이 연구는 일본식 배수공이 설치된 제방의 침투 흐름을 비정상 상태로 SEEP/W 모형을 사용하여 해석하고 모형의 적용성을 평가하기 위해 수행하였다. 수치모형의 적용성 평가를 위해 비정상 상태로 제방 침투에 대한 수리모형실험을 수행하였다. 제체 재료는 경상북도 구미시에 위치한 해평천의 제방 건설 현장의 재료를 사용하였고 일본식배수공은 굵은 골재와 부직포를 사용하여 실험실에 제방 축소 모형을 수조 내부에 제작하였다. 모형제방은 제방축조 방법과 유사하게 다짐을 하기 위해 흙을 쌓으면서 0.20 m 높이마다 다짐을 실시하였다. 다짐방법은 고무망치를 이용한 층다짐을 하였다. 제방 제외지에 0.55 cm/min의 속도로 수위를 증가하여 15분 간격으로 각 0.3 m, 0.4 m, 0.5 m 수위에 따른 비정상 상태의 위압계 측정을 수행하였다. SEEP/W 모형의 매개변수는 투수계수와 입도분포도, 불포화 함수특성곡선(값을 산정하기 어려움)이 있으며, 각 매개변수에 대한 민감도 분석을 수행하였다. SEEP/W 모형의 모의 결과는 수리모형실험 결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다.
우리는 자동차 엔진을 지지하기 위한 고무에 대한 마찰특성을 연구하였다. 본 논문은 실험실에서 개발된 테스트 장비를 사용하여 여러 고무의 마찰 마모 특성을 실험적 연구에 의해 분석하였다. 마찰특성은 하중과 온도, 속도 등과 같은 여러 가지 조건 하에서의 마찰력과 수직하중으로부터 측정되었다. 따라서 자동차는 물론 각종 구조용으로 사용되어 지고 있는 고무는 여러 조건에 따라 마찰특성의 관계를 연구하였다.
하나 또는 두개의 지주를 가지는 소수선면 쌍동선의 유체동역학적 특성에 대한 비교 연구결과를 다루었다. 두 모형선으로 정수중에서의 저항, 파랑중에서 정지 및 속도를 가질 때의 6자유도 운동응답, 그리고 파랑하중 등을 수조 실험실에서 측정하였으며 수치해석결과들과 자세하게 비교하였다. 본 연구 결과에 의거하여 두 SWATH 모델들의 장단점을 열거하였으며 이는 SWATH선의 설계 고려에 유익하게 쓰여질 수 있다고 생각된다.
본 논문은 실험실에서 개발된 테스트 장치를 사용하여 여러 고무의 마찰 마모 특성을 실험적 연구에 의해 분석하였다. 마찰 계수는 하중과 온도 등과 같은 여러 가지 속도 조건 하에서의 마찰력과 측정된 수직하중으로부터 계산되었다. 자동차에 사용되는 타이어는 여러 가지 작동 상태에 따라 마찰 특성의 관계가 확인되었다.
본 논문은 최근 이슈가 되고 있는 해양에너지 중 해류의 흐름을 이용한 조류발전 시스템에 관한 것으로 대학 실험실규모에서 조류발전 시스템의 성능 및 특성을 효율적으로 시험 평가할 수 있도록 구성된 모의실험 장치에 관한 것이다. 조류발전은 타 에너지원에 비해 발전의 제한조건과 단점이 거의 없으며 국내 자연환경에 적용하기에 적합한 많은 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 조류발전 시스템의 성능 및 특성을 시험할 수 있도록 Motor-Generator Set(M-G Set)을 구성하였고, 최대출력제어를 위해 사전에 PSIM을 이용하여 시뮬레이션을 수행하여 최대 출력제어 알고리즘을 검증하였다. 구축된 조류 발전 모의실험 장치는 해양의 기후, 시간 변화에 따른 조류 속도 변화를 효율적으로 모의할 수 있도록 전동기 속도 제어를 가능하도록 하였다. 조류발전 시스템에서는 와류등으로 인해 유속을 측정하기 힘들고, 오차가 발생할 가능성이 많다. 그래서 유속 정보 없이 최대출력제어가 가능한 알고리즘을 시뮬레이션하여 수행하였다. 본 연구는 향후 실시간 발전 사항을 모니터링 할 수 있도록 LabVIEW 기반 모니터링 시스템에서 최대 출력제어 시스템을 구축하기 위한 좋은 자료로 쓰일 것이라 판단된다.
전자 전도체 이온 결합 화합물, $A_{1-\delta}O_\mu$에서 전자의 흐름과 이온의 흐름 사이에서 일어나는 간섭 현상을 비가역 열역학적으로 분석하였다. 이 계를 가역 전극 사이에 두고 전기를 흘리면 주된 전하 나르게인 전자의 흐름에 의하여 잘 움직이는 양이온 빈자리들의 알짜 흐름이 유발되며, 이 반자리의 흐름은 Fick 좌표계를 실험실 좌표계에 대하여 상대적으로 움직이게 한다는 것이 드러났다. 따라서 이 상대속도는 전자와 이온의 흐름간 간섭효과의 크기와 방향을 결정하는 양이온 유효전하의 척도가 되는 것이다. 이 상대속도를 측정하는 두 가지의 실험을 고안하였다.
본 논문에서는 가속도계와 속도계를 활용한 단기 동적변위 산정기법을 소개한다. 본 기법에서 변위는 측정된 가속도와 속도 데이터를 칼만필터 기반 실시간 융합 알고리즘에 적용하여 추정된다. 기존 변위센서(LVDT, LDV, Vision 등)는 고정된 지지점과 설치를 위해 별도의 가설물을 필요로 했기 때문에 지진 발생 시나 해상교량 적용에 한계가 있었다. 또한 Laser/Vision 기반 센서의 경우 시야확보가 어려운 경우 활용이 제한된다. 본 기법에서는 부착식 센서인 가속도계와 속도계를 활용하기 때문에, 고정된 지지점이 필요 없을뿐더러 부착만 되면 시야확보 여부로부터 자유롭다. 따라서, 지진, 해상교량뿐만 아니라 화재 시에도 적용 가능하다. 변위추정을 위해 누적되는 가속도의 이중적분 오차는 속도 계측치로 보정되며, 실험실 규모 테스트를 통해 해당 기법을 검증하였다.
보행 종료(gait termination)는 인간의 보행개시(gait initiation)나 율동성 보행(rhythmical walking)에 비해 관심을 적게 받고 있다. 파킨슨 환자들이 보행종료와 방향전환 시 가지는 어려움은 이들 환자들이 보행 시 넘어지게 되는 노출 요인으로 보고되어져 왔다. 보행종료에 대한 기전의 이해는 효과적으로 걸음을 멈추지 못해 넘어지게 되는 위험요인을 가진 사람들에게 적용되어질 수 있다. 이 논문에서 우리는 보행종료에 대한 최근문헌을 고찰하고 우리 실험실에서 진행되어온 파킨슨환자의 보행종료에 관한 일련의 실험들의 결과를 요약하였다. 본 연구는 율동적인 보행상태에서 완전한 멈춤으로의 전환에서 일어나는 동역학의 변화를 검사하기위해 시행되었다. 보행속도가 증가함에 따라 따르는 다리(trailing limb; 보행종료시점에서 뒤에 위치하는 다리)의 유의한 가속력 감소가 나타나고 멈출 때 이끄는 다리(leading limb; 보행종료시점에서 앞에 위치한 다리)에서 유의한 감속력의 증가가 나타난다. 보행종료 시, 이끄는 다리의 뒤쪽에 질량중심(center of mass) 을 유지시키기 위해 하지 신전근의 활성도가 오래 지속되어져야 한다. 예측하지 못한 상황에서 보행종료 시, 보행 중이나 예측되어진 상황에서 멈출 때보다 이끄는 다리 아래에서 감속력이 빠르게 발생하는 경향을 보였다. 대상자들을 보행속도에 따라 두 군으로 나눌 때, 계획되지 않은 보행종료를 하는 동안 보행속도가 느린 군이 빠른 군보다 전방 가속력을 급속하게 증가시키는 것으로 나타났다. 이러한 결과들은 보행속도가 느린 대상자들이 따르는 다리로 힘을 생성하기 보다는 주로 이끄는 다리에 의존하여 보행종료를 하는 것을 보여준다. 따르는 다리에서 발생되는 힘과 근육활성도의 조절을 측정하기 위하여, 파킨슨 환자와 연령에 의해 짝짓기된 정상 환자군에게 표적 조건(target condition)을 추가하였다. 파킨슨 환자군은 표적에 다리를 정확히 놓기 위해 몇 발자국 전부터 보행 속도를 줄였다. 파킨슨 환자들은 보행종료를 촉진하기 위해 필요한 근육들의 활성도를 증가시키는데 큰 어려움을 가지고 있다고 생각되어진다.
장대 케이블 교량의 풍응답을 계측할 수 있는 무선센서네트워크 기반의 풍응답 계측시스템을 개발하고, 이를 사용하여 인천대교의 시공단계별로 고유진동수, Mode Shape과 같은 Modal Parameters의 변화를 추정하고 보강형에서의 풍압분포와 보강형, 주탑, 케이블의 가속도를 계측하여 내풍 성능을 분석하였다. 개발된 계측 시스템은 인천대교 사장교의 전체 거동을 계측할 수 있도록, 1.5km 범위에 넓게 분포된 최대 55 Nodes에서 최대 1kHz의 동기화된 계측을 수행할 수 있으며, 각 Node별로 3축가속도나 풍압을 측정할 수 있다. 전체 Node에서 가속도를 계측하는 경우에는 최대 165 Channel을 1kHz로 측정할 수 있다. Modal 해석의 경우에, 고가교, 접속교, 사장교 주탑, 보강형, 케이블의 시공 단계별 동특성의 변화를 추정하였으며, 고가교에서는 모드해석을 통해 역추정한 구조계수를 정적재하실험 및 실험실에서의 Mold 시험결과와 비교하였으며 사장교 케이블에서는 케이블 댐퍼의 성능을 분석하였다. 또한 인천대교 보강형에서의 풍압분포를 계측하였으며, 풍압의 공간상관관계를 분석하였고, 풍하중 및 풍진동 특성을 분석하여 가속도 계측 결과와 비교하였다. 계측 및 분석 결과를 바탕으로 장대교량의 내풍성능을 확보하고 향상시키는데 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
하천에서 물이 비교적 빠른 속도로 흘러가면 압력 변동, 하상의 조도, 하천내 구조물 등의 영향에 의해 수면이 끊임없이 변형을 일으키며 수면에 작은 물결(수면 파문)이 생긴다. 이러한 수면 파문은 유수에 의해 유수의 평균 유속으로 이류되며, 이 때문에 인간이 유수의 흐름을 시각적으로 인식할 수 있다. 이러한 표면 파문은 적절한 영상 분석을 하면 표면 유속 측정의 추적자로 이용할 수 있다. 본 연구는 유수 표면을 연속된 영상을 촬영하고, 일련의 영상을 시공간 영상(space-time image)으로 만든 뒤, 휘도 경사법(graylevel gradient method)으로 유속 벡터를 추출하는 새로운 방법을 제시하였다. 이 분석 과정은 기존의 입자 영상 유속계(PIV, Particle Image Velocimetry) 기법을 이용하는 방법보다 훨씬 간단하고 분석 시간도 크게 절약할 수 있다. 또한, 수면 파문의 전파에 따른 중력파의 영향을 시공간 영상의 처리 과정에서 잡음으로 간주하여 처리할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 개발된 루틴을 표면 영상 유속계(SIV, Surface Image Velocimtery)에 구현하여 새로운 영상 유속계를 개발하였다. 시공간 영상 분속을 이용하는 새로운 영상 유속계를 실험실 수로의 영상 자료에 적용하여 그 정확도, 적용성, 장단점 등을 분석하였다. 제안된 방법에 의한 평균류 산정 결과는 물리적으로 타당하며, 저속 또는 저휘도에서의 분석 성능이 뛰어난 것으로 밝혀졌다. 다만, 이방향 흐름의 분석에서는 문제가 있는 것이 밝혀졌다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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