링 공정의 최적화를 실현하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권10호
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• pp.81-92
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• 2011

팽윤성 점토의 전단강도 및 유변학적 특성은 점토입자의 크기, 양이온 교환능력, 점토광물학적 조성과 형상 등에 영향을 받는다. 본 연구는 고운 분말가루의 와이오밍(Wyoming) 벤토나이트에 대해 염화나트륨 0g/L 와 30g/L 농도로 24시간 수화시킨 후 염분농도에 따른 물성-강도특성 및 유변학적 특성변화를 살펴봄으로써, 유변학적 특성, 유변화적 모델들의 적용성 및 흙 입자의 구조변화에 따른 항복응력-점도와의 상관관계를 설명하고자 한다. 실험결과에 따르면, 팽윤성 점토는 전단담화(shear thinning)와 항복응력과 소성점도로 표현가능한 Bingham 유체 거동을 보이는 것으로 조사되었다. 염분농도가 낮고 함수비가 높아질수록 벤토나이트는 완전소성거동에 가깝게 나타나며, 전단변형률속도에 따른 변화의 폭이 미미한 것으로 조사되었다. 반면, 염분농도가 높아질수록 전형적인 전단담화거동을 보이며, 전단변형률속도를 증가시킬수록 염분농도에 따른 벤토나이트의 전단강도의 차이는 커진다. S=0g/L에 대해 Carreau, Herschel-Bulkley 및 멱수법칙 모델이, S=30g/L에 대해서는 이중선형, Herschel-Bulkley 및 멱수법칙 모델 등이 흐름특성을 가장 잘 표현한다. 이것은 염분농도에 따른 흙 입자간 구조적 배열과 형상이 입자간 발생하는 인력인 능-능(EE), 능-면(EF), 및 면-면(FF) 구조를 변화시키고 역학적 특성에 영향을 미치기 때문이다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.61-71
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• 2010

프리캐스트 콘크리트 골조에서 실물크기의 보-기둥 접합부 실험체 5개를 대상으로 반복가력 실험을 수행하였다. 지진하중을 받는 골조를 대상으로 1개의 일체식 실험체와 4개의 프리캐스트 실험체를 포함하여 5개의 1/2스케일의 내부 보-기둥 접합부를 대상으로 하였다.주요 변수는 보의 구조적 연속성을 확보하기 위한 접합부의 형태와 접합부의 특별한 보강형태(섬유콘크리트와 횡보강근)로 하였다. 실험체는 강기둥-약보 개념에 따라 설계하였다. 보 철근은 접합부에 큰 비탄성 전단력이 작용할 경우 보에 소성힌지가 발생하도록 계획하였다. 접합부의 성능평가는 접합부의 강도, 강성, 에너지 소산능력과 층간변위비로 평가하였다. 실험결과 실험체의 파괴는 보의 소성힌지부에서 파괴되었다. 보-기둥 접합부의 성능은 대체적으로 우수한 것으로 나타났다. 접합부의 강도는 일체식 RC 구조의 비해 1.15배 정도 향상되었다. 층간변위 3.5%때의 강도에서 실험체는 ECC의 인장변형능력과 철골연결재의 항복에 의해 연성거동 하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.337-347
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• 2011

본 논문에서는 콘크리트 채움 U형 강재보와 강재 H단면 기둥으로 구성된 접합부의 내진 성능을 평가하였다. 접합부 내진성능을 평가하기 위하여 세 개의 보-기둥 접합부 실험체를 반복주기하중에 대하여 실험하였다. 합성보는 콘크리트 슬래브와 스터드를 이용하여 일체화 되었으며, 슬래브에는 부모멘트를 위한 철근이 배치되었다. 접합부 상세를 실험 변수로 하였으며, 보 접합부의 강화방안 및 약화방안, 합성효과의 정도를 고려하였다. 합성보의 춤은 슬래브 두께를 포함하여 600mm이며, 강재보와 슬래브의 철근은 H형강 기둥과 용접을 통해 접합하였다. 접합부 강화방안은 합성보 플랜지에 덧댐플레이트를 용접하였으며, 약화방안으로서 소성힌지 발생지점에 채움콘크리트 안에 스티로폼을 삽입하였다. 실험 결과 완전합성 실험체는 강도와 변형능력, 에너지 소산에 있어서 우수한 성능을 보여주었다. 변형능력은 특수모멘트골조 기준인 4% 이상의 회전각을 발휘하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.115-130
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• 2013

본 연구에서는 공칭인장강도 800MPa를 지니는 고강도 강재로 조립된 H형강보의 횡지지거리에 따른 횡비틀림 좌굴강도를 현행 강구조설계기준(KBC 2009, AISC-LRFD 2010)을 바탕으로 평가하였다. 현행 기준은 고강도 강재와 응력도-변형도 특성이 확연히 다른 항복강도 350MPa 이하의 일반강을 전제로 정립된 것으로서, 고강도 강재에 대한 현행 기준의 적합성 여부가 우선 검토되어야 한다. 본 연구의 실험체는 모두 컴팩트 단면으로서 춤-폭비(H/B) 1.7을 갖는 실험군 A(상대적 뒤틀림 강성을 통한 모멘트전달이 작은 경우)와 2.7을 갖는 실험군 B(상대적으로 모멘트전달에 뒤틀림 강성 크게 기여하는 경우)로 구성하였다. 항복 이후의 응력도-변형도 특성의 영향을 받는 비탄성 횡좌굴 거동이 유발되도록 횡지지거리를 제어하면서 횡지지 구간 내에 균등모멘트가 작용하도록 가력하였다. 두 실험군 모두 현행 기준에 요구하는 강도를 충분히 상회하였고, 특히 뒤틀림 거동을 통한 모멘트전달이 크지 않은 실험군 A의 일부실험체는 소성설계에서 요구하는 수준의 회전능력까지 발휘하였다. 이들 실험결과는 현행 기준을 고강도 강재에 보수적으로 확대하여 적용할 수 있음을 보여준다. 실험결과를 좀더 심층적으로 분석하기 위해 일반강 및 고강도강의 응력도-변형도 특성을 고려한 H형강보의 횡지지거리에 따른 비탄성 횡좌굴강도 산정식을 유효접선계수를 반영하여 해석적으로 유도하였다. 이를 통해 소재의 항복강도와 탄성계수만을 고려하여 산정되는 현행 기준의 소성횡지지거리($L_p$) 제한식은, 항복참(yield plateau)없이 즉시 변형경화하는 고강도 강재에 적용하는 경우 보수적인 결과로 귀결됨을 입증하였다. 비탄성 횡좌굴 제어를 위한 횡지지거리는 소재의 항복강도 뿐만 아니라 항복 이후의 변형경화특성까지 반영하여 정의되는 타당하므로 이에 대한 개선의 필요성이 있다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.23-31
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• 2007

건설여건의 변화에 따라 교량구조물의 급속시공에 대한 요구가 늘어나고 있다. 이 논문에서는 하부구조에서 교각의 프리캐스트화를 위한 준정적 실험을 수행하였다. 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 교각 설계의 가장 주요한 항목이 내진성능의 확보에 있다. 7개의 프리캐스트 교각을 제작하였고 주요 실험변수는 긴장재의 양, 프리스트레스트의 크기, 이음부의 위치 및 수로 설정하였다. 실험결과 축방향으로 도입되는 프리스트레스에 의해 작은 횡변위하에서는 일부 손상이 발생하여도 변형의 복원력을 발휘하였지만 소성힌 지구간의 손상이 많은 경우에는 이러한 복원력이 효과를 발휘하지 못하는 것을 확인하였다. 실험을 통해 관찰된 손상의 형태로부터 판단할 때 조립식 교각의 이음부 설계는 기초부와 교각부 사이의 이음부에 대해서 실시되어야한다. 축방향 긴장재의 양은 RC 교각과 강재비를 일치시키는 것은 지나친 설계가 될 수 있고 주어진 하중조건에 대한 P-M 상관도를 만족시키는 수준에서 결정되어야 한다. 변위연성도 평가를 볼 때 프리캐스트 교각에서 횡철근비는 현재의 철근 콘크리트 교각과 동일한 수준에서 확보되어야 요구연성도를 만족할 수 있다. 에너지 소산능력은 강재비가 증가함에 따라 향상되었고 이음부의 수가 많은 경우가 다소 뛰어난 능력을 발휘하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.116-122
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• 2021

본 논문은 반복하중을 받는 원형 철근콘크리트 교각 외부에 강판 보강을 적용한 경우, 교각의 성능 향상도를 정량적으로 평가하였다. 범용 유한 요소해석프로그램인 ABAQUS의 다양한 3차원 요소를 적용하여 교각 구조물을 해석하였다. 비탄성, 비선형 해석 변수로는 강판 보강 높이와 교각 높이 비, 강판 보강 두께와 교각 지름 비를 적용하였다. 교각 하부는 고정단으로 고려하였으며, 하중은 교각 상단에 횡 방향 반복하중을 가력하였다. 하중-변위 곡선, 응력-변형률 곡선, 연성도, 에너지 흡수 능력을 고려하여 보강에 따른 교각의 내진 성능 향상도를 평가하였다. 강판으로 보강한 원형철근콘크리트 교각은 보강재로 인한 외부 콘크리트 구속 효과로 인해 기둥의 항복 하중과 극한하중이 평균 3.76배 증가하였고, 에너지 흡수능력은 최대 4배 증가하였다. 소성 힌지가 발생하는 교각 하부 부분만 보강하여도 연성도가 크게 향상되었으며 강판의 두께가 두꺼울수록 에너지 흡수 능력이 가장 큰 값을 나타내었다. 본 연구결과를 토대로 원형철근콘크리트 교각의 외부 강판 보강을 통하여 교각의 구조 성능을 향상시킬 수 있음을 정량적으로 확인할 수 있었다.