• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.541-549
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• 2018

본 연구에서는 국내 화물 및 여객차량들을 견인하는 디젤전기 기관차의 제동에 따른 동적 거동을 분석하기 위하여 제동장치에 영향을 미치는 마찰계수, 제동압력, 주행저항 등을 시험하였다. 마찰계수는 UIC 541-4를 참고로 Dynamo 시험을 수행하였으며 시험결과는 다변량 회귀분석을 통해 제동하중, 제동초기 속도와의 관계를 분석하여 제시하였다. 제동압력은 상용제동과 비상제동으로 구분하였으며, 제동밸브와 배관의 특성을 반영하기 위하여 시간에 따른 제동압력 변화를 대상 차량에서 측정하였다. 차량에 작용하는 외력을 반영하기 위하여 EN 14067-4의 타행시험을 수행하고 2차 다항식 형태의 주행저항을 제시하였다. 도출한 주행저항을 동일 차종에 대하여 각 국가별로 사용하고 있는 주행저항들과 비교하였다. 차량의 재원, 마찰계수, 제동압력, 주행저항을 바탕으로 직선 평탄 선로를 주행하는 디젤전기기관차의 동적 거동을 EN 14531-1에서 제시된 시간적분을 이용하여 해석하였다. 해석 결과는 상용제동과 비상제동에 대하여 각각 차량의 속도이력 시험결과와 비교 검증하였으며 상당히 합리적인 결과를 도출하였다. 본 연구의 결과들은 철도차량들을 연결하여 운행하는 열차의 동적 거동해석에 활용할 수 있을 뿐 아니라 차량 설계에서 제동에 영향을 미치는 다양한 파라미터들을 분석하고 성능향상의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.468-476
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• 2019

본 연구는 전술차량에 적용된 FRP 구조물의 품질문제 해소 및 예방을 위한 강도개선 방안에 대한 것이다. 소형전술차량은 후드조립체와 후방밴 조립체 등에 FRP 소재를 적용하여 전체적인 차량의 여유중량(공차중량)을 확보하였다. 그러나 FRP가 갖는 태생적인 한계로 인해 접합부 균열과 같은 초기 품질문제가 다수 발생되었다. 더구나, 후드조립체는 개발 시 고려한 조건과 다른 비정상적인 조건으로 운용됨을 확인하였다. 이러한 비정상적인 조건으로 장기간 장비 운용 시 해당 부품의 내구수명 저하가 우려되었다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 FRP 구조물의 문제점에 대한 개선과 운용개념 변화에 따른 설계 안전율 추가 확보를 위한 굴곡강도 향상을 목표로 적층구조 최적화를 수행하였다. 그 결과, 접합부는 FRP 소재 적층수를 증가시킴으로써 후드조립체와 후방밴 조립체의 굴곡강도가 각각 8.1배, 1.5배 개선되었다. 또한, 후드조립체의 모재 부위는 FRP 적층구조 최적화를 통해 굴곡강도 1.4배 향상시켰으며, 그 결과 비정상 운용조건에 대한 내구수명 확보 및 한계하중 1.7배 개선효과를 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.918-923
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• 2018

항공기용 연료탱크는 평상시에는 연료저장 등의 단순한 기능을 한다. 그러나, 항공기 추락과 같은 긴급 상황에서는 연료탱크 구조건전성은 승무원의 생존과 직결되므로, 관련 성능의 보유 여부를 충돌충격시험을 통해 입증하도록 규정되어 있다. 충돌충격시험은 높은 충격하중으로 실패 위험이 높기 때문에 설계 초기 실물시험에서의 시행착오 가능성을 최소화하기 위한 노력이 진행되어 왔다. 실제 시험 전에 수행하는 수치해석도 그러한 노력의 일환이다. 하지만, 수치해석 결과가 설계에 반영되기 위해서는 수치해석의 신뢰성 확보가 필요하다. 본 연구에서는 회전익항공기 연료탱크의 충돌충격시험 수치해석의 신뢰성 확보를 위해 수치해석 결과와 시험 데이타 간의 비교를 수행하였다. 수치해석은 충돌전용 소프트웨어인 LS-DYNA을 사용하였고, 해석방법은 유체-구조연성해석 방법 중 ALE(arbitary lagrangian eulerian) 방법을 적용하였다. 시험데이터 확보를 위해 연료탱크 금속 피팅부에 변형률게이지를 설치하고 데이터 획득장비와 연동시켰다. 수치해석 결과로써 연료탱크 피팅부의 변형률과 응력을 계산하였다. 그리고, 실물 연료탱크로 수행한 충돌충격시험을 통하여 확보한 상부피팅의 변형률 측정값과 수치해석으로 계산된 변형률과의 오차를 평가함으로써 수치해석의 신뢰성을 제고하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.65-72
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• 2022

최근 국내 지진으로 인한 건축물의 피해는 주로 학교건물과 필로티형 다가구 주택에서 발생함으로써 동일한 형식의 건물에 대한 내진보강 필요성을 부각시켰다. 학교시설 내진보강사업은 초기에 연성보강방법으로서 댐퍼를 활용한 다양한 특허공법들이 충분한 검증 절차 없이 적용되었다. 그러나 「학교시설 내진성능평가 및 보강 매뉴얼, 2021」에서는 특허공법 적용시 별도의 엄격한 검증절차를 통하여 적용토록 하고 대신 일반공법으로서 강도/강성보강공법의 활성화를 유도하였다. 학교건물의 강도/강성 보강공법으로서 활발히 적용되고 있는 철골 끼움가새골조보강을 위한 내진선능평가 시 실무에서는 일부 제한된 조건에서 안전측의 내진성능평가 결과를 도출할 것으로 판단하여 기존 RC 부재에 철골가새만을 직접연결하여 해석모델을 구성하고 있다. 그러나 철골 끼움가새골조의 해석모델에서 프레임을 제거할 경우 강성감소로 인한 보강 부근의 기존 RC부재에 발생하는 하중감소는 매우 클 것으로 사료되며 이는 보강부위 기초보강 유무 검토에도 영향을 미칠 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 철골 끼움가새골조를 이용하여 저층 RC 학교건물 내진보강 시 성능평가를 위한 해석모델에 대하여 철골 프레임 고려 유무, 프레임 링크방식 등을 변수로 한 예비해석과 실제 3층 학교 건물에 대한 비선형 정적해석에 따른 내진성능평가 를 수행하였으며, 변수별 예비해석 및 푸쉬오버 해석결과를 비교함으로써 합리적인 해석모델 설정을 위한 기초자료를 제시하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.73-80
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• 2022

이 연구는 3D 프린팅 복합재료에 대하여 굳지 않은 상태에서는 시간에 따른 경시변화와 레올로지 특성을 평가하였으며, 굳은 상태에서는 적층된 시험체와 몰드 시험체에 대하여 압축강도와 쪼갬 인장강도 특성을 평가하였다. 3D 프린팅용 복합재료는 압출 30분 후부터 급격한 물성변화가 시작되고 90분까지 재료의 점도가 유지되는 경향을 나타나지만, 이송성능과 적층성능의 품질을 확보하기 위해서는 배합 후 60분 이내의 시공이 효과적임을 확인하였다. 적층 시험체의 압축강도는 몰드 시험체 대비 전 재령에서 동등이상의 성능을 나타내었다. 적층 시험체의 응력-변형률 곡선에서 초기 기울기는 몰드 시험체와 유사하게 나타났지만, 최대 응력 이후의 하강 기울기는 몰드 시험체 대비 평균적으로 1.9배 높게 나타나 상대적으로 취성적인 거동을 하였다. 적층 패턴으로 수직으로 측정한 쪼갬인장강도는 몰드 시험체 대비 약 6% 낮게 나타났으며, 적층 패턴을 수평으로 측정할때는 몰드 시험체와 거의 동일한 쪼갬 인장강도를 나타내었다. 이는 적층 시험체의 패턴 방향에 따라 수직하중에 대한 계면간의 부착력이 영향을 받기 때문으로 판단된다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.61-70
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• 2023

본 연구에서는 수소저장시설의 폭발에 대한 시설물의 안전성 평가를 위하여 수소 폭발에 의한 발생된 충격파의 효과와 그에 따른 구조물의 손상도 평가에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 이를 위하여 수소저장시설의 폭발효과에 미치는 주요 설계변수로 수소저장시설의 부피(10~50,000 L), 잔존용량(SOC, 50% 및 100%) 및 초기 압력(50 MPa 및 100 MPa)을 고려하여 폭발 시나리오를 수립하였다. 수소폭발효과를 도출하기 위하여 수소의 기계적 에너지와 화학적 에너지를 고려한 TNT 등가량 산정방법을 활용하였다. 환산된 TNT 등가량에 대하여 기존 UFC 3-340-02의 Kingery-Bulmash 폭발하중 설계차트를 개선한 평가식을 적용하여 수소 폭발 모델을 제안하였다. 수소 폭발 모델은 거리별 압력과 충격량에 대하여 지난 수소 탱크의 폭발실험 결과와 비교하여 검증되었다. 검증된 수소폭발 모델을 활용하여 시나리오에 따른 변수해석을 수행하였으며 폭발 중심으로부터의 이격거리에 따른 압력과 충격량에 대한 설계차트를 제시하였다. 더욱이 이 압력과 충격량 설계차트와 압력-충격량(PI) 다이어그램을 활용하여 압력과 충격량의 수준에 따른 구조물의 미세손상, 주요부재손상 및 부분 붕괴의 3단계 손상도와 이격거리에 따른 설계차트를 제안하였다.

• 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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권1호
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• pp.81-89
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• 2008

본 연구에서는 굴착이 진행 중인 터널 시공현장에서 계측변위를 활용하여 신속하게 터널의 안정성을 정량적으로 평가할 수 있는 기법을 새롭게 개발하였다. 이를 위해, 본 연구에서는 Critical strain 개념을 새롭게 도입하였으며, 굴착중인 터널의 안정성 평가에 이를 활용하였다. 본 연구에서 개발한 해석기법은, 굴착면에서의 변위값을 입력하여 주변지반의 변형률을 구하는 방법으로서, 기존에 제안된 해석기법을 재검토하여, 상대변위활용기법, 숏크리트 반영기법, 지반의 이방특성 반영기법을 새롭게 제안하였다. 아울러 본 연구에서 제안한 해석기법을 토대로 해석모듈을 개발하였으며, 개발된 해석모듈의 활용성을 평가하기 위한 검증을 수행하였다. 검증 방법으로는 먼저, 이론해석과 상용프로그램(Pentagon-3D, Flac-2D) 해석을 통해 원형 터널에서의 굴착변위를 서로 비교하여, 상용프로그램의 활용성을 검토하였다. 이어서, 두 종류의 상용프로그램을 활용하여 숏크리트 라이닝의 유무에 따라, 동일한 초기조건에서의 굴착변위를 구하여, 두 상용프로그램의 해석결과를 비교하였다. 마지막으로, 상용프로그램에서 획득한 터널굴착변위를 본 연구에서 개발한 해석모듈(FAST-Ver. 1.2, Feedback Analysis System for Tunneling)에 입력치로 이용하여, 원지반의 하중상태 및 재료특성 등을 추정하고, 추정된 값들이 당초 가정하였던 값들을 얼마만큼 재현할 수 있는지에 대한 검증을 수행하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1C호
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• pp.53-62
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• 2008

본 논문에서는 직접단순전단변형으로 발생하는 주응력 방향의 회전에 의한 소성변형을 고려할 수 있는 구성모델을 제안하였다. 이 모델은 두 개의 응력면에서 발생하는 응력상태의 변화를 이용하여 각 응력면의 소성변형률을 계산하였다. 두 개의 응력면에서 계산된 소성변형률을 합산하여 전체 소성변형률을 구하였다. 첫번째 응력면은 최대전단응력면을 나타내며 이 응력면은 응력변화에 따라 수평방향을 기준으로 회전한다. 두번째 응력면은 수평방향으로 고정된 수평면을 나타낸다. 초기 수직응력과 수평응력이 서로 다른 상태에 있는 직접단순전단시험의 공시체에서 전단변형으로 발생하는 주응력 방향의 회전현상을 두번째 응력면에 작용하는 응력상태를 이용하여 모델링하였다. 본 모델의 구성관계식은 전단변형으로 인한 흙의 골격변화 즉 체적변화를 수식화하였으며 응력-물의 상관관계를 동시에 묘사할 수 있는 FLAC을 이용하여 모델링하였다. 느슨한 Fraser River 모래의 배수 직접단순전단시험에서 발생하는 전단응력과 체적변화는 주응력 방향의 회전에 따른 소성변형을 포함하고 있으므로 이를 계산하여 구성모델을 검증하였다. 느슨한 모래 지반에 놓인 강성기초의 하중 증가에 따라 발생하는 지반침하를 주응력 방향의 회전을 고려하여 예측하였을 때 실제 계측된 침하량과 유사한 결과를 얻었다. 주응력 방향의 회전을 고려하지 않고 Mohr-Coulomb모델을 이용하여 계산된 침하량은 실제 침하량 또는 제안된 모델이 예측한 침하량의 약 20%정도에 해당하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권6호
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• pp.689-693
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• 2023

국내 교량은 향후 10년 이내에 공용연수가 30년 이상인 교량이전체 교량의 약 54%를 차지하며 교량의 노후화가 급격하게 진행될 것으로 예상된다. 최근 국내외에서는 BIM을 활용하여 교량의 유지관리 단계의 정보를 디지털화함으로써 정보의 접근성 및 활용성을 증가시키기 위한 연구를 수행하는 추세이다. 이에 본 연구는 교량 바닥판에 대한 BIM-FEM 상호 연계 알고리즘을 개발하여 유지관리 정보를 데이터화 하고, 이력관리를 보다 효율적으로 수행하는 기술을 개발하였다. 외관조사망도 기반의 초기 균열 BIM을 생성한 후, 교량 제원 및 손상 정보를 수치해석과 연동하여 손상 시나리오와 설계하중을 고려한 손상 해석을 수행하였다. 해석 결과를 통해 균열의 확산을 분석하였으며, 확산된 균열은 다시 BIM 상에 업데이트하여 손상 확산 BIM을 생성하였다. 또한 BIM을 기반으로 바닥판의 현재 및 미래의 상태등급 평가 자동화 기술을 개발하였다. 이를 통해 교량의 점검 및 진단의 이력데이터 구축을 통한 바닥판의 효율적인 유지관리가 가능하며, 미래의 균열 및 결함을 조기발견 및 예방하여 교량의 수명과 안전성을 향상시킬 수 있을 것을 기대된다.