• 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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• 제34권4호
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• pp.255-262
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• 2021

본 연구의 대상은 신축이음장치를 설치하지 않고 상부구조와 교대를 일체화하는 무조인트 교량이다. 무조인트 교량은 국내에 2009년 이후 본격적으로 도입되었다. 공용기간이 짧고 설계, 시공 및 유지관리 경험이 부족하여 장기거동에 대한 신뢰도가 아직은 부족하다. 수치해석을 통해 다수의 교량을 분석하는 경우 수치해석 모델은 안정적인 정확성 유지와 모델 구축의 편의성이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 다양한 형식을 가진 무조인트 교량의 수치해석 모델을 선정하기 위해 민감도 해석을 수행하였다. 민감도 해석은 상용유한요소 프로그램인 MIDAS Civil과 ABAQUS를 사용하여 수행하였다. solid 요소 기반인 모델을 기준으로 하여 구조모델간 평균 및 최대 상대오차를 분석하였다. 해석결과 beam 요소 기반인 모델은 상대오차가 크게 발생하였고 shell 요소 기반인 모델은 상대오차가 아주 미소하였다. 따라서 무조인트 교량의 최적 수치해석 모델은 상대오차에 의한 변위 형상의 유사성과 정밀도를 유지하면서 실용적인 모델인 shell 요소 기반 모델이 가장 적합한 것으로 판단하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.128-138
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• 2022

본 연구에서는 원심성형으로 제작된 100MPa이상의 초고강도 콘크리트 각형보를 피암터널의 상부구조로 적용하기 위해 원심성형 보를 부모멘트 영역인 하부구조와 일체화시킨 우각부 단면에 대한 구조적인 안전성을 검증하는 것을 목적으로 실물크기의 시험체를 제작하고 하중재하시험 및 해석연구를 수행하였다. 피암터널 표준모델에 대해 시방규정에 의한 하중조합으로 설계하였을 때 상부슬래브 단부의 우각부에 최대 모멘트가 발생하는 것과 같은 효과를 기대하기 위하여 수정된 캔틸레버 형식의 구조모형 시험체를 제작하여 우각부 고정연결방법에 대한 성능과 최적연결시공법을 도출하기 위한 연구가 수행되었다. 실험결과, 개발된 고정연결장치는 형상과 연결방식에 상관없이 모두 안정적인 휨 거동을 나타내었다. 또한, 시험체는 파괴시까지 고정연결장치에 의해 연결된 원심성형 PSC 각형보와 상부슬래브가 일체 거동을 하는 것으로 나타나 고정연결장치의 성능이 매우 우수한 것으로 확인되었다. FEM 해석에 따른 우각부 해석모델의 거동은 재하실험과 비교하여 강성이 미소하게 나타났으나 전체적인 거동이 거의 유사하게 나타났다. 따라서, 본 연구에서 개발한 원심성형 각형보와 벽체간의 우각부 연결부를 시공함에 있어 구조적으로 문제가 없을 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권2호
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• pp.165-174
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• 2010

석탄 가스화 반응을 모델링하여 습식분류층 석탄 가스화기의 반응특성에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 신뢰성 있는 수치해석기술을 이용하여 가스화 장치의 기본설계와 더불어 최적 운전조건의 설정에 있다. 석탄 가스화 반응은 복사가 관여하는 고체와 기체의 이상 난류반응으로서 수증기 증발로부터 휘발화, 촤와 가스의 반응 등 일련의 연소반응의 구조를 가진다. 본 연구에서는 실험과 수치해석적인 방법을 병행하여 연구를 수행하였으며 한국에너지기술연구원에 설치된 1톤 규모의 실험용 가스화기를 대상으로 하였다. 본 연구에서는 기본적으로 상용프로그램을 사용하였으며 석탄 가스화 반응해석에 필요한 여러 서브루틴을 개발하여 해석하였다. 세부 반응 서브루틴의 난류반응은 기본적으로 에디붕괴모델에서 화학적 반응속도의 개념을 조화평균의 형태로 사용하였다. 그리고 석탄입자궤적은 라그란지안 접근방식을 선택하였으며 입자의 궤적 계산에서 저항력에 나타나는 난류비선형적인 문제에 대한 모델도 고려하였다. 이와 같이 개발된 프로그램은 실험에서 얻어진 가스농도와 온도분포 그리고 냉가스 효율 등의 자료들과 비교하여 성능을 일차적으로 검토하였다. 석탄의 입자크기분포, 석탄 슬러리 농도, 그리고 가스화기의 형상변화는 가스화 성능에 직접적으로 영향을 주며 이를 합성가스 생성량과 냉가스 효율을 통해 비교 검토하였다. 본 연구 결과가 비록 물리적으로 타당하고 변수연구의 일관성을 보여주나 기류층 석탄가스화 반응장치의 복잡성을 고려하여 볼 때 보다 많은 실험결과에 대한 정교한 모델검증 노력이 신뢰성 있는 프로그램의 완성에 필요할 것으로 판단된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제26권4호
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• pp.324-332
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• 2017

본 연구에서는 서로 다른 열전달 특성을 가진 탄소섬유 전기발열체와 경유온풍난방기가 온실 내부의 온습도, 에너지소비, 작물생육 등에 미치는 영향을 분석하기 위해 오이 재배 단동온실에 대한 난방 비교시험을 수행하였다. 전기발열체 온실에서 난방용량이 온실 환경과 난방기 운전에 미치는 영향을 분석하기 위해 온실에 6, 9, 16kW의 전력을 각각 공급한 결과 전기발열체 ON-OFF 주기는 각각 9, 11, 15회로 비례하여 증가하였으며 온실내부 평균온도는 각각 15.2, 15.3, $15.6^{\circ}C$, 평균상대습도는 84, 81, 76%로 나타나 난방 용량이 클수록 온실내부 온도는 높고, 상대습도는 낮게 나타났다. 또한 6, 9kW 가동 시 하부온도가 상부보다 $0.1^{\circ}C$ 높았으며 16kW 가동 시는 상부 평균온도가 하부보다 $0.2^{\circ}C$ 높았다. 전기발열체와 경유온풍난방기의 비교 시험에서는 난방 시 온실상부와 하부의 온도차가 전기발열체 온실이 $0.1{\sim}0.2^{\circ}C$로 경유온풍난방기 온실의 $0.5{\sim}0.6^{\circ}C$보다 작았으며, 온실 상류와 하류의 온도차는 전기발열체 온실이 $0{\sim}0.1^{\circ}C$로 경유온풍난방기 온실의 $1.3{\sim}1.4^{\circ}C$보다 작아 정밀한 온도관리가 가능하였다. 난방기간 동안 사용한 에너지사용량은 경유온풍난방기 온실이 경유 867L를, 전기발열체 온실이 전력량 8,959kWh를 사용하였으며, 난방비용은 각각 607천원과 403천원이 소요되어 전기발열체 온실에서 약 34%의 비용절감 효과가 있었다. 전기발열체 온실의 경우 상대적으로 군락 상하부의 환경관리가 균일하여 초장을 비롯한 전반적 생육상황이 경유온풍난방기 온실보다 좋았으나 통계적으로 유의한 차이는 없었으며, 수확량 역시 전기발열체 온실의 작물군락 하부 온도가 경유온풍난방기 온실보다 $1.3^{\circ}C$ 더 높게 관리되어 4.3% 증수효과가 있었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 원예시설의 최적 난방 관리를 위해서는 각 난방기의 열전달 특성에 기초하여 난방기 용량, 배치, 열분배 방법에 대한 설계가 요구되며, 전열선 형태의 난방기 역시 작물형상 및 재배방법을 고려하여 전열선의 개수, 위치, 방열온도 등에 대한 설계가 필요한 것으로 판단되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.947-953
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• 2005

기존 연구자에 의해 수행된 GFRP 보강근의 인장특성치 분석을 위한 많은 시험 결과에 의하면, 현행 ASTM 규격에서 제안하는 그립을 사용하여 GFRP보강근에 대한 인장강도 시험을 할 경우, 설계용 인장강도 특성치가 충분히 발현되지 않는 것으로 보고되고 있다. 이러한 원인은 두개의 금속재 블록에 내부 홈을 성형하여 마찰저항 방식에 의해 GFRP보강근을 고정하는 것을 특징으로 하고 있는 ASTM그립은 다양한 외피조건 및 단면형상을 지니고 있는 GFRP보강근의 물리적 특성을 충분히 반영하지 못하고 있는 것에 기인하는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 GFRP 보강근의 인장강도 특성치가 충분히 발현될 수 있도록 ASTM 그립에서의 최적의 내부 홈 치수를 도출해 내는 방법을 제안하고 시험을 통하여 입증하고자 한다. 본 연구에서 제안하는 ASTM그립에서의 내부 홈 치수에 대한 최적화 방법은 GFRP 보강근의 인장내력을 발현하기 위해 요구되는 최소한의 압축력과 평형을 이루도록 압축변형률 적합조건을 적용하여 GFRP보강근의 직경에 대해 ASTM그립의 내부 홈 직경을 조정하는 방법을 적용하였다. 본 시험에 사용된 시험편의 제작, 가력 및 측정장치의 설치 등은 nh 5806-02에서 제안하는 권고사항에 따라 실시하였다. ASIM그립의 내부 홈 직경크기를 달리하여 실시된 CFRP 보강근의 인장강도 시험결과에 의하면 측정된 인장강도 최대치는 ASTM 그립의 내부 홈 직경의 크기에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며, 그 중에서 본 연구에서 제안한 방법에 의해 산정된 ASTM그립을 이용한 시험결과가 가장 큰 인장강도 값을 기록하는 것으로 나타났다 따라서 본 연구에서 제안하는 방법은 GFRP 보강근의 인장강도 특성치 분석을 위한 ASTM 그립의 제작에 매우 유용할 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.241-248
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• 2021

전기자동차 시장이 성장함에 따라 배터리 효율을 증가시키기 위해 차량 경량화 이슈가 대두되고 있다. 이에 전기자동차 배터리 모듈을 보호하는 배터리 모듈 커버를 기존 알루미늄 소재에서 알루미늄 대비 절반 수준의 무게를 가지는 고강도/고내열성 고분자 복합소재로 대체하고자 한다. 또한 복잡한 형상에 대한 제약이 없고, 다품종 소량생산에 유리한 3D 프린팅 기술을 접목하여 기술 변화가 빠른 초기 전기자동차 시장에 대응하고자 한다. 복합소재 역학에 기반하여 압출기를 통해 가공한 단섬유 GF(glass fiber)/PC(polycarbonate) 복합소재 내 유리섬유의 임계길이(critical length)가 453.87 ㎛임을 도출하였고, 사이드 피딩(side feeding) 방식의 가공법을 택함으로써 기존 365.87 ㎛이었던 잔류섬유길이를 향상시킴과 동시에 분산성을 향상시켰다. 이에 30 wt%의 GF가 함유된 GF/PC 복합소재로 인장강도(tensile strength) 135 MPa, 탄성계수(Young's modulus) 7.8 MPa의 최적의 물성을 구현하였다. 또한 3D 프린팅 필라멘트가 상용 필라멘트 규격인 두께 1.75 mm, 표준편차 0.05 mm를 만족하기 위해서 필라멘트 압출 조건(온도, 압출속도)을 최적화하였다. 제작된 필라멘트를 통해 기공률을 최소화하며 강도를 최대화하고, 동시에 생산성 향상을 위해 프린팅 속도를 최대화하는 다중 최적화 문제를 통해 3D 프린팅 공정조건(온도, 프린팅 속도)을 최적화하였고, 이로써 기존 상용화 되어있는 동일 소재 필라멘트 대비 인장강도 11%, 탄성계수 56%가 향상된 결과를 얻었으며, 출력물의 후처리(post-process)를 통해 후처리 전 대비 인장강도 5%, 탄성계수 18%를 추가로 향상시켰다. 끝으로 유한요소해석(finite element analysis, FEA) 기법을 활용하여 전기자동차 배터리 모듈 커버의 시험 규격(ISO-12405)의 Mechanical Shock test의 기준을 만족하도록 배터리 모듈 커버의 구조를 최적화하였고, 이로써 배터리 커버 시험규격을 만족하면서 동시에 알루미늄을 사용했을 때 대비 37%의 경량화를 달성하였다. 해당 연구 결과 및 연구 방법을 활용하여 향후 다양한 분야에 고분자 복합소재 3D 프린팅 기술이 활용될 수 있을 것으로 기대된다.