이 논문에서 소개되는 실시간 하이브리드 실험 시스템은 유사동적실험법을 근거로 하고 있으며, 실제 실험과수학적 모델을 이용한 수치해석을 결합한 실험법이다. 이 시스템은 종래의 유사동적해석법에 비해 지진하중을 받는 구조물의 실시간 반응에 근접하는 현저히 높은 하중재하 속도를 고려할 수 있도록 설계되었다. 또한 다자유도 구조물에 대해 안정적인 해석환경을 제공하기 위해 이 시스템은 implicit 시간적분법을 이용하여 수치해석을 수행한다. 이 논문은 연구를 통해 개발된 시스템의 전반적인 개요와 구성요소 그리고 이 시스템에서 사용하는 수치 해석법의 성능을 평가하기 위해 수행된 수치해석을 소개한다. 연구 결과 개발된 시스템에 적용된 수치해석법은 성능이 매우 우수하다는 것이 증명되었다.
등방성 상반 매질과 수직 단축성 하반 매질의 경계면에서 $VV{\cdot}HV{\cdot}VH$ 문제에 대해, 임펄스 점전류원에 의해 발생하는 전자장을 이론적으로 고찰한다. 이들 문제에서의 전기장은 Fourier-Laplace 영역의 이상파 성분과만 관련이 있다. 각각의 문제에 대해서 Cagniard-de Hoop 해석법을 응용하여 시간 영역의 전자장 해를 얻는다. VV 문제의 전자장은 적분이 포함되지 않은 명시적인 형태로 구할 수 있다. $HV{\cdot}VH$ 문제의 해에서는 적분을 없앨 수 없지만, 적분해에 내재 된 주요 특이 성분들은 해석적으로 추출된다. 주파수 영역의 계면 원방 전자장은 시간영역의 특이 성분에 의해 결정된다.
위성 발사 후, 궤도상에서 광학탑재체의 영상 품질 검정이 필요하다. 검정부지로서 지상은 대기, 계절, 기상의 효과로 인해 불안정하기 때문에, 별을 관측하여 위성의 영상 품질을 검정을 시도한다. 본 연구에서는 이러한 별을 이용한 검정을 위해, 선택된 별을 관측하기 위한 위성의 자세 시나리오를 생성하였다. 개발된 자세 시나리오는 지상을 관측할 때 사용되는 시간지연적분 기법을 구현하면서 별을 관측할 수 있다. 위성을 회전축으로 일정한 속도로 지나가면 시간지연적분을 구현할 수 있는데, 이를 위한 카메라 방향의 회전 각도를 계산하였다. 또한 임의의 자세에서 별을 관성 지향하는 최소경로의 쿼터니안을 계산하였다.
준설토에 대한 연구는 주로 준설토의 1차원 침강 및 자중압밀 특성을 파악하는 실험적 연구가 진행되었다. 하지만 양질의 준설지반 확보를 위한 효과적인 투기장의 설계와 배출수에 의한 환경오염을 최소화하기 위해서는 준설토의 투기에 의한 유동특성의 체계적인 연구가 필요하다. 본 연구에서는 준설토 투기장의 펌핑에 의한 토사의 유동 형상을 모사하기 위하여 준설토사를 단일상으로 가정하고 연속 방정식을 유도하여 좌표축에 따른 힘 평형 방정식을 유도하였다. 준설토장의 3차원 거동 해석을 위한 컴퓨터 연산 부하와 모델링 소요시간을 최적화하기 위하여, 토체의 깊이 방향으로 적분을 수행하는 깊이 적분 방법을 지배 방정식에 적용하여, 3차원적 지형조건을 고려할 수 있도록 하였다. 지배 방정식의 보간함수를 이용한 공간분할에서 Petrov-Galerkin 수식화 기법을 적용하였다. 일반화된 사다리꼴 법칙으로 시간적분을 수행하고 Newton의 반복과정을 이용할 수 있도록 근사화시켰다. 가중행렬은 DG과 CDG 기법을 적용하였으며, 준설토 유동해석에서 가중행렬에 따른 수치적인 안정성을 평가하기 위하여 사각형 기둥 슬럼프 시뮬레이션을 수행하였다. 수치기법에 대한 비교 분석 결과는 DG 기법을 적용한 SU/PG 수식화가 유사진동을 최소화시키는 가장 안정적인 수치해석결과를 보여주는 것으로 나타났다.
9.2GHz 주파수 차이로 위상잠금(phase-locking)된 레이저 시스템을 제작하여 그 특성을 조사하였다. 외부공진기 다이오드 레이저 2대를 제작하고, 두 레이저가 9.2GHz 주파수 차이를갖도록 디지털 회로를 이용하여 위상잠금 하였다. 위상잠금된 두 레이저의 맥놀이 신호의 스펙트럼을 측정하였으며, 이로부터 신호의 반송률이 약 93%임을 알 수 있었다. 위상잠금된 두 레이서의 상대 선폭은 2Hz 이하였다. 위상잠금된 두 레이저의 맥놀이 신호의 위상잡음을 측정하였으며, 측정된 위상잡음 스펙트럼으로부터 적분시간 1s 이하에서 상대적인 주파수 안정도를 계산하였다. 적분시간 1s 이상에서는 주파수 측정방법으로 상대적인 주파수 안정도를 측정하였는데, 적분시간 20s 에서 알란편차는 $2.7{\times}10^{-19}$였다.
스토리텔링 기법을 수학 교과서에 적용할 때, 스토리를 전개하는 방법에 따라 늘어나는 학습시간을 효율적으로 조절하는 것은 중요한 문제이다. 특히 고교과정의 수학은 중학교 과정과 비교하여 소화하여야 할 수학적 지식의 양과 질이 차별화 되므로, 각 단원에 적절한 스토리텔링 기법을 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 고등학교 미분적분학 단원을 중심으로, 공학적 도구를 활용하여 수학 문제 풀이에 요구되는 계산 시간을 줄여 개념학습 시간을 충분하게 확보하는 스토리텔링 교과서 개발 사례를 제시한다.
최근까지 발표된 유한 요소법을 이용한 압연 해석 관련 주요 논문들을 정리해 보면 다음과 같다. Li와 Kobayashil는 강소성 유한 요소법(rigidplastic finite element method)을 여러가지 마찰조건에 대하여 해석하였다. 이때 압연롤은 강체 (rigid body)로 시편은 가공경화(workhardening)를 동반한 강소성체로 모델링하였다. Hwang과 Kobayashi는 강소성 유한 요소법을 이용한 평면 변형 압연에서 재료 손실을 최소화하는 예비 성형체(preform)의 설계에 대한 연구를 수행하였다. 이 경우에도 역시 압연롤은 강체로 시편은 가공 경화를 동반한 강소성체와 완전 소성체로 모델링 되었으나, 고착(sticking) 마찰 조건에 대해서만 해석을 수행하였다. Mori와 Osak- ada 그리고 Oda는 약간 압축성이 있는 재료의 평면 변형 압연에 대하여 연구하였다. 이때 압연롤은 강체로 시편은 가공 경화를 동반한 강소성체로 모델링 되었으며 경계 면에서는 Coulomb 마찰을 고려하였다. 이밖에도 오일러(Eulerian) 수식화를 이용한 Dawson과 Thompson, Berman의 해석 결과가 있으며, 또 폭 방향의 변형까지를 고려한 Li와 Kobayashi, Mori와 Osakada의 3차원 해석 결과가 있다.
본 연구에서는 초저팽창물질(Ultra-low expansion material, ULE)로 제작된 초안정 기준공지기와 다이오드의 전류 변조 특성을 이용하여 상용 다이오드 레이저로 주파수를 안정화시켰다. 레이저의 주파수 선폭은 공주(free run) 상태에서 적분시간 1 s 동안 1 MHz 정보이며, 대략 20분 동안 측정된 주파수 표류 속도는 300 kHz/s 정도였다. ULE로 제작된 초안정 기준공지기투과 신호의 측면(기울기 500 kHz/V)에 주파수를 안정화시켰을 때 선폭의 rms 값은 10 s 이상의 적분시간에서 50 kHz정도였다. 알란 분산(Allan variance)의 제곱근 값은 10ms 이상의 샘플링 시간에 대해 2kHz 이내가 되었다.
In the analysis of metal forming problems, the explicit time integration finite element method, which does not have convergence problems, is frequently used. The present work is to assess the applicability of the explicit time integration finite element method to quasi-static metal forming problems. Compressing analyses of thin-walled tubes and solid cylinders are performed with different loading velocities. The computed buckled profiles of thin walled tubes are compared with the theoretical and experimental ones and it is found that at sufficiently low loading velocity, the explicit time integration finite element method accurately predict quasi-static buckled profiles. When loading volocity is increased, the computed buckled profiles of thin-walled tubes are very sensitive to loading velocity however the computed profiles of solid cylinders are less sensitive to loading velocity. In orther words, the geometrically self-constrained specimens like solid cylinders are less sensitive to loading velocity than the geometrically unconstrained specimens like thin-walled tubes. As a result, it is found that the geometrically self-constrained problems which include the greater part of metal forming problems can be efficiently analyzed with loading velocity control technique.
A prior error estimator which is solving structural dynamic problems and which is based on the generalized-method, is developed. Since the proposed error estimator is computed with only previous information, the time step size can be adaptively selected without the feedback mechanism. This paper shows that the automatic time stepping algorithm using the error estimator performs an efficient time integration. To verify its efficiency, several examples are numerically investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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