• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.483-490
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• 2016

플랜트의 유황 저장 탱크는 강재로 구성되며, 탱크 저면은 앵커볼트에 의해 Ring Wall 형상의 콘크리트 기초와 연결된다. 탱크 내 유황이 내부 열원에 의해 고온상태를 유지하기 때문에, 유황 저장 탱크는 상온의 유체를 저장하는 다른 탱크에 비해 큰 체적팽창을 겪게 된다. 일반적으로 탱크 기초의 구조설계는 기초의 내외부의 온도차를 하중으로 적용한 구조해석이 수행되는데, 이 방법은 탱크의 열팽창 특성이 앵커볼트에 의해 집중하중 형태로 콘크리트 기초에 전달되는 현상을 고려할 수 없다. 이는 온도하중의 영향을 과소평가하게 되며, 앵커볼트에 인접한 콘크리트의 균열을 야기한다. 본 연구는 앵커볼트에 의한 온도 하중전달 메커니즘을 고려한 하중 평가식을 제안함으로써, 콘크리트 기초에 작용하는 하중을 보다 합리적으로 결정하고자 한다. 이를 위해 탱크 바닥판과 앵커볼트가 포함된 유한요소모델을 이용해 앵커볼트 개수 증감에 따른 온도하중의 변화를 분석하였으며, 분석결과를 이론해와 결합해 앵커볼트에 의해 전달되는 하중을 평가할 수 있는 명시적인 형태로 해를 제시하였다. 제안된 식의 유효성을 확인하기 위해 실제 플랜트 현장의 유황 저장 탱크 설계에 적용하였으며, 실무적으로 사용 가능함을 보였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.40-47
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• 2018

다공성 보도 블록은 이미 많이 사용되지만, 큰 침투성으로 인해 블록의 강도를 감소시키고, 균열 및 침전의 문제를 만든다. 본 연구에서는 최소 주응력의 결정된 위치를 설계하고 검증하기 위하여, 이동하는 체중하중에 대한 보행로 블록에서의 최소 주응력의 위치를 결정함으로써, 주어진 문제에 대한 최적해를 제시하였다. 최소 주응력의 결정된 위치에 대한 검증 예를, 내부에 빗물을 저장하기위한 통행보도의 탄성 기초상의 2 차원 블록 부재에 대하여 제시하였다. 전단력의 합력에 대한 최소값은 ${\times}1$이 58.58 mm(전체 스팬의 30%, 200 mm)일 때, 최소 변형은 ${\times}2=80mm$(전체 스팬의 70%, 200 mm)에 있다. 수정 된 모델에서, 이동하는 경계 조건(보도 보행 하중)이 ${\times}1$(= 0 mm)에 있을 때, 168 mm (스팬의 84%, 200 mm)에서 최소 주응력의 위치가 발견되었으며, 스프링으로 모델링 된 기초의 응답에 대하여 모델링하였다. 결과적으로, 중립 축(${\times}2=167mm$)에서의 빗물저장을 위한 보도블럭의 "0"변형 위치가 3 차원 FEM 분석 검증을 통하여 결정되었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.65-72
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• 1993

본 논문에서는 비선형 자유표면파 문제에 대한 수치해법을 개발하였다. 궁극적인 물리적 모델은 수조시험에서의 조파저항 실험으로서 이를 모사하는 수치실험을 위한 수치해법을 개발하는데 그 목적이 있다. 수치해법으로서는 선형 문제에서 이미 수치방사조건의 효율성이 입증된 국소유한요소법을 비선형 문제에 응용하였다. 수치 계산과정에서는 교란원인 압력 분포면으로부터 멀리 떨어진 곳에서는 선형해를 이용하고 교란원 근처에서는 엄밀한 비선형 조건을 만족시켰다. 비선형 영역과 선형 영역 사이에는 비선형-선형 천이 완충영역을 수치 계산영역 내에 도입하여 적절히 수치 정합을 하였다. 수치 계산 과정중 각 축차 단계에서의 모드 해석을 이용하여 계산 시간을 월등히 줄일 수 있었다. 수치 계산 모형으로는 수조 실험을 모사한 자유표면 압력 분포면이 균일한 속도로 전진하는 문제를 택하였다. 본 수치계산 방법의 효율성으로 인하여 기존의 수치 계산 방법에 비해 월등이 큰 계산영역을 사용 수치계산을 수행할 수 있었다. 교란원에서 먼 하류에서 채택된 비선형 자유표면파를 선형 계산 결과와 비교하여 그동안 부분적으로 연구된 비선형파의 특성을 규명할 수 있었다. 비선형 효과에 의해 캘빈각이 증가하며, 캘빈각 근처의 파고와 파수가 증가하는 것을 확인하였다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제11권2호
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• pp.133-141
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• 2017

하이브리드 음향센서 (hybrid acoustic sensor)는 음압 기반의 음향센서 (ECM)와 진동 기반의 가속도 센서(acceleration sensor)가 접목된 구조이다. 이는 음향센서의 저주파 대역 감도와 가속도 센서의 고주파 대역 감도를 결합하여 저주파에서 고주파 대역까지 광범위하게 음향을 포집할 수 있다. 본 논문에서는 하이브리드 음향센서에 사용되는 가속도 센서를 제안하였다. 가속도 센서는 음향신호에 의해 발생되는 고막의 진동을 포집한다. 제안된 가속도 센서의 사이즈는 고막의 해부학적 구조와 음향센서인 ECM의 규격을 고려하여 직경 3.2 mm로 결정하였다. 그리고 하이브리드 음향센서가 고감도 광대역 특성을 가지도록 하기 위해서는 가속도 센서의 공진 주파수는 3.5 kHz 부근에서 생성되는 것을 목표로 하였다. 가속도 센서를 구성하는 진동막은 수학적 모델과 유한요소 해석을 통하여 기하학적 구조를 도출하였다. 이를 바탕으로 화학적 식각공정을 이용하여 진동막을 제작하였다. 그리고 제작된 진동막의 주파수 특성을 확인하기 위하여 외력에 의한 진동 측정 실험을 수행하였고, 실험 결과 진동막의 기계적 공진은 3.4 kHz에서 발생되었다. 그러므로 제안한 가속도 센서는 하이브리드 음향센서에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권6호
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• pp.147-154
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• 2014

사장교 케이블의 손상은 사장교 전체의 안전에 가장 큰 영향을 주는 요인이 되므로 케이블의 손상에 대한 유지관리를 필수적으로 해야한다. 이러한 유지관리의 대표적인 방법으로 케이블의 고유진동수변화을 추적하는 방법이 있다. 지금까지 케이블의 고유진동수는 진동법에 의해 횡방향 진동으로 추정하여 왔으며 시스템인식기법은 반복법에 의한 민감도방정식으로 축방향강성을 추정하나 새그의 영향으로 종방향운동에 대한 고유진동수의 분포에 대한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 종방향운동에 의한 고유진동수를 이용하여 손상을 추정함으로써, 종방향운동의 신뢰성을 향상시키는 새로운 방법을 제안하였다. 이 방법의 적용결과를 근사해인 유한요소해석결과와 비교하여 유사한 결과를 얻음으로써 제안된 방법의 신뢰성을 검증하였다. 따라서, 케이블손상과 고유진동수와의 관계를 분석한 결과는 손상률이 증가할수록 고유진동수는 낮게 나타났다. 따라서 케이블의 실측 고유진동수를 알 때 케이블손상과 고유진동수와의 관계식을 통해 케이블의 손상정도를 추정할 수 있으므로 케이블의 효율적인 유지관리가 가능하게 된다.

• 한국음향학회지
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• 제39권4호
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• pp.270-278
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• 2020

본 논문은 원통형 임피던스 튜브내에 설치된 다중 미세천공판(Micro-Perforated Plate, MPP)의 음향투과를 해석적으로 구하는 방법을 다루었다. 판의 진동을 무한 급수의 합으로 전개하였는데 반경방향으로는 Bessel 함수를 포함한다. 평면파 가정하에서 저주파수 대역의 근사식을 유도하였으며 전달함수법을 이용하여 다중 MPP에 대한 음향투과율 공식을 제시하였다. 단일과 이중 MPP의 음향투과손실(Sound Transmission Loss, STL)을 본 논문에서 제안한 공식을 이용하여 계산하였으며 유한요소법(Finite Element Method, FEM)을 사용한 결과와 잘 일치 하였다. 천공율이 증가할수록 STL은 감소하는데 이는 판의 진동보다는 천공율이 더 큰 영향을 주기 때문이다. STL은 판의 공진주파수에서 골(dip)을 보이며 이중 MPP의 STL은 질량-스프링-질량 진동에 해당하는 공진주파수에서 골을 보인다. 본 연구에서 제안한 STL 예측 모델은 임의의 개수의 다중 MPP에 적용이 가능하며 각각의 판은 미세천공을 포함하거나 포함하지 않는 두 가지 경우가 모두 가능하다.

• 한국항해항만학회지
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• 제39권4호
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• pp.285-291
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• 2015

해상 사고에 의한 익수자는 저체온증에 의한 사망 위험에 노출되어 있다. 구명 동의 등을 착용함으로써 부력은 유지할 수 있으나 해수의 낮은 온도에 의한 신체의 열손실은 짧은 시간 내에 체온을 하강시키고 그에 따른 저체온증 사망이 우려된다. 전통적인 구명 동의는 고체형 부력체를 사용하여 부력을 향상 시키고 있으나, 구명 동의에 공기를 채움으로써 부력 및 체온 보존 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 고체형 충진재를 이용한 기존의 비 팽창형 구명 동의와 공기를 채운 팽창형 구명 동의의 단열 성능을 비교하고, 각각의 방법이 체온 변화에 미치는 영향을 정성적으로 평가하고자 한다. 먼저 열저항 모델을 이용한 대략적인 단열 성능의 비교를 실시하고, 유한요소법을 이용하여 Pennes의 신체 열전달 해석을 수행하여 시간에 따른 체온 변화를 수치적으로 검토하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권2호
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• pp.237-243
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• 2019

PE(PolyEthylene) 재료를 활용한 해상부유 구조물은 바다, 강 또는 호수의 인근이나 수역 내에 일정한 공간 부를 형성하는 부유식 구조물로, 현재는 그 용도가 소형선박 계류장뿐만 아니라 양식장, 수상 펜션, 해상부교 등에 다양하게 활용되고 있다. 이 제품군의 특징은 유연성이 뛰어나고 재활용할 수 있으며, 내약품성, 내후/내식성이 우수하다. 기존의 PE 제품군을 활용한 부유식 플랫폼은 한 개의 브래킷에 한 개의 부력관을 체결하는 단순한 구조를 구성하였고, 이로 인하여 사용자가 용도 변경 및 사용환경이 변경될 때는 적용하는데 제한이 있었다. 이에 본 연구에서는 한 개의 브래킷에 다양한 크기를 갖는 부력 관을 체결할 수 있는 구조를 개발하고, 제품의 구조 안전성을 유한요소법을 활용하여 검증하였다. 구조해석 결과, 브래킷 하단에 지름 500 mm 부력관 모델에서 충돌 하중에 대해 최대값을 나타내었으나, 허용기준을 만족하였다. 본 연구 결과를 기반으로 하여, 향후 다양한 형태의 부유체 플랫폼에 대한 구조 안전성 평가에 관한 연구가 가능하며, 관련 평가 기준에 대한 정립이 필요하다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권2호
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• pp.394-401
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• 2021

신재생에너지 신규설비 보급이 매년 꾸준히 증가하고 있으며, 그중 개발 확장성이 풍부하고 생산유발계수가 큰 해상풍력 시장이 급성장하고 있다. 특히 서남해 권역은 최고 수준의 해상풍력 잠재량을 보유하고 있으며, 관련 프로젝트들이 추진 중이다. 본 연구는 점토층 지반에 효과적인 해상풍력 하부구조물의 개발에 있어 EUROCODE에 의한 구조물의 설계 절차를 제시하고 구조 안전성을 고찰하여 관련 기술 분야에 이바지함을 목표로 한다. 선행연구에서는 풍력발전기 용량이 5MW급을 주요 대상으로 하였으나, 서남해 해상풍력발전기 시장의 기술 추세에 부합하는 발전 용량 8MW급을 연구 모델로 선정하였다. 이에 본 연구에서는 서남해 지질 조건에 부합하는 하부구조물을 개발하고, 구조 안전성을 유한요소법을 활용하여 검증하였다. 초기 설계안에서 일부 구간을 보강하여 구조 안전성을 확보하였다. 본 연구 결과를 기반으로 하여, 향후 다양한 형태의 하부구조물에 대한 구조 안전성 평가가 가능하며, 전문화된 구조 설계 및 평가 기준을 확립하였다.

• Composites Research
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• 제15권4호
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• pp.23-31
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• 2002

시편 게이지 면적($길이{\;}{\times}{\;}폭$)의 이차원 크기효과가 T300/924 $[45/-45/0/90]_3s$ 탄소섬유/에폭시 적층판의 압축거동에 대해 조사하였다. 개조된 압축시험치구(ICSTM)와 좌굴방지장치가 $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm,{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$의 게이지 길이와 폭을 가진 시편들의 압축시험에 사용하였다. 모든 경우의 파괴들은 시편 게이지 길이 내에서 주로 갑자기 발생하였다. 파괴 후 분석결과는 $0^{\circ}$층의 섬유의 미소좌굴에 의해 파괴를 시작하여 최종파괴를 일으키는 임계파괴기구일 것으로 생각되었다. 이것은 매트릭스 지배적인 파괴를 의미하며, 초기섬유굴곡에 따라 파괴가 지배적으로 시작된다는 것을 말한다 이것은 또한 제작공정과 품질이 압축강도를 결정하는 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다. 좌굴방지장치를 장착하고 시험할 때 장치의 볼트 조임 토크에 따라 시편과의 접촉마찰 등에 의해 실제 압축강도 보다 크게 나타나는 결과를 보였다. 좌굴방지장치의 영향을 유한요소법을 이용하여 해석한 결과 실제 압축강도 보다 7% 정도 크게 나타남을 확인하였다. 부가적으로 홀을 갖는 시편들의 압축시험도 수행되었다. 홀에 의한 국부응력집중이 적층판 강도에 지배적 요인이었다. 파괴강도는 홀 크기와 시편 폭이 증가할수록 감소하였으나 탄성응력집중계수로 예측된 값보다는 일반적으로 크게 나타났다. 이것은 사용된 복합재가 이상적인 취성재질이 아니라는 것을 의미하며 홀 주위에서 다소간의 응력이완이 발생한다고 볼 수 있다. X선 검사 사진분석에서 섬유좌굴과 층간분리형태의 손상이 파괴하중의 약 80%에서 홀 가장자리로부터 시작되었고 임계파괴크랙길이인 2-3mm의 불안정한 상태에 도달하기 전까지는 하중 증가와 더불어 안정되게 파괴가 진전되었다(시편의 기하학적 크기에 의존함). 이 손상과 파괴는 선형 cohesive zone 모델로 해석되었다. 노치없는 시편의 압축강도와 평면 파괴인성의 측정된 적층판 변수들을 사용하여 홀의 크기와 시편 폭의 함수로서 홀을 갖는 적층판의 압축강도를 성공적으로 예측하였다.