• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.53-58
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• 2023

PIC 설계 방법은 선행 유한요소해석을 통해 하중 유형을 나누어, 각 구간마다 하중 유형에 강한 복합재료의 적층 각도 순서를 배치하는 방법이다. 기존 연구에서는 효율적으로 구간을 나누기 위하여 PIC 설계 방법에 머신 러닝이 적용되었으며, 학습 데이터는 선행 유한요소해석 결과 값을 통해 전체 요소의 일부인 참조 요소에서의 인장, 압축 그리고 전단과 같은 하중 유형으로 나누어 라벨링 되었다. 하지만 좌굴에 대해 고려되지 않아서 좌굴 발생 시, 적절한 하중 유형으로 나눌 수 없기 때문에 이를 해결하기 위한 방법이 필요하다. 본 연구에서는 좌굴이 고려되기 위한 새로운 하중 유형 분석 방법을 기존의 PIC 설계에 적용하는 기법(PIC-NTL)이 제안되었다. 좌굴의 하중 분석은 각 플라이(Ply)별 응력 3축 특성을 통해 진행되었으며, 요소의 두께 방향으로 동일한 크기의 두 영역으로 나누어진 판단 영역 내에서 결정된 하중 유형을 통해 대표 하중 유형이 지정되었다. 학습 데이터의 특성 값은 참조 요소의 좌표, 라벨(Label)은 각 판단 영역의 대표 하중 유형으로 구성되었으며, 이 데이터를 통해 머신 러닝 모델이 학습되었다. 머신 러닝 모델의 성능에 영향을 미치는 하이퍼파라미터는 베이지안 알고리즘을 통하여 최적 값으로 튜닝되었다. 튜닝 된 머신 러닝 모델의 중 SVM 모델이 가장 높은 예측률과 ROC-AUC로 나타났으며, 해당 모델을 통해 예측된 데이터가 유한요소 모델에 매핑되었다. 기존에 제안된 PIC 설계 방법과 비교하기 위하여 사각관 형태의 모델을 압축시키는 유한요소해석이 진행되었으며, 본 연구에서 제안된 설계 방법이 강도와 에너지 흡수율에서 더 우수함이 검증되었다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.47-59
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• 2023

본 연구에서는 점토질 모래(SC)를 대상으로 실내시험을 수행하여 물리적 특성, 압밀/투수 특성, 응력-변형 특성을 분석하고, 세립분 함유량에 따라 모래에서 점토로 흙의 역학적 성질이 변화되는 전환 세립분 함유율을 도출하였다. 또한 현장 적용성 평가를 위해 실제 과다침하로 인하여 문제가 발생된 연약지반 개량 현장의 계측자료를 수집하여 실내시험 및 수치해석 결과를 바탕으로 도출된 침하특성과 현장에서 계측된 실제 침하특성을 비교·분석하여 SC의 압밀 대상층 적용성 평가를 수행하였다. 실내시험 및 압밀해석 결과 SC는 세립분 함유율 25%이상에서 사질토에서 점성토로의 역학적 특성 변화가 나타났으며, 점성 토로의 역학적 특성 전환은 점토입자의 함유율과 매우 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다. 연약지반 현장의 수치해석을 통해 전환 세립분 함유율 이상의 점토질 모래를 압밀 대상층으로 적용한 경우, 침하량이 계측침하량 대비 평균 91.2%로 거의 일치하는 결과를 확인하였다. 따라서 연약지반 설계에서 압밀대상층 범위 선정 시 전환 세립분 함유율 이상의 점토질 모래는 연약지반에 포함하여 적용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제55권6호
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• pp.633-648
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• 2022

경기도 연천 지역에서 집중적으로 발생한 군발지진의 원인을 파악하기 위해서 중력 자료를 분석하였다. 그 결과 연천 지역에는 북서-남동 방향의 안행상(En echelon) 구조가 발달하는 것으로 나타났다. 또한, 동두천 단층 동쪽 지역은 꽃다발구조(flower structure)를 수반한 수직 지구조 운동으로 인해서 고밀도의 기반암 물질들이 부분적으로 지표 가까이 상승한 것으로 해석되었다. 동두천 단층의 파쇄대 폭은 약 200 m, 깊이는 최소 5 km이며, 밀도는 인접 지층보다 평균 약 15% 낮은 것으로 평가된다. 지하 5 km 이내에서 발생한 천발지진은 지표 가까이 관입한 고밀도 암석에 발달된 저밀도의 안행상 단층 파쇄대를 따라 집중되어 발생한 것으로 분석되는데, 이는 동두천 단층의 우수향 운동 때문에 남북 방향으로 작용한 응력이 안행상 단층을 활성화한 결과로 해석된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권10호
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• pp.17-30
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• 2009

지하에 공동을 건설하는 터널 공사의 경우 초기 응력의 집중 및 발파와 같은 시공단계에서의 과도한 에너지의 적용으로 인하여 주변 암반에 손상을 발생시킨다. 이러한 손상의 발생은 터널에 작용하는 하중 및 터널 주변 암반의 흐름조건에 상당한 영향을 끼친다. 이러한 이유로 터널 주변에 발생하는 손상구간에 대하여 다양한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 유사암석으로 제작된 공동이 존재하는 절리모델의 이축압축실험을 통하여 공동주변의 손상발생을 연구하였다. 절리면은 수평면과 $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$의 조건으로 형성되었으며, 초조강시멘트 재료를 이용하여 유사절리모델을 제작하였다. 이축압축 실험결과 공동주변에서는 절리면에 수직한 방향으로 인장균열의 발생이 관측되었으며, 균열의 진행으로 인하여 암반블록이 형성되었으며, 진행하는 인장균열이 다른 절리면에 도달하여 암반블록이 완전히 형성된 경우 탈락하는 과정을 보였다. 이러한 인장균열의 진전은 절리면의 각도에 따라 상이한데 절리면의 각도가 클수록 안정적이며 진행성의 균열 진전 양상이 관측되었다. 이러한 인장균열의 발달은 절리면으로 구성된 암편을 보로 가정 할 경우 공동의 곡률로 인한 기하학적 형상의 불규칙성으로 인하여 모멘트가 작용하는 것으로 판단된다. 이상의 실험결과를 입자요소해석 방법을 기반으로 하는 PFC 2D를 이용하여 모사하였다. 해석결과 실험에서 관측한 바와 같이 절리면 각도가 작을수록 손상대의 폭은 넓어지며 인장균열의 진행에 의한 암반블록의 형성이 관측되었다. 또한 상호작용이 발생하는 균열을 조사한 결과 수치해석에서도 절리면의 각도가 작은 조건에서 진행성의 파괴가 나타났다.

• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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• 제7권11호
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• pp.925-932
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• 2017

본 연구에서는 복합재료들 중 단방향성 탄소섬유강화플라스틱(UD CFRP)에서의 적층각도에 따른 비틀림을 받는 판의 해석을 수행하였다. UD CFRP의 경우에는 적층각도에 따른 물성치가 달라진다. 그리고 연구 모델들에서 탄소 섬유의 적층각도는 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90° 로 지정하였다. 중앙부에는 리벳이나 볼트가 사용될 것으로 가정하여 노치홀을 적용하였다. ISO 15310에서의 실험 방식을 적용하여 해석 방법을 사용했다. 하부에서 2개의 지그를 고정하고 상부에서 2개의 지그를 하강한다. 본 연구에서의 해석 결과값을 보았을 때, 적층각도가 45°일 경우가 파단 부위에 나타나는 전단응력이 254.74MPa로 가장 작은 값으로 나타남을 보였다. 따라서 비틀림이 작용할 때, 45°의 적층각도의 경우가 다른 적층각도에 비하여 더 높은 구조안전성과 내구성을 가졌음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 CFRP 판에 비틀림이 작용할 때 그 내구성에 기여할 수 있는 기반 데이터로 적용될 수 있다고 사료된다.

• 문화기술의 융합
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• 제9권3호
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• pp.633-640
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• 2023

본 연구는 운행선 경전철 직결식 궤도 부설구간에서 발생한 도상블록의 변위거동 특성을 분석하여 적정 보강 방안을 도출하고자 현장조사를 바탕으로 한 수치해석을 수행하였다. 본 연구의 대상선로는 교량상 급곡선 직결식 콘크리트 궤도로서 교량바닥판에 부설된 도상블록이 종방향 및 횡방향으로 이동하는 문제가 발생하여 이에 대한 메커니즘을 분석하였다. 본 연구에서는 3D Solid요소를 이용한 궤도구조 모델링을 바탕으로 운행하중 조건에서 발생가능한 직결식 궤도의 거동을 분석하고 다양한 보강방안에 대한 보강효과를 해석적으로 분석하였다. 도상블럭의 보강 전, 후 횡변위 분석결과, 극한 횡압 작용 시 보강 후 최대 횡변위는 보강 전 대비 약 3% 수준(약 0.1mm)으로 크게 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 채움 모르타르, 교량 바닥판, 보강철근의 발생응력 검토결과, 모두 2.6 이상의 충분한 안전율을 확보하는 것으로 분석되어 보강방안에 대한 최적 조건을 도출하였다. 따라서 본 연구에서 검토한 앵커링 보강 수량 및 대칭형 앵커배치는 도상블록 횡방향 변위 발생 제어 및 교량, 도상블록의 구조적 건전성 확보에 효과적일것으로 판단된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권7호
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• pp.950-957
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• 2023

선박이 부두에 안전하게 계류 및 예인하기 위해서는 관련 국제규정에 부합하는 설계를 해야 한다. 그러나 현재까지도 일부 소형 조선소 및 설계 회사에서는 그 내용을 정확히 숙지하지 못하고 있는 경우가 많다. 따라서 본 논문에서는 예인 및 계류설비에 관한 국제규정을 살펴보고, 최신 발효된 MEG4(Mooring equipment guideline 4) 기준에 만족하는 대표적인 계류 의장품인 볼라드(Bollard)와 쵸크(Chock)를 개발하고자 한다. 볼라드는 계류 밧줄을 선체에 고박하기 위한 의장품이며, 일반적으로 2개의 기둥으로, 대부분은 8자 매듭 형태로 사용하고 있다. 쵸크는 선외에서 선내로 들어오는 계류 밧줄의 방향을 전환하고, 밧줄의 손상을 방지하기 위하여 곡률을 갖는 주물방식으로 제작한다. 이 두 가지 계류 의장품은 선박의 선수와 선미, 중앙부 측면에서 많이 사용되고 있다. 최근 컨테이너선 및 LNG 운반선의 크기 증가로 인하여, 계류 밧줄 하중이 증가하고 있으며, 계류 의장품도 안전사용하중(Safe working load)이 변경되어야 한다. 본 연구에서는 유한요소해석 모델링을 통한 허용응력 평가법 결과를 정리하고, 분석하였다. 추가적으로 비선형 붕괴 거동 평가를 통하여, 안전사용하중 결정에 대한 검증을 수행하였고, 탄성영역 내 설계가 되었음을 확인하였다. 연구에서 제안하는 평가법 및 기준, 그리고 해석절차는 향후 유사 의장품 개발 시 참조가 가능하다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.9-18
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• 2023

기후변화는 외수침수와 연관이 있는 하천제방 안전성에도 영향을 미친다. 제방의 안전성을 높이기 위해 비탈면 보강에 대한 연구가 활발히 수행되어왔다. 특히 최근에는 순환자원을 재활용하여 호안블록을 제작하는 기술 등이 개발되고 있다. 그러나 호안블록의 재료적인 측면의 연구와 더불어 블록 형상에 의해 제외지의 흐름특성에 미치는 영향을 분석하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 호안블록의 형상에 따라 호안면의 유속 등 수리학적 특성의 영향을 3차원 수치모의를 통해 수행하였다. 호안 블록 형상은 3가지 형상을 제안하였고, 이상적인 하천 수로에 블록을 설치하여 수치해석을 수행하였다. 3차원 수치해석은 FLOW-3D를 사용하였고, 호안블록의 형상에 따른 최대유속, 호안부의 바닥유속, 최대 전단응력의 변화를 분석하였다. 그 결과, 자연석형 식생블록인 블록 A가 요철의 크기와 규모가 불규칙하여 호안에 연결하여 설치할 경우 호안 블록 B, C보다 호안 설치구간의 유속변화가 가장 큰 것으로 분석되었다. 향후 하천의 지형적 특성을 고려한다면 현장적용성을 고려한 호안블록 설계를 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권5호
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• pp.479-487
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• 2023

최근 지구 온난화의 영향으로 태풍의 파괴력이 증가함에 따라 부유식 해상풍력발전기의 막대한 유실과 붕괴에 대한 우려가 깊어지고 있다. 부유식 해상풍력발전기의 안전한 운영을 위해 새로운 형태의 탈착형 계류 시스템 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서 고려한 새로운 반잠수식 계류 풀리는 기존의 탈착형 계류 장치에 비해 계류 라인으로 부유식 해상풍력 터빈을 보다 쉽게 탈부착할 수 있도록 고안되었다. 8MW급 부유식 해상풍력발전기에 적용 가능한 반잠수식 계류 풀리의 초기 설계에 대한 구조적 안전성을 검토하기 위해 3D 프린터를 이용하여 축소구조모형을 제작하고, 이 모형에 대한 구조시험을 수행하였다. 축소 모형의 구조시험을 위해 3D 프린팅에 사용된 ABS 소재의 인장 시편을 제작하고 인장시험을 수행하여 소재의 물성을 평가하였다. 인장시험에서 얻은 재료 특성과 축소모형 구조 시험과 동일한 하중 및 경계 조건을 적용하여 반잠수식 계류 풀리의 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석을 통해 반잠수식 계류 풀리의 구조적 취약 부분을 검토하였다. 반잠수식 계류 풀리의 주요 하중조건을 고려하여 구조모형시험을 수행하였으며, 재료의 최대인장응력 이상이 발생하는 위치에 대해 유한요소해석과 시험 결과를 비교하였다. 유한요소해석과 모형시험의 결과로부터 작동조건에서는 Body와 Wheel의 연결부 구조가 취약한 것으로 파악되었고, 계류조건에서는 Body와 Chain stopper의 연결부 구조가 취약한 것으로 검토되었다. 축소모형 구조시험에서 나타난 SMP의 구조 취약부는 구조해석의 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 연구 결과를 통해 반잠수식 계류 풀리의 초기 설계에 대한 구조적 안전성을 실험적으로 검증할 수 있었다. 또한, 본 연구 결과는 상세설계 단계에서 반잠수식 계류 풀리의 구조 강도를 향상시키는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국철도학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.193-200
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• 2014

본 연구에서는 도시철도 콘크리트궤도 장대레일에 대한 실내피로시험을 수행하였고, 장대레일 잔존수명을 표현한 파괴확률 50% S-N 선도는 적은 실험데이터에 대한 가중치 확률 해석기법을 사용하여 도출하였다. 여기서 피로시험에 사용된 레일들이 누적통과톤수가 서로 다르기 때문에 누적통과톤수를 평균하여 반복횟수를 수정하였다. 또한, 레일표면요철 및 열차속도를 고려한 레일 저부 휨응력은 기존 연구결과 도출된 레일휨응력 예측식을 사용하여 콘크리트궤도 장대레일의 잔존수명을 평가하였다. 레일 피로수명 평가결과, 레일 피로수명이 기준치에 비해 약 2억톤이상 높았다. 또한, 자갈궤도에 비해 콘크리트궤도 레일의 피로수명이 약 3억톤이상 높은 것으로 분석되었다. 따라서 도시철도에서 레일교체기준을 자갈궤도와 콘크리트궤도로 구분할 필요가 있으며, 레일연마를 통한 레일관리가 이루어진다면 기준치가 아닌 목표치로 관리할 수 있을 것으로 판단되었다.