• 청정기술
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• 제24권4호
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• pp.332-338
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• 2018

현재 리튬이온전지의 음극 소재 활물질로는 흑연이 주로 사용되고 있다. 그러나 흑연의 최대 이론 용량이 $372mA\;h\;g^{-1}$으로 제한되기 때문에 차세대 고용량 및 고에너지 밀도의 리튬이온전지 개발을 위해서는 새로운 음극 소재 활물질이 필요하다. 여러 음극 소재 활물질 중에서 Si의 최대 이론 용량은 $4200mA\;h\;g^{-1}$으로 흑연의 최대 이론 용량보다 약 10배 이상 높은 값을 나타내고 있지만 부피 팽창율이 거의 400%로 크기 때문에 사이클이 진행될수록 비가역 용량이 증가하여 충전 대비 방전 용량이 현저히 감소하는 현상을 나타내고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 Si 음극 소재 활물질의 입자 크기를 조절하여 기계적 응력 및 반응상의 체적 변화를 감소시켜 사이클 특성을 다소 향상시킬 수 있다. 따라서 Si 입자의 부피 팽창율에 따른 충전 및 방전 용량의 감소를 최소화하기 위해 공정 시간 및 원가 절감이 우수한 건식 방법으로 Si을 분쇄하여 사이클 특성 향상에 관한 연구를 진행 하였다. 본 논문에서는 진동밀을 이용하여 Si을 나노 크기로 제어하고 실험 변수에 따른 재료들의 물리화학적 특성과 전기화학적 특성을 측정하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권9호
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• pp.175-181
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• 2019

수소연료전지차(FCEV)의 수소연료 공급시스템에서 대용량 감압에 사용되는 기존의 1단 감압 구조 레귤레이터(Regulator)의 경우 높은 감압에 따른 맥동과 느린 응답, 수소 취성, 누설, 고중량, 고비용 등의 문제점이 있다. 이러한 문제점은 2번에 걸친 감압 메커니즘(2단 구조)을 가지는 2단 레귤레이터 개발을 통해 극복될 수 있으며, 2번째 감압시점에 전자식 솔레노이드 밸브를 적용한다면 폭넓은 출구압력의 제어가 가능하다. 이에 따라 2단 전자식 솔레노이드 밸브를 가지는 레귤레이터의 출구압력 정밀도 향상과 누설방지, 내구성, 경량화, 가격저감 등의 기술개발이 필요한 실정이다. 이중에서도 레귤레이터의 필수적인 성능인 출구압력 정밀도 향상과 누설 방지를 위해 감압 전과 감압 후의 구조부분을 나누어 각각의 초기 내압 적용 후 Valve part가 닫힌 상태(Open Ratio : 0 %)로 가정하여 해석 연구를 진행하였다. 1차감압부의 기밀성과 관련하여 Aluminum Alloy 소재의 사용은 부적절하다고 판단되었고, 서로 다른 금속으로 구성되었을 때는 응력의 변화와 함께 변위 또한 같이 증가하므로 이종 소재를 사용하는 접촉부 구성은 부적절하다고 판단되었다. 2차 감압부의 기밀성과 관련된 변위 측면에서는 Young's Modulus 값이 큰 TPU(Thermoplastic Polyurethane)를 사용하는 것이 비교적 변위량이 작으므로 적절하다고 판단하였고, 기밀성에 대한 기준으로 Case 분석을 진행한 결과 최적 형상을 설계할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권3호
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• pp.155-164
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• 2019

이 연구에서는 기초의 종류에 따라 지반-구조물 상호작용(SSI) 효과가 LNG 저장탱크의 지진응답해석에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위하여 직경 71m인 LNG 탱크와 기반암 위 점토지반의 깊이가 30m인 지반조건을 고려하였다. 그리고 기초형식으로 네 가지(얕은 기초, 말뚝지지 전면기초, 말뚝기초(지표면 접촉식, 부유식)를 고려하였다. 지반의 비선형성은 자유장 지반에 대하여 등가선형화기법으로 고려되었다. 또한, 말뚝기초의 시공과정에서 발생하는 동다짐 효과에 대해서도 분석하였다. SSI 해석을 위하여 진동수영역 해석프로그램인 KIESSI-3D를 이용하였다. 지반-구조물 상호작용 해석을 통해 LNG 저장탱크의 외조 벽체 쉘의 응력과 내조탱크의 밑면전단력 및 전도모멘트를 구하였다. 해석결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다: (1) 고정 기초해석에 의한 외조와 내조탱크의 지진응답이 SSI 효과로 인한 지진응답보다 매우 컸다. (2) SSI의 효과가 내조탱크와 외조탱크의 동적응답에 미치는 영향은 기초의 형식에 따라 다르게 나타난다. (3) 말뚝지지 전면기초에서 동다짐 효과에 의한 구조물 응답의 변화는 약 10%로서 무시할 수 없을 정도로 큰 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제33권6호
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• pp.371-376
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• 2020

접착강도는 표면처리 기술을 통해 향상시킬 수 있다. 가장 일반적인 방법은 기계적인 결합력을 향상시킬 수 있는 접착 표면의 변화이다. 본 연구는 접착면의 레이저 표면 처리가 기계적 결합력에 미치는 영향과 탄소섬유 강화 복합재료(CFRP)의 접착 결합에 대해 설명한다. 1064 nm의 레이저를 활용하여 표면 조도를 패턴화했다. 레이저 샷의 수, 패턴의 방향, 길이가 CFRP/CFRP 단일 조인트의 접착력에 미치는 영향을 인장 시험을 통해 조사했다. ASTM D5868에 따른 시험을 수행하였으며, 파단 후 손상된 표면을 분석하여 결합 메커니즘을 결정했다. 접착 강도의 증가를 위해서는 CFRP 표면에 최적화된 레이저 샷의 수와 조도 깊이가 구성되어야 한다. 인장방향에서의 전단응력을 고려할 때, 접착층의 파단 경로를 길어지게 하는 45°의 방향의 조도가 접착강도의 증가를 야기했다. 그러나 레이저에 의한 조도의 길이는 접착 강도에 크게 영향을 주지 못했다. 레이저를 이용한 접착면의 표면처리는 기계적 결합 메커니즘을 확보하고 CFRP 접착 조인트의 접착 강도를 향상시키는 적합한 방법이라는 결론을 도출할 수 있다. 레이저 처리를 이용한 이점을 완전히 이용하기 위해서는 최적화된 레이저 공정 변수에 대한 연구가 반드시 필요하다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권3호
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• pp.167-174
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• 2021

최근 국내 원자력발전소의 격납건물 벽체와 Containment Liner Plate(CLP) 사이에서 다양한 크기의 공극이 발견됨에 따라 원전 격납건물의 보수를 위해 내부 공극의 분포와 크기를 정밀하게 평가할 수 있는 진단기법의 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 이 연구에서는 격납건물 벽체에서의 탄성파 전파거동을 계산하는 2차원 유한요소해석 기법을 제시한다. 격납건물 벽체를 기반으로 해석영역을 구성하고 경계면에서의 반사파를 제거하기 위해 수치적 파동흡수 경계층인 perfectly matched layer를 도입하였다. Galerkin 기반 혼합유한요소법을 이용해 2차원 유한영역에서 탄성파 파동방정식의 해를 구하여 충격하중에 대한 격납건물 벽체의 변위와 응력을 계산하였다. 제시한 수치적 기법을 이용하여 격납건물 콘크리트 벽체의 CLP 부착 유무와 공동의 위치 및 크기 변화에 따른 탄성파 전파거동을 살펴보았다. 이 연구의 결과는 원전 격납건물 내부의 공동을 진단하는 탄성파 전체파형 역해석 기법 개발에 활용될 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.51-57
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• 2021

함정의 해수냉각 시스템은 화생방전에 의한 유해물질의 세척과 선체 외부의 적외선 신호를 저감하기 위해 설치된다. 시스템은 압력펌프, 각종 배관 그리고 해수분사용 노즐로 구성된다. 그리고 해수의 분사 압력과 노즐 종류에 따라 산포 범위가 결정된다. 따라서 해수의 산포 범위를 넓히고 해수냉각 시스템의 효율을 극대화하기 위해서는 적절한 분사 압력의 설정과 노즐의 최적 설계가 필요하다. 금속재료로 만들어지는 해수분사용 노즐은 초기 개발단계에서 금속 틀을 만들고 최적 성능을 만족할 때까지 수정된다. 이는 많은 시간과 비용을 유발하여 노즐개발에 어려움을 일으킨다. 따라서 본 연구에서는 해수분사용 노즐의 초기 개발단계에서 시제품을 생성하기 위한 3D 프린팅 기술의 적용 가능성을 확인하였다. 이를 위해 3D 프린팅 기술을 이용하여 압출 플라스틱 시험편을 제작하고 인장시험을 통해 시험편의 물리적 특성 값을 측정하였다. 그리고 측정 결과를 유한요소해석 조건에 적용해 해수의 분사 압력에 따른 노즐의 변형과 응력을 계산하였다. 유한요소해석 결과 노즐은 최적 압력에서 탄성 범위 내로 변화하였으며, 구조적으로 안정하다고 판단되어 본 연구의 가능성을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.141-148
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• 2022

본 논문에서는 축하중과 폭발하중을 동시에 받는 철근콘크리트 부재의 구조 거동을 분석하였다. 기본적인 폭발하중을 받는 패널 실험 데이터, 축하중과 폭발하중을 받는 철근콘크리트 기둥 실험데이터를 이용하여 비선형 동적해석 모델링을 검증하였다. 축하중의 적용에 있어서 Autodyn은 동적해석만을 위한 프로그램이기 때문에 축하중과 같은 정적 하중에 대한 초기 응력 상태를 모사하는 해석 절차를 제시하였다. 축하중비 0%~70% 구간과 TNT 등가량에 의존한 환산거리 1.1~2.0에 해당하는 매개변수를 선정하여 총 80개의 비선형 동적 유한요소해석을 진행하였다. 축하중비와 환산거리의 변화를 통해 손상정도와 최대 변위 및 회전각으로 구조 거동을 비교 분석한 결과로 원거리 폭발하중에서 축하중을 받는 기둥의 강성 증가로 최대 변위가 감소한다. 결과적으로 축하중비 10%~30%, 30%~50%, 50% 이상의 영역 3가지로 구조적 거동 분류가 가능함에 따라 내폭 설계 모델 개발에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

• 대한토목학회논문집
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• 제42권4호
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• pp.537-548
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• 2022

중하중의 교통하중은 포장체에 과도한 응력과 변형을 발생시키므로 이에 대응할 수 있는 포장 단면 설계가 중요하다. 항만 배후도로와 산업도로는 일반도로에 비해 중하중 교통의 비율이 높아 포장의 조기 파손으로 인한 문제가 다수 발생되고 있다. 국외의 경우 중차량의 통행이 많은 도로의 포장설계는 복합포장을 많이 적용하고 있다. 복합포장은 기존 포장의 설계수명을 2배 이상 증대시켜 보수비용 및 사용자 비용을 절감할 수 있는 경제적 포장 형식으로 인식되고 있다. 본 연구에서는 중하중 교통의 비율이 높은 산업도로와 항만 배후도로의 포장 장기 공용성을 확보할 수 있도록 롤러전압콘크리트 기층을 활용한 복합포장의 두께 설계 방안을 제안하고자 한다. 3차원 유한요소해석을 이용하여 포장의 재료물성 변화에 따른 역학적 거동과 장기 공용성을 검토하였으며, 계절별 컨테이너 트레일러에 의해 발생되는 롤러전압콘크리트 기층의 누적피로손상도을 고려하여 사용자가 쉽게 사용할 수 있는 카탈로그 설계를 제안하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제29권2호
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• pp.59-64
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• 2022

연성인쇄회로기판에 사용되는 스크린 프린팅(screen-printing, SP) Ag/폴리이미드(polyimide, PI) 구조의 필 테스트 시 필링 속도 및 박막 적층 구조가 필 강도에 미치는 영향을 분석하기 위해, PI/SP-Ag, PI/SP-Ag/전해도금 Cu, 전해도금 Cu/SP-Ag/PI의 3가지 적층 구조에 대해 필링 속도에 따른 90° 필 테스트를 수행하였다. PI 박막을 필링하는 2가지 구조에서는 필링 속도에 상관없이 필 강도가 거의 일정하게 유지된 반면, Cu/Ag 금속 박막 필링 구조에서는 필링 속도가 증가할수록 필 강도가 크게 증가하는 경향을 보였다. 이는 필링 속도에 따른 90° 굽힘 소재의 소성변형에너지 차이에 기인한 것으로 판단된다. 인장속도에 따른 인장 시험 결과, 변형 속도 증가에 따른 Cu/Ag 금속 박막의 유동응력 및 인성 증가가 Cu/Ag/PI 구조에서의 필링 속도에 따른 금속 박막의 90° 굽힘 소성변형에너지 및 필 강도 증가의 주 원인으로 판단된다. 반면, 점탄성 소재인 PI의 경우 변형 속도에 따른 기계적물성 차이가 금속에 비해 상대적으로 작아서, PI/Ag 및 PI/Ag/Cu 구조에서는 필링 속도에 따른 PI의 90° 굽힘 소성변형에너지 및 필 강도 변화가 상대적으로 적은 것으로 판단된다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.572-581
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• 2023

연구목적:이력형 댐퍼에 하중이 작용할 때 편심에 의해서 부재가 면외 방향으로 거동하는 것을 방지하여 응력-변형율 곡선의 불규칙성을 개선하고 감쇠효과의 계산 시 정확성을 기하고자 하는 것이 본 연구의 목적이다. 연구방법:본 연구에서 사용하는 강재 스트립의 제원은 동일하게 하되 각각의 댐퍼를 구성할 스트립의 곡률은 다르게 한다. 곡률이 다른 각각의 강재 스트립을 댐퍼 1개당 3개씩 정삼각형으로 배치하여 곡률이 다른 5개의 댐퍼를 제작한 후 반복하중 실험을 수행하고, 에너지 소산량을 계산하여 댐퍼의 감쇠성능을 측정하였다. 연구결과: 시험 결과, 댐퍼 중에서 초기곡률이 조금이라도 있는 경우는 없는 경우보다 에너지 소산량은 상당히 감소하지만, 곡률의 크기에 따른 에너지 소산량의 변화는 크지 않으며, 곡률의 유무가 중요한 변수로 사료된다. 결론:댐퍼를 적용한 해석적 검토에서 주기는 T=0.3sec에서 T=0.536sec로 약 78.7% 정도 장주기화 되었고, 응답 스펙트럼 가속도는 Sa=0.54g에서 Sa =0.229g로 줄었으므로 댐퍼의 감쇠효과는 충분히 존재한다.