• Composites Research
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• 제22권6호
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• pp.1-6
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• 2009

탄소나노튜브 고분자 복합체는, 외력에 의한 변형에 따라 전기적 저항이 변화하는 피에조저항(piezoresistivity) 거동을 나타낸다. 피에조저항은 고분자 모재 내에서 탄소나노튜브가 형성하는 전기전도망(conductive network)의 변화에 의해서 발현된다. 피에조저항 낮은 탄소나노튜브 함유량에서 더 현저하게 나타난다. 탄소섬유, 카본블랙 등 타 탄소기반 소재에 비해 전기전도도와 길이 대 직경비(aspect ratio)가 월등히 우수하기 때문에, 낮은 탄소나노튜브의 함유량에서도 스트레인 센싱시스템을 구현할 수 있다. 본 연구에서는, 구조물에 부착 또는 임베드 시켜서 구조물의 건전성을 실시간을 진단할 수 있는 탄소나노튜브 고분자 복합체 기반 센싱시스템을 개발하였다. 센서는 열가소성 수지와 다중벽 탄소나노튜브를 사용하여 필름 형태로 제조되었으며, 센싱 성능은 나노복합체를 구조물에 부착한 후 인장, 굽힘, 압축 등의 다양한 형태의 하중을 가하면서 평가하였다.

• 전산구조공학
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• 제5권4호
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• pp.24-28
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• 1992

구조물의 지진응답해석에 사용하는 입력지진동 특성을 구성하는 요소로서, (a) 지진동의 최대 지반가속도치 (b) 지진동의 위상특성 (c) 지진동의 계속시간 (d) 지진동의 스펙트럼 특성 등을 들 수 있다. 그러나 이들 지진동을 구성하는 각 요소들이 구조물의 응답 및 손상에 직접 관련되어 지진동의 강도를 나타내는 척도로써 나타나는 것은 아니다. 그리고 이들 지진동 특성을 규정하는 각 인자와 구조물의 응답특성 및 구조물의 손상도와의 관계를 규명하는 것이 입력지진동의 설정에 있어서 매우 중요하다고 생각된다. 또한 탄성 응답특성과 탄소성 응답특성과의 관계를 규명하여, 탄성 응답스펙트럼이 구조물의 손상에 미치는 효과를 정량적으로 파악할 수 있다면 강지진에 대한 구조물의 내진설계는 보다 간편하게 할 수 있을 것으로 생각된다.

• 기술사
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• 제20권3호
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• pp.5-14
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• 1987

연속체의 해석에 있어서, 특별한 경우를 제외하고는, 구조물의 개략적인 거동을 파악해야 될 경우가 종종 있다. 이러한 요구에 부응하기 위해서 강체요소법(Rigid Element Method)이라 불리우는 새로운 해석법이 개발되었다. 강체요소법은 원래 평정연구실에서 벽식프리캐스트 철근콘크리트 구조물의 탄소성해석을 하기 위해서 개발된 해석법에 착안하여, 내수벽과 같은 연속체에 적용함으로서 시작된 수치해석법이다. 그 후 저자들은 도통쉘, 구형쉘 혹은 이들이 조합된 쉘구조물에 적용할 수 있도록 개발 확장하였다. 강체요소법의 기본개념은 연속체의 분해된 각 요소를 강체(rigid body)라고 가정하고, 각 요소들은 요소의 강성으로 치환된 가상스프링으로 서로 연결되어 있다고 가정하여, 이 가상스프링의 거동을 평가함으로서 전체구조물의 거동을 파악하는 해석법이다. 이때 요소의 주변에 취해진 스프링은 해석을 단순화하기 위해서 축력, 면내전단력 및 면외전단력만을 전달한다고 가정하고, 요소의 강체변위(자유도)는 요소내의 임의의 한 점에서 취하며, 이 점에서의 강체변위(rigid displacements)는 요소의 주변에 취해진 스프링을 통하여 다른 요소로 전달된다. 상기와 같은 강체요소법의 개념을 연속체의 탄성 및 탄소성해석에 적용하면, 해석적 개념이 단순할 뿐만 아니라 구조물 전체의 자유도수를 대폭 줄여 컴퓨터 계산시간을 절약할 수 있는 잇점이 있고, 거시적인 모델(macroscopic modeling)과 미시적인 모델 (microscopic modeling)의 중간적인 성격을 가지기 때문에 구조물의 파괴상황에 대해서도 그 개략을 파악할 수 있다. 본 논문에서는 강체요소법을 보다 일반화된 해석법으로 개발, 확장하기 위해서 종전에 단층스프링시스템(single-layer spring system)으로 해석이 어려웠던 문제점들을 보완한 복층프링시스템(double-layer spring system)을 사용함으로서 휨, 비틀림의 효과를 파악할 수 있는 이론적 개념을 적용한 새로운 구요소, 원통요소 및 평면요소를 개발하고, 이러한 강체요소들의 적합매트릭스의 유도 및 해석저긴 방법을 정식화하였다. 또 휨, 비틀림 및 전단력의 효과를 고려한 사각형원통요소 및 능형원 통요소를 이용하여 원통쉘의 탄성 및 탄소성해석할 수 있는 프로그램을 개발하고, 이 프로그램으로 캔틸레버로된 연속형철근콘크리트 원통쉘의 탄성 및 탄소성해석에 적용하여 구조물의 거동에 관한 수치해석의 결과, 즉 내력의 분포, 균열의 진전, 파괴의 상황 및 변형의 상태 등을 파악해 보았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.436-436
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• 2023

산업혁명을 거치면서 높은 화석연료를 사용하는 제조업 중심의 산업구조와 많은 자원을 필요로 하는 도시의 집중 현상으로 지구 온난화에 따른 이상기후 발생이 증가하고 있다. 이러한 기후변화는 홍수, 태풍, 폭염 및 폭설 등의 자연재해 발생 빈도 및 규모를 증가시켜 피해가 커지고 있다. 특히 인구 및 시설들이 집중해 있어 도시의 집중 현상은 이러한 재해에 더욱 취약한 구조가 됨에 따라 피해의 규모를 가중 시키고 있는 실정이다. 전 세계적으로 기후변화 문제의 심각성을 인식하고 이를 해결하기 위해 선신국에 의무를 부여하는 교토의정서(1997년) 채택에 이어, 선진국과 개도국이 모두 참여하는 파리협정(2015년)을 채택하였고 2016년 협정이 발효되었다. 파리협정의 목표는 산업화 이전 대비 지구 평균온도 상승을 2℃보다 아래로 유지하고, 나아가 1.5℃로 억제하기 노력하는 것을 강제하는 것으로 2050년까지 탄소 순배출량을 '0'으로 만든다는 탄소중립사회로의 전환이 본격적으로 시작되었다. 본 연구에서는 기후변화로 인한 물부족 및 수실오염과 같은 도시의 수자원 문제 해결을 위해 IoT 기반 센서 및 네트워크 기반 수자원 플랫폼을 개발하였다. 도시 수자원 시설 데이터를 기반으로 대체 수자원 확보 및 수요 중심의 물 관리를 통해 효율적인 물 배분이 될 수 있도록 하였으며 이러한 스마트 물 관리에 따른 대체 수자원 확보 및 효율적 물 배분이 탄소 저감에 미치는 효과에 대해 분석하였다. 연구대상 지역은 세종 6-4구역으로 LID 특화지구로 조성되었으며 1,000 세대의 주민이 생활하는 공동주택이다. 물 순환(LID) 시설에서 확보된 물을 물 공급 시설과 연계하여 공동주택에서 활용함으로써 감소된 상수 사용량을 온실가스 배출량으로 환산하여 탄소 저감량을 계산하였다. 실제 주민들(1,000세대)이 사용하고 있는 상수량 데이터와 전력거래소 온실가스 배출계수를 활용하였으며 물순환(LID) 시설로 확보하여 대체할 수 있는 상수량은 10%로 가정하였다. 연구대상 지역(1,000세대)의 연간 상수공급량은 331,603m³이며, 연간 전력사용량은69,637kWh이다. 온실가스 배출량은 31.963tCO₂eq이며, 온실가스 저감량은 3.2tCO₂eq로 산정되었다. 추후 LID 시설에 대한 상수 대체량과 온실가스 저감효과 정량화가 필요하다.

• 기계저널
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• 제55권12호
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• pp.49-52
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• 2015

이 글에서는 탄소나노튜브와 금속산화물 나노와이어의 계층적 3차원 혼성나노구조의 형성 방법 및 응용 방안에 대해서 소개하고자 한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권6호
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• pp.414-421
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• 2019

본 논문에서는 재진입 환경에 노출된 탄소/페놀릭 복합재 구조물에 대한 열기계적 연계 해석을 수행하였다. 열기계적 연계를 위한 해석 인터페이스를 상용 소프트웨어를 이용하여 구축하였다. 열분해 및 삭마에 따른 물리적 거동 변화를 모사하기 위해 온도장과 변위장의 주요 지배방정식을 고려하였다. 구축한 해석 인터페이스를 이용하여 탄소/페놀릭 복합재 구조물에 대한 열기계적 연계해석을 수행하였으며 이를 아크 가열 풍동을 이용한 삭마 실험 결과와 비교하였다. 또한 탄소/페놀릭 복합재를 적용한 재진입 캡슐에 대한 열기계적 연계 해석을 수행하였다. 이를 통해 탄소/페놀릭 복합재의 삭마 특성 및 열 보호 효과와 구축한 해석 인터페이스의 활용성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.249-256
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• 2021

본 논문에서는 화학기상침투법(CVI) 공정으로 제작되는 탄소/탄소 복합재의 밀도화 과정을 수치해석적으로 연구하였다. 이를 위해 선행 연구에서 개발된 전산유체역학 모델과 반응로 내 주요 화학 반응 모델을 연계한 다중물리 수치해석 모델을 이용하여, 섬유 프리폼의 밀도와 공극률 변화를 다양한 측면에서 분석하였다. 특히 프리폼 주변 기체 유동의 형태에 따른 밀도화 변화를 알기 위해, 특정 형상의 구조물을 프리폼 주변에 배치시켜 유동을 변화시킨 후 프리폼의 밀도화를 계산하였다. 총 4가지 다른 형태의 구조물로 해석한 결과 프리폼 주변의 유동 형태 및 속도 분포를 구조물 형상으로 제어할 수 있었으며, 프리폼의 평균 밀도를 높이거나 밀도 편차를 감소시키는 것이 가능함을 확인하였다. 본 연구에서는 실제 산업 현장에서 사용되는 반응로와 공정 조건을 모델로 이용하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.37-48
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• 2010

본 논문에서는 철근콘크리트 구조물과 같이 강성저감으로 인해 낮은 에너지 소산능력을 갖는 구조물의 제진성능을 비선형시간이력해석을 통해 조사하였다. 원구조물은 modified Takeda 이력모델을 갖는 단자유도시스템으로 이상화하였고, 완전탄소성 모델로 이력감쇠장치를 모델링하였다. 수치해석결과의 통계를 기초로 등가선형화에 의한 제진응답 평가의 적용성을 검증하였고, 제진보강 구조물의 응답예측을 위한 경험식을 제시하였다. 결과적으로 등가선형화를 통한 변위응답 평가보다는 본 연구에서 제시한 경험식을 이용하여 요구연성도를 추정하는 것이 더 정확하다. 경험식에서 얻어진 적정 감쇠기 항복강도는 완전탄소성시스템에 대한 최적 항복강도와는 상당한 차이를 가진다. 획득 가능한 연성도 저감효과는 원구조물의 고유주기가 짧을수록, 지진의 상대적 강도가 약할수록 우수한 것으로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.613-613
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• 2013

그래핀은 저차원계 구조에서 기인하는 뛰어난 전기적, 물리적, 기계적 성질을 지니고 있어 실리콘 기반 기술을 대체할 전계 효과 트랜지스터 이외에도 투명전극, 초고용량 커패시터, 전계방출 디스플레이 등 다양한 응용분야에 적용 가능하다. 최근에는 이러한 응용 연구분야에서 그래핀과 탄소나노튜브 각각의 단점을 최소화하고 장점을 극대화하기 위한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조에 대한 연구들이 진행되고 있는 추세이다. 이전 연구들에서 환원된 그래핀 산화물(Reduced Graphene Oxide, RGO)을 이용한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조가 제작되었는데, 이는 RGO의 제작과정에서 복잡한 공정과 긴 합성과정이 요구될 뿐 아니라, 복합 물질에서 탄소나노튜브의 밀도 제어가 어렵다는 단점을 지닌다. 또한 현재까지 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 경우, 열 화학기상증착법으로 합성된 다층(few-layers)의 그래핀과 탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다 [1-6]. 본 연구에서는 우수한 전기적 특성을 가진 단층(monolayer)의 그래핀을 열 화학기상증착법으로 합성한 후, 그래핀 위에 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킴으로써 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다. 합성된 그래핀-탄소나노튜브의 구조적 특징은 주사 전자 현미경과 라만 분광기 측정을 통해 확인하였고, 촉매의 표면 형상 및 화학적 상태는 원자힘 현미경과 X선 광전자 분광법을 통해 확인하였다. 또한 그래핀 기반의 전계 효과 트랜지스터의 경우, 상온에서 그래핀은 우수한 전하 이동도를 가지며 웨이퍼 스케일에서 제작하기 쉬우나 밴드 갭이 없으므로 높은 Ion/Ioff를 가지는 그래핀 기반의 트랜지스터를 만드는 것이 과제이다. 반면 탄소나노튜브는 큰 에너지 갭을 가지고 있으므로 높은 Ion/Ioff를 구현하는 소자 제작이 가능하다. 그리하여 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 소자 제작을 통해 전기적 특성을 조사하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제2권1호
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• pp.1-9
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• 2014

본 연구에서는 탄소배출 평가기법을 이용한 자재생산단계, 운송단계, 시공단계 뿐 아니라 보수시기 및 보수단위 탄소량을 고려하여 콘크리트 교각의 탄소배출량을 평가하였다. 혼화재료를 포함한 4가지 배합이 고려되었고 Life 365를 이용하여 염화물 침투를 평가하였으며, 이에 따른 보수횟수 및 보수시기를 설정하였다. 또한 목표내구수명동안 구조물의 피복두께를 걷어내어 재타설한 경우와 재타설 후 잔존염화물량을 제거하기 위한 전기화학적 공정의 사용유무에 따른 탄소배출량을 평가하였다. 평가결과 높은 물-결합재비를 가진 배합은 초기 시공단계에서의 탄소량은 상대적으로 적지만 보수횟수의 증가에 따라 탄소량이 증가하였으며, 탈염공법이 적용되는 경우 보수시의 단위 탄소량에 따라 전과정 탄소량이 크게 증가하였다. 보수횟수에 따라 탄소량의 증가가 발생하는데, W/B37-OPC의 경우 9번, W/B50-OPC에서는 18번, W/B40-SG에서는 4번, W/B74-SG는 7번으로 평가되었다. 더 긴 보수 불필요 기간을 가진 RC 구조물이 탄소량 감소에 유리함을 알 수 있다.