• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.561-564
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• 2011

다양한 공학/산업적 측면에서 동적 취성 파괴 현상은 매우 중요하다. 취성 균열은 다른 균열 전파에 비해 그 전파 속도가 매우 빠르고 전파 범위가 넓기 때문에 대규모의 파괴 현상을 일으킨다. 동적 전파 중인 취성 균열 거동을 모델화하기 위해 오랜 기간 동안 많은 연구가 진행되었지만, 여전히 많은 부분들이 해석되지 못한 채 남아있다. 특히 균열 생성 및 전파를 위해 인위적인 조건들을 도입해야 하는 것은 기존 방법론들이 가지는 공통적인 문제점이다. 본 연구는 peridynamics를 동적 분기 균열 문제 해석에 도입한다. Peridynamics는 전통적인 연속체 이론에 기반한 수치해석 모델화 기법으로 균열과 같은 비연속성이 있는 문제의 모델화에 강점이 있으며, 인위적인 조건 없이 매우 간단한 방법으로 파괴 현상을 해석할 수 있다. 본 연구에서는 peridynamics 모델이 실험적으로 관측된 분기균열 형상과 균열 전파 속도를 매우 잘 예측해 낼 수 있음을 보인다. 또한 균열팁 주변에 높은 응력이 발생할 때 나타나는 연쇄 분기 현상도 해석할 수 있다. 이와 같은 연구를 통해 응력파가 균열 전파 속도를 변화시키고 전파 방향에도 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 수치해석 결과도 또한 실험 결과들과 잘 부합함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권6호
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• pp.429-434
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• 2017

분자-연속체 하이브리드 기법은 연속체 유체역학으로 예측하기 어려운 마이크로/나노 스케일 유동에 대해 개발되고 발전해 왔다. 분자동역학은 고체표면 주변 영역에서 사용되고, 나머지 영역에서는 나비아스톡스 방정식이 사용된다. 본 연구에서는 나노채널에서 고체-액체 상호작용과 표면 거칠기의 영향을 연구하기 위해 분자-연속체 하이브리드 기법을 이용하여 쿠에트 유동을 해석하였다. 우리는 고체-액체 상호작용 힘인 표면 에너지와 표면 거칠기가 유동의 표면 경계조건에 영향을 주는 것을 발견하였다. 표면 에너지가 낮을 때에는 유동이 고체 표면에서 미끄러짐이 발생하였고, 표면 에너지가 증가함에 따라 미끄러짐의 크기가 감소하였다. 표면 에너지가 높을 때에는 로킹(locking) 경계조건이 형성되었다. 또한 표면 거칠기는 유동이 고체 표면에서 미끄러지는 것을 방해하여 로킹 경계조건이 잘 형성되도록 영향을 주었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.287-292
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• 2007

일반적으로 고전적인 탄성이론에서 매크로 스케일의 구조물의 물성은 구조물의 사이즈에 영향을 받지 않는다. 그 이유는 구조물 전체 체적에 대한 표면의 비율이 매우 작기 때문에 표면의 효과를 무시할 수 있기 때문이다. 그러나, 구조물 전체의 부피에 대한 표면의 비율이 커지게 되면 표면의 효과가 매우 중요한 역할을 하게 되며 지배적으로 나타나게 된다. 특히 나노 박막이나 나노 빔 등 나노 스케일의 구조물에서는 표면효과의 영향을 반드시 고려하여야만 한다. 분자 동역학 시뮬레이션은 이러한 나노 스케일의 구조물 역학적 해석을 위해서 그간 사용되어 온 일반적인 방법이었으나, 과도하게 요구되는 계산시간과 전산자원의 한계로 인해 여전히 수 나노 초 동안에 $10^6{\sim}10^9$개의 원자들에 대한 시뮬레이션이 가능한 정도이다. 따라서 실제적으로 MEMS/NEMS 분야에서 사용되는 서브마이크 스케일에서 마이크로 스케일의 구조물의 분자동역학 시뮬레이션을 통한 해석은 가능하나 설계를 목적으로 했을 때는 현실적이지 못하다. 따라서 본 연구에서는 이러한 분자 동역학 시뮬레이션 기법의 단점을 보완하고자 나노 스케일의 매우 작은 구조물에서 지배적으로 나타나는 표면효과를 고려할 수 있는 연속체 기반의 모델을 제시하고자 한다. 특히 본 논문에서는 박막구조물의 해석을 위하여 고전적인 Kirchhoff 평판이론을 바탕으로 표면효과를 고려할 수 있도록 하는 연속체 모델을 제안하고 이를 바탕으로 유한요소해석을 수행하여 그 해석 결과를 분자 동역학 시뮬레이션 결과와 비교하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.65-78
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• 2008

절토사면 및 천심도 터널의 경우 불연속면을 따른 블록의 미끄러짐 및 회전 등이 안정성에 큰 영향을 미친다. 절토사면이나 터널의 초기 설계 단계에서 안정성 검토를 위해 수치해석을 널리 사용하는데, 대부분의 상용화된 프로그램들은 연속체 해석에 기반을 두고 있다. 불연속면을 고려하여 연속체 해석을 수행할 수도 있으며, 절리를 포함한 암반자체의 강도를 감소시킴으로써 모사하는 것이 대표적인 방법이다. 또한, 연속체 해석방법인 Mohr-Coulomb 모델에 편재 절리모델 (ubiquitous joint model)을 적용함으로써 불연속면을 고려하는 방법이 있다. 절토사면의 수치해석시 주 입력치인 절리암반의 점착력, 마찰각, 탄성계수 등은 암반분류법(rock classification system)에 의한 경험식으로 도출할 수 있으며, 본 논문에서는 이 중 RMR 및 GSI 시스템에 의한 경험식을 통해 얻은 입력치를 실제 위험절토사면에 적용함으로써 두 시스템의 차이를 비교해 보고자 하였다. 또한 RMR 및 GSI 시스템으로 도출한 입력치에 편재절리모델을 혼합하여 적용함으로써 계측을 통해 얻은 변위량 및 변위양상과의 차이를 분석하였다. 분석 결과 GSI 시스템으로 도출한 입력치에 편재절리모델을 혼합하였을 경우의 수치해석결과가 실제현장의 변위량 및 변위양상과 가장 유사한 결과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회지
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• 제4권4호
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• pp.343-349
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• 1995

게데형 분자드래그펌프의 배기특성을 강구(hard sphere)분자모델과 NTC(No Time Counter)충돌 scheme을 이용한 직접모사 법의 하나인 DSMC(direct simulation Monte Carlo)방법을 이용하여 해석하였다. 해석에 사용된 모델은 높이가 일정하고, 길이가 높이의 1~3000배 사이인 이차원 채널이다. 자유분자영역으로부터 연속체 영역까지의 영역에서 최대압축비와 배기속도를 계산하였다. 계산결과 기존의 최대압축비 이론 결과는 채널내의 압력변화가 클 때는 큰 오차를 유발하는 것을 알 수 있었고, 유동방향의 기체분자의 통과확률은 채널 길이와 출구압력에 관계없이 거의 일정한 값을 갖는다는 것을 발견하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.307.1-307.1
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• 2013

고진공 상태의 희박한 농도를 가진 분자들은 불연속체의 특징을 가지게 되며, 일반적인 연속체 시뮬레이션으로 물리적 현상을 예측할 수 없었다. 이에 불연속체 시뮬레이션이 가능하도록 분자동역학을 기반으로 한 해석기술을 구축하기 위한 연구를 진행하였다. 아울러 태양전지 고진공 증발증착 공정의 실험결과와 비교하여 시뮬레이션의 적합성을 확인하고 변수의 영향도를 검토하였다. 향후 다양한 변수에 따른 시뮬레이션이 진행되어야 하며, 불연속체와 관련된 솔루션을 제공할 수 있는 데이터와 노하우의 축적 및 해석기술 표준화가 진행되어야 한다.

• 한국철도학회논문집
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• 제3권2호
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• pp.43-50
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• 2000

The corrugated panels are the prime candidate structure for the floor, roof and wall of Korean high speed train. The equivalent continuum modeling approach panels can be used for the efficient design and evaluation of their structural characteristics. The equivalent continuum models, derived from the true complex corrugated panels, should have the same structural behavior as the original structures have. This paper briefly reviews three representative continuum modeling methods: the static analysis method and two plate-models based on modal analysis methods (MAM). These methods are evaluated through some numerical examples by comparing the natural frequencies and static deflections. It is observed that the plate-model based on Rayleigh-Ritz method seems to provide the best results when used in conjunction with the cantilever-type boundary conditions. The equivalent elastic constants of various corrugated panels, depending on the changes in their configurations, are tabulated for efficient use in structural design.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권2호
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• pp.41-50
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• 2003

본 논문에서는, 병렬 다중 프런트 해법을 이용한 비선형 병렬 구조해석 과정을 소개하고 이의 응용예제로써 2차원 및 3차원 균열 모델에서의 손상 국부화를 모사하였다. 비선형 유한요소 해석과 연속체 손상역학과 관련된 병렬 알고리듬을 구현하였고, 비선형 손상해석에서 사용되는 많은 변수들을 저장하기 위해서는 메모리가 많이 필요하므로 이를 줄이는 방안을 고려하였다. 그리고 손상 진전으로 인한 변형도 연화가 발생할 때 해를 구하기 위해 사용한 Riks의 연속법도 병렬 계산에 맞도록 수정하였다. 수치예제로써, 최대 약 1백만 자유도를 가진 모델들을 사용하여 손상 국부화 문제를 해석하였는데, 이 예제에서 비선형 병렬 알고리듬의 병렬효율과 자유도 변화에 따른 균열 끝단에서의 손상 변화를 살펴보았다.

• 터널과지하공간
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• 제14권3호
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• pp.215-228
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• 2004

지하암반의 변형은 단층, 절리 등의 불연속면을 따라 발생하므로 불연속면의 역학적 특성과 공간적인 분포형태는 구조물의 안정성에 근 영향을 미친다. 한편 연약암반에 높은 응력이 작용하는 경우에는 불연속면뿐만 아니라 무결암에서의 변형이 구조물의 안정성에 영향을 줄 수 있다. 이 연구에서는 암반구조물의 안정성 해석을 위하여 무결암과 절리, 그리고 록볼트를 점소성(visco-plastic) 재료로 가정하고, 연속체 개념을 적용하여 유변학적 모델(Rheological model)에 기초한 2차원 점소성 유한요소 프로그램을 개발하였다. 무결암 모델, 절리암반 모델, 록볼트로 보강된 절리암반 모델의 분석을 통하여 개발된 프로그램을 검증하였고, 각각의 모델에서 무결암의 해석 조건(탄성/점소성)에 따른 변위의 차이를 알아보았다. 연약암반에 높은 응력이 작용할 때, 무결암을 탄성으로 해석한 경우보다 점소성으로 해석한 경우에서 지하구조물의 변위가 더 크게 나타났다. 따라서 연약암반 내 지하구조물의 안정성 해석을 위해서는 절리와 록볼트 뿐만 아니라 무결암에 대해서도 점소성 모델을 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.29-38
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• 1994

본 연구는 축대칭 충구조체의 복합이론 및 유한요소해석 프로그램의 개발에 목적이었다. 연구대상인 축대칭 층구조체는 회전축에 수직으로 층을 이루고 있으며 선형, 탄성, 작은변형 및 축대칭 하중조건의 제한을 두었다. 개발된 복합이론은 multiscale의 방식을 사용하여 비균등질 층구조체를 등가 균등질로 취급할 수 있도록 하였으며 이 과정에서 주 변수들의 연속성만을 필요로 하였다. 그결과 종전에 시용되어온 비교적 복잡한 이론들과는 달리 $C_o$ 연속의 유한요소 프로그램의 개발이 가능하였으며 4 node isoparametric 요소를 사용하였다. 본 연구의 복합이론은 선형조건에 제한하였으나, 본 연구에서 제안한 multiscale 해석법을 이용하면 교량용 받침에 대한 연성재료의 비선형거동의 해석도 가능하게된다. 본 연구에서의 복합이론 및 유한요소해석의 타당함을 보이기위하여 두가지 하중조건 하에서 축대칭 층구조체를 해석하여 기존의 복합이론 및 이산화해석의 결과치와 비교하였다.