• Composites Research
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• 제23권6호
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• pp.7-13
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• 2010

CNG 차량에서 실사용 중 Type3 복합재료 압력용기의 외부 복합재 층에 결함이 발생된다면, 용기의 구조적 성능 즉, 원래의 설계수명보다 반복수명이 감소되는 현상을 초래할 수 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 복합재 결함을 고려한 복합재료 압력용기의 유한요소 모델링과 해석 기법을 제시하였다. Type3 복합재료 압력용기의 유한요소해석은 자긴처리 공정에서 알루미늄 라이너의 소성 변형으로 인해 경로 의존적 현상을 보이므로, 실사용 중 결함이 발생되는 실제 환경을 고려한 해석에서 결함은 자긴압력 이후에 도입되어야한다. 이러한 상황의 사실적인 시뮬레이션을 위해, 해석의 중간단계에서 결함이 도입되는 유한요소 모델링과 해석 기법이 제시되었으며, 해석결과는 해석의 시작단계에서부터 모델에 초기결함을 내포하는 일반적 유한요소해석과 비교되었다. 제안된 해석 기업은 Type3 복합재료 압력용기의 복합재층 손상에 따른 영향성 평가 및 실사용 중에서의 검사 기준을 마련하는데 효과적으로 사용될 수 있다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.87-96
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• 2007

최근 지진하중에 대한관심이 높아져 가는 가운데 내진설계가 되어 있지 않은 기존 교량의 내진성능 향상 및 신설될 교량의 구조적 기능성과 안전성을 증대시키기 위한 방안으로 희생부재형 에너지소산장치(Energy-Dissipating Sacrificial Device, EDSD)가 개발되었다. 본 연구에서는 제안된 장치가 내진성능 향상을 위한 기법으로 실제 교량에 적용될 수 있도록 실험을 통해 EDSD의 성능 및 안정성을 검토하였다. 유사동적실험 결과, EDSD는 지진하중 시 양호한 에너지 소산능력을 발휘할 것으로 예상되며 충분한 소성거동을 통해 교량의 주거더에는 손상을 거의 주지 않으며 주부재간의 연결부 또한 안전함을 알 수 있었다. 또한, 강합성 플레이트 거더교를 대상으로 EDSD를 적용하고 교각의 에너지, 수평력 및 상 하부 구조간의 상대변위 등의 지진응답특성을 분석한 결과, EDSD는 지진력을 효과적으로 감소 및 분산시키고 상 하부 구조간의 상대변위를 상당히 감소시키는 것으로 나타났다. 따라서, EDSD는 설계 지진하중 또는 그 이상의 지진하중 하에서 특별한 유지관리 없이 그 기능을 발휘할 수 있을 것으로 예상되며 우리나라와 같이 지진이 빈번히 발생하지 않는 지역에서 기능적 경제적 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국추진공학회지
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• 제4권3호
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• pp.64-73
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• 2000

본 체결부는 필라멘트 와인딩으로 제작된 연소관, 복합재 쐐기 그리고 알루미늄 내부 링으로 구성된다. 여기서 연소관은 헬리컬 층과 후프 층으로 이루어져 있다. 이러한 복합재 연소관의 성능 향상을 위해 체결부의 설계 변수에 따른 유한 요소 응력 해석이 수행되었다. 이때 접착 층을 난-소성 거동 재질로, 쐐기부와 알루미늄 링간의 접촉 상태는 ABAQUS의 접촉 표면 요소로 모사 되었다. 또한 해석 결과의 정확성을 입증하기 위해 내압에 의한 체결부 밀림 변위와 연소관 몸체의 원주 방향 변형도를 수압 시험과 비교하였다. 쐐기와 알루미늄 링간의 완벽 접착은 쐐기와 연소관간의 접착 층에 높은 전단 변형을 발생시켜 체결부 조기 파괴의 원인이 된다. 쐐기와 알루미늄 링간의 미 접착은 쐐기와 연소관사이의 접착 층 전단 응력을 감소시키는 반면 내부 알루미늄 링의 미끄러짐 거동으로 체결부 복합재의 반경 방향 변형을 증가시켜 파괴를 유발하였다. 그러나 쐐기부와 알루미늄 링간의 미접착 상태에서, 원주 방향 와인딩으로 체결부 지점을 보강한 경우, 알루미늄 링의 미끌어짐이 억제되어 체결부 지점의 복합재 원주 방향 변형값이 감소했다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.53-64
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• 2003

사면을 포함한 경사지에 설치된 송전탑, 교각, 고층빌딩 등을 지지하는 말뚝은 풍하중, 지진, 차량 등에 의한 수평하중을 고려하여 설계되어야 한다. 이러한 사면이나 경사지에 설치된 수평하중을 받는 말뚝은 편평한 지반에 비하여, 수평지지력이 감소하기 때문이다. 그러므로 이러한 구조물은 일반적으로 강성이 높고, 대구경의 기초인 피어기초가 사용된다. 수평하중을 받는 피어기초는 일반적으로 장대말뚝과 다른 거동을 한다. 즉, 수평하중에 의하여 말뚝 자체의 회전이 발생하고, 그 회전의 중심점 상부의 사면측의 수동토압에 의존하여 지반파괴가 발생한다는 측면에서 짧은 강성 말뚝과 유사한 거동을 한다. 본 논문은 모래사면의 언덕 근처에 설치된 짧은 말뚝의 수평하중의 영향에 대한 실험 및 수치해석 결과를 포함한다. 대부분을 모형실험과 3차원 탄소성 유한요소해석의 비교, 결과를 기술하였다. 먼저, 사면 언덕에서 모형말뚝까지의 거리를 3종류로 구분하여 단항의 모형실험과 군항말뚝의 수평하중 특성을 파악하기 위하여 수평지반과 사면지반(경사 30$^{\circ}$)에 대하여 말뚝중심간의 거리를 각2종류로 모형실험을 실시하였다. 동시에 3차원 탄소성 유한요소법에 의한 수치해석을 통하여 모형실험의 결과와의 비교를 시도하였다. 사용된 모래지반은 배수조건하에서 삼축압축실험으로 재현하였다. 3차원 탄소성 유한요소해석에서 완전탄소성모델의 파괴기준은 Mohr-Coulomb식, 소성 포텐셜은 Drucker-Prage식을 이용한 MC-DP모델을 적용하였다. 연구결과, 3차원탄소성 유한요소법이 사질토 지반에 설치된 짧은 말뚝의 수평거동을 파악하는데 유효하다는 것을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.295-295
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• 2007

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액츄에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근 이러한 에너지 변화 소자는 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, 항공우주, 자동차, 의료, 건축, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 동작 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수가 있어서, 기존 이차전지, 연료전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 압전특성으로 전자세라믹스분야에서 가장 널리 사용되어지고 있지만 $1200^{\circ}C$이상의 높은 소결온도 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격히 휘발되는 PbO로 인한 환경오염과 기본조성의 변화로 인한 압전 특성의 저하가 문제시되고 있다. 또한, 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부 전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제적인 문제가 발생하게 된다. 따라서 순수 Ag 전극을 사용하거나, Ag의 비율이 높은 내부 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 소결되는 압전 세라믹스를 개발 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압전특성이 우수한 $(Pb_{1-x}Cd_x)\;[(Ni_{1/3}/Nb_{2/3})_{0.25}Zr_{0.35}Ti_{0.4}]O_3$계의 조성을 설계하여, 소결온도를 낮추기 위해서 2단계 하소법을 이용하였다. 분말을 ball milling을 통해 24시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 72시간 동안 ball milling 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 ${\Phi}21$ disk 형태로 성형한 후, $800{\sim}950^{\circ}C$ 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 전기적 특성을 확인하기 위하여 두께 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 열처리한 후, 분극 처리하였다. 압전특성은 $d_{33}$ 미터로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였다. 그 결과 $900^{\circ}C$에서 우수한 압전 특성 및 전기적 특성을 확보 할 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권4호
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• pp.33-41
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• 2011

연약지반상에 설치되는 항만구조물의 경우 편재하중에 의해 지반내의 과잉간극수압이 증가하게 되고, 토립자의 소성화로 인한 측방변형이 발생된다. 본 연구는 부산 ${\bigcirc}{\bigcirc}{\bigcirc}$현장에 설치되는 케이슨의 측방변위 및 침하 계측 데이터와 유한요소 해석 프로그램인 Plaxis를 이용한 수치해석 결과를 비교 분석하였다. 수치해석 시 실제 현장의 지반 물성치와 시공단계 및 기간 설정은 지반 조사 보고서 및 실시설계 보고서를 참고하여 적용하였으며, 현장 계측 단면 1개소 단면을 선정하여 수치해석하였다. 측방변위는 S.C.P.로 지반개량된 구간에 거치된 케이슨 전면부에 설치되어 있는 지중 경사계의 위치를 지점으로 측정하였고, 침하는 케이슨 배후의 여성토부의 중심에 설치되어 있는 지표 침하판의 위치를 지점으로 선정하여 현장계측하였다. 수치해석 결과 측방 변위의 해석 값은 실측치보다 크게 나타났으며, 실측값은 지속적인 완만한 증가양상을 보였지만 해석값은 단계 성토 때마다 큰 변위를 나타내는 계단식 증가를 보였다. 반면에 침하량 변화 양상은 측방변위 양상과 비슷한 거동을 보였고 변화량은 비슷하게 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.93-100
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• 2022

본 논문에서는 한국의 서남해상에 건설예정인 해상풍력발전타워의 지지구조물로 고려되고 있는 세발구조와 자켓구조의 선박충돌 거동을 비선형동적해석을 통하여 비교·분석하였다. 이 구조물은 3MW용량의 풍력타워를 지지하기 위하여 설계되었다. 두 지지구조는 쉘요소를 이용하여 비선형 거동을 고려할 수 있도록 모델링하였고, 발전기를 포함하는 상부의 타워구조물은 탄성재료를 이용하여 보요소와 집중질량으로 모델링하였다. 전체 질량은 세발구조가 자켓구조에 비하여 약 1.66배 정도였다. 바지선과 상선을 충돌선박으로 선정하여 모델링하였다. 조수차의 조건을 고려하여 충돌선박의 충돌위치를 평균해수면의 상하로 3.5m변동하는 것으로 고려하였다. 또한 각 선박의 최소충돌속도(=2.6m/s)에서의 충돌에너지를 각각 4배까지 증가시키면서 충돌거동을 산정하였다. 해석결과 지지구조 충돌부위의 강성이 클수록 선박의 소성에너지 소산량이 상대적으로 증가하였다. 충돌조건에 따라 풍력타워의 변형은 진동에서 붕괴까지 발생하였다. 세발구조가 자켓구조에 비하여 큰 충돌저항력을 보였다. 이는 중앙부에 강성이 집중된 구조적 특성과 상대적으로 많은 강재의 사용량에 기인한 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.73-82
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• 2022

이 논문은 72m 초고강도 콘크리트 섬유보강 콘크리트 프리스트레스트 박스거더의 비선형 거동을 해석하는 3차원 해석방법을 제시하였다. UHPC재료의 비선형 거동을 나타내기 위해 콘크리트 손상소성(CDP)모델을 채택하였다. 제시된 응력-변형률 관계 곡선에 근거한 수치해석 모델은 50m UHPC 프리스트레스트 박스 거더 휨실험결과로 검증하였다. 검증된 해석모델을 사용하여 72m UHPC 프리스트레스트 박스거더의 휨거동을 파악하는데 적용하였다. 각 하중단계에 따른 하중 변위관계, 응력상태 및 연결부분 상세를 해석하였다. 하중-변위관계 곡선과 설계하중 및 극한하중 비교 결과는 UHPC 박스거더 휨거동을 해석하는 적절한 수단으로써 비선형 유한요소법의 적용성을 입증하고 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.371-383
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• 2021

강-콘크리트 편개형 방폭문은 외피 구조로서의 강박스 내에 콘크리트 슬래브가 채워진 구조로서 힌지 및 렛치와 같은 지지부재에 의해 벽체에 고정되어 설치된다. 폭압이 작용하는 방향과 같은 정방향으로의 처짐 거동에 대해서는 많은 연구가 되어 왔으나, 부방향 처짐 거동에 대한 연구는 상대적으로 미흡한 수준이다. 본 연구에서는 폭압을 받는 편개형 방폭문의 부방향 처짐 단계에서 발생하는 반발 거동(rebound behavior)에 대해 유한요소해석으로 변수 분석을 하였다. 분석결과에 따르면 방폭문의 소성변형 내지는 파괴 정도, 반발작용 전후의 운동량 및 운동에너지 변화가 반발거동에 영향을 미치는 주요 요소로 분석되었다. 또한, 방폭문의 거동 특성이 준정적 영역에 속하는 경우에 비해 충격영역에 속하는 경우에서 더 큰 반발력이 발생하는 것으로 나타났는데, 이와 같은 결과는 변형에너지 보다 운동에너지가 상대적으로 더 크게 증가하는 충격영역에서의 거동 특성이 원인인 것으로 사료된다. 반발작용의 결과로 인해 지지부재에 과도한 변형이 발생할 수 있으므로 성능분석 및 설계 과정에서 이에 대한 고려가 필요하다. 또한, 부압이 미치는 영향을 검토한 결과에 따르면 강-콘크리트 방폭문의 경우에서도 반발에 의한 영향 및 부압 모두가 방폭문의 부방향 처짐에 기여할 때 반발력이 상대적으로 더 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같은 중첩 효과의 발생조건은 구조체 특성 및 폭발조건 등에 따라 다를 수 있으므로 이에 대해서는 더 많은 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권5호
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• pp.488-496
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• 2023

선박 및 교량 구조물은 일종의 길이가 긴 박스형 구조로서 수직 굽힘 모멘트에 대한 저항력이 설계의 주요 인자이다. 특히 선박 거더는 반복적으로 불규칙적인 파랑하중에 장시간 노출되어 있기 때문에 구조부재의 연속 붕괴 거동을 정확하게 예측하는 것이 무엇보다도 중요하다. 본 논문에서는 순수 휨모멘트를 받는 박스거더의 하중 변화에 따른 좌굴을 포함한 소성 붕괴 거동을 수치해석적 방법을 이용하여 분석하였다. 분석대상은 Gordo 실험에서 사용한 세 가지 박스거더로 선정하였다. 구조강도 실험 결과와 비선형 유한요소해석에 의한 결과를 비교하여 차이가 발생하는 원인에 대해서 고찰하였다. 본 논문에서는 카본스틸 재료의 제작 시 필연적으로 사용하는 용접열에 의한 초기 처짐의 영향을 반영하기 위하여 전체와 국부적인 처짐 형상의 조합을 제안하였고, 이 결과는 실험 결과와 거동 및 최종강도 추정율이 7% 이내에서 잘 일치하고 있었다. 논문에서 검토한 절차 및 초기 처짐 구성에 대한 내용은 향후 유사 구조물의 최종강도를 분석하는데 좋은 지침으로 사용할 수 있다.