하천을 횡단하는 구조물은 흐름을 지체시켜 상 하류에 급격한 수위차를 발생시키며, 이에 동반되는 국부유속의 증가는 제방 및 하상을 세굴시킨다. 제방 및 하상 세굴은 하천횡단구조물의 구조적 안정성에 영향을 주어 불안정한 상태에 이르게 할 수 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 하상유지시설 및 제방 보호공 등의 대책을 하천설계기준에 제시하고 있다. 하천설계기준에는 하천횡단구조물 보호시설의 종류, 설치길이 등이 명시되어 있으나, 보호공 제원 선정에 대한 구체적인 설계공식을 제시하지 않아 보완이 필요한 상황이다. 보호공 제원 선정 설계기준은 설계유속을 1차원 단면평균 유속으로 활용하는 국외의 설계공식을 활용할 수 있다. 그러나, 하천횡단구조물 주변의 흐름은 매우 복잡하므로 국외 설계공식을 그대로 적용하기에 앞서서 이에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 하천횡단구조물 주변의 흐름을 2차원 수치모형으로 재현하고 그 결과를 1차원 수치모의 결과 및 수리실험 관측결과와 비교하였다. 실험수로에 각기 다른 제원의 보호공을 설치하고 관측한 임계상태의 수리상황을 1, 2차원 수치모형으로 재현하였다. 각각의 모형에서 도출된 수리상황 결과를 비교 분석하여 보호공 제원 결정 공식을 검토하였다. 또한, 실제 하천구간에 임의의 보와 수제를 설치하고, 계획홍수량에서의 흐름특성을 비교하였다. 1, 2차원 모형에 의하여 도출된 관계를 분석함으로써, 하천횡단구조물 설계시 적용할 수 있는 보호공 제원 결정 설계공식을 제안하였다.
본 연구에서는 대수심 해안에서 호안 구조물의 조성에 적합한 근입식 강판셀 구조의 표준설계절차를 확립하고 최적제원 결정을 위한 연구를 수행하였다. 최적 제원의 결정을 위해 셀 안전성 검토용 전산프로그램을 개발하고 강도가 다른 사질토 지반에 대해 수심별로 가능한 제원을 프로그램을 사용하여 도출한 뒤 최적 강판셀 제원 결정을 위한 일반식을 제안하였다. 아울러 강판셀의 관입을 위한 진동햄머 시스템의 소요 기진력 산정식의 타당성을 확인하는 모형실험을 수행하였으며, 제안한 셀제원에 대한 소요 기진력의 데이터를 제시하였다.
최근 전자계산기를 이용한 진동해석 방법이 눈부시게 발달하여, 일반 구조물 이나 기계 구조물 등의 동특성을 설계 단계에서 정도 높게 예측하는 것이 가능하게 되었다. 그러나 종래의 구조해석은 주어진 시스템의 동특성을 위한 것으로 얻어진 동특성으로부터 질량, 관성제원 및 스프링상수값 등의 설계상 수값을 규명하는 연구는 미미한 실정이다. 이것에 대한 해결방법으로 크게 해석적인 방법과 실험적인 방법으로의 접근이 있어 왔다. 해석적인 방법으로 유한요소해석에서 얻은 모드좌표를 물리좌표로 변환하는 방법으로 Guyan의 정축소와 같은 절점축소를 행하는 방법이 고찰되었다. 실험적인 방법으로 가 진실험에서 얻은 전달함수나 모드파라미터로부터 [M], [K] 행렬을 결정하는 연구가 있었지만 어떤것도 질량, 스프링상수 등의 설계상수를 완전히 규명하 지는 못하였다. 또한, 설계 단계에서 필요한 질량, 관성제원 또는 스프링상수 등의 최적한 값이나, 원하는 시스템특성을 얻을 수 있는 설계상수의 적정한 폭을 구하는 연구는 설계자의 경험과 반복된 시행착오에 의존하는 실정이다. 감도해석은 이러한 문제점을 개선하는 수단으로 설계변수에 대한 동특성의 변화율을 구하는 것이다. 감도해석을 수행하는 것은 어느 설계변수를 수정하 는 것이 주어진 동특성에 부합되는 지를 알려주고, 어느 것을 수정하는 것이 원하는 방향의 동특성변화에 가장 효과적인지를 알려주는 것이다. 따라서 감 도해석을 이용하여 설계의 최적화 프로그램을 만들수 있고, 이것은 설계자가 요구하는 동특성을 목적함수로 하여 주어진 구조물을 최적화하는 설계상수 값을 얻을 수 있게 한다. 본 논문에서는 강체모델의 동특성으로부터 모델의 설계 상수를 규명하고, 동특성의 개선을 위하여 설계변수의 변경량을 물리좌 표계에서 얻는것을 목적으로 한다. 강체 마운트계의 관성제원 및 마운트강성 의 규명을 위하여 임으로 주어진 설계상수를 모델데이타로 하여 관성제원과 스프링 강성을 구하였다. 관성제원의 규명은 주어진 모델의 관성값을 모르는 것으로 하여 임의의 초기 관성값으로 감도해석에 의해 주어진 계의 관성값 을 물리 좌표계에서 규명하였다. 마운트 강성의 규명도 관성제원의 규명과 같은 방법으로 임의의 강성값으로 감도해석을 하여 강성값을 규명하였다. 또 한 감도해석에 의한 동특성 변경은 특정한 고유진동 수의 변경이 필요할 때, 고유진동수의 이동을 위한 관성제원의 변경 및 마운트 강성변경값을 예측할 수 있다. 본 연구수행의 기본적인 흐름도는 Fig.1.1과 같다. 위와 같은 작업 으로 엔진 마운트와 같은 강체 모델의 시스템 규명을 행하는 경우에 유한요 소해석 및 가진 실험으로 얻은 고유진동수의 정보 또는 원하는 고유진동수 의 특성을 기본으로 실제 설계에서 사용이 가능하도록 물리 좌표계에서 관 성 제원 및 스프링상수를 구할 수 있을 것이다.
최근 총톤수 16만 톤급 이상의 대형 크루즈선이 국내 항에 정기입항하고 있다. 크루즈를 이용한 국내 관광객이 증가함에 따라 정부에서는 크루즈산업 활성화를 위해 항만기반시설 확충에 많은 노력을 하고 있다. 현재 국내 주요 항구에서 크루즈전용부두 공사가 진행되고 있다. 그러나 국내 항만 및 어항설계기준에는 크루즈선 및 접안시설에 대한 표준제원이 제시되어있지 않다. 대상선박의 표준제원이 제시되어있지 않아 전용시설물 설계 및 인허가에 많은 어려움이 예상된다. 그래서 본 연구에서는 크루즈선에 대한 표준제원을 제시하기 위하여 현재 운항중인 크루즈선의 톤수별 대표선형의 제원을 분석하고 PIANC 사례 및 국내 항설기준을 비교분석 하였다. 분석결과 크루즈선은 연안여객선과 선박제원 및 선박조종성능에 차이가 있음을 알 수 있었다. 따라서 크루즈 전용시설물 설계를 위해서는 반드시 대상선박의 제원이 국내항설기준에 반드시 포함되어야 한다. 그리고 선박의 범위를 산정하기 위하여 크루즈선 평균제원 값에 커버율(75%)을 적용하여 크루즈선 표준제원과 수역시설물에 대한 기준을 제시하였다.
조종실은 항공기-조종사 시스템에서 항공기와 조종사간의 긴밀한 상호작용이 이루어지는 유일한 공유영역으로서, 조종사의 인간성능 특성과 조종업무 특성의 체 계적 반영이 요구되어 진다. 인간공학적으로 설계된 조종실은 조종 편이성, 운용성 및 비행 안정성의 향상을 가져올 수 있다. 항공산업 육성의 초기 단계에 있는 국내 에서는 항공기 장비성능 개발 연구가 활발히 진행되고 있으나, 조종실에 대한 인간 공학적 분석 연구는 미흡한 실정이다. 조종사의 인간요소특성에 적합한 조종실 공 간을 체계적으로 설계하기 위하여, -조종실 공간 설계요소의 체계적 추출 및 계층적 구조 설정 -공간 설계에 적용될 인체측정요소의 정의 및 계층적 구조 설정, -설계요 소의 특성 파악을 위한 설계요소간 연관관계 분석, -설계요소와 인간요소간의 연관 관계 분석, -기존 전투기, 훈련기의 설계 제원 현황 및 설계지침 파악, -한국인 인체 측정자료의 Data Base화, -인간공학적인 조종실 공간 설계제원 분석을 수행하였다. 조종실 공간 설계요소로는 143 항목이 정의 되었으며, 설계요소들 간의 연관관계 Matrix 분석을 통하여 선행/병행/후행 설계요소 및 설계요소의 중요도가 파악되었다. 조종실 공간 설계에 적용될 인간 측정요소로는 133개 항목이 정의 되었으며, 설계요소 와 인간요소간의 연관관계 분석을 통하여 설계요소별로 고려되어질 인간요소를 분석 하였다. 또한 설계요소와 관련된 다른 설계요소, 인간요소 및 인체측정치, 설계지침을 종합적으로 적용함으로써 인간공학적인 조종실 공간 설계제원을 제시하였다.
최근 선진 자동차 회사에서는 변속기 개발 단계에서 기어 소음 문제를 해결하고 차량의 소음 품질을 향상시키기 위하여 많은 연구가 수행되고 있다. 그러나, 설계 단계에서 기어 소음을 고려한 기어 제원 결정이 불가능하여, 설계 완료 후 개발 단계에서 기어 소음 문제를 해결하는 것이 매우 어려운 일이었고, 설사 가능하여도 시간적, 성능적인 한계가 있었다. 기어 소음은 크게 Source 와 전달경로의 문제로 나누어지고, 본 연구는 주로 전자에 중점을 둘 것이며, 기어 화인 소음의 주 요인으로 알려져 있는 기어의 전달 오차를 최소화하는 것이다. 그 방법으로 기어 설계의 선진 핵심 기술인 기어 해석을 통한 기어 화인 소음을 최소화하는 최적 기어 설계 제원 결정이다.
저전력소비형 자기부상계로써 영구자석/전자석 조합형 자기부상계에 관한 연구를 수행하였다. 설계에 필요한 여러 고려사항중에서 자기회로 해석, 영구자석의 특성등을 고려한 형상 제원의 설계, 특히 영구자석의 특성 등을 고려한 형상 제원의 설계, 특히 영구자석의 특성과 제원이 동특성에 미치는 영향을 해석하였으며 영구자석/전자석 조합형 자기부상계의 설계에 관한 기초연구를 수행하였다. 1자유도 모형을 이용한 수치예와 실험을 통하여 제시된 방법의 장점인 저전력소비형 자기부상이 가능함을 보였으며 실제 응용예로써 플라이휠용 자기베어링에의 적용 가능성을 수치예를 통해 보였다.
대형 컨테이너 선박의 주요 제원 예측에 관한 과거 연구는 단순 회귀분석에 기반한 결과로 제시되었으며, 이를 현재 운항 중인 24,000TEU급 선박의 제원과 과거의 연구 결과를 비교할 경우, 선박의 전장이 과대 예측한 경향이 있었다. 본 연구에서는 선형회귀분석 및 box plot의 통계 분석기법을 활용하여 최근 20년의 신조 컨테이너선을 대상으로 연도별 주요제원의 변화량을 통해 선박의 대형화 추세를 분석하였다. 그 결과, 컨테이너선의 대형화는 시간의 흐름에 따라 점점 폭이 넓어지는 형태로 변화하고 있는 것으로 분석되었다. 그러나 선폭 위주의 대형화는 선박 운항의 측면에서 조종성능의 감소로 인해 운항난이도가 증대된다는 단점이 있다. 즉, 미래 대형화 선박을 안전하게 운항하기 위해서는 적절한 항만 인프라 구축 및 선박길이와 폭의 조화를 이루는 대형화가 필요할 것으로 판단된다.
기본설계 단계에서 회전익 항공기의 가격을 보다 정확하게 예측하기 위해서 Harris & Scully에 의해 제시된 가격 예측 식을 최신의 추세식으로 수정하였다. 이를 위해 1997년 이후의 총 74개에 대한 회전익기 가격 및 제원 정보를 이용하여 가격 예측 식을 업데이트하였다. 업데이트 된 가격 예측식을 Tishchenko의 기본설계 기법과 통합하여 기본설계 단계에서 가격을 고려하도록 구성하였다. 본 기본설계 및 가격예측 프로그램을 현재 운용되고 있는 미국 Sikorsky사의 S-76C+를 비롯한 여러 기종의 헬리콥터에 적용하여 가격과 제원 결과를 도출하고 검증하여 본 연구의 유효성을 확인하였다.
광학설계제원으로부터 회저로광학적인 방법으로 OTF를 계산하는 S/W를 개발하고 계산정밀도를 검증 하였다. 개발된 S/W를 이용하여 OTF측정용 표준렌즈에 대한 MTF를 계산하여 본 결과 다른 S/W에서의 계산치 및 실험을 통한 측정치와 잘 일치하고 있음을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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