• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2023년도 추계학술대회
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• pp.100-102
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• 2023

항로추종성능은 자율운항선박(MASS)의 중요한 자율제어기능 중 하나이다. 이는 선박의 안전성을 보장하기 위해 중요하며, 자율운항선박의 설계 단계에서 사전 평가가 필수적이다. 본 연구는 자율운항선박의 항로추종성능 평가를 위한 전산유체역학(CFD) 모델과 LOS 알고리즘 연계 방안을 제안한다. 먼저, 자율운항선박의 정수 중 거리 이탈 편차를 이용한 항로 추종 성능 평가 모델 개발에 관하여 기술했다. 먼저, 항로 추종을 수행하는 선박 주변의 난류 흐름은 비압축성 뉴턴 유체의 가정하에 비정상 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 법을 이용하여 수치적으로 계산되었다. 중첩격자계법을 CFD 모델에 적용함으로써 거리 이탈 편차를 이용하는 LOS(Line-of-Sight) 가이던스 알고리즘에 의한 타의 회전 및 이에 따른 선체의 6 자유도 움직임을 CFD 환경에서 구현하였다. 개발된 자유 항주 선박 CFD 모델을 이용하여 항로 추종 시뮬레이션 평가 결과, 설정된 항로에서 선박의 정수 중 항로 추종 제어는 파도, 조류, 및 바람과 같은 외부 교란의 부재로 LOS 알고리즘에 의한 우현/좌현 측 변침뿐만 아니라 직진 경로의 추종도 성공적으로 수행됨을 확인하였다. 선체, 프로펠러, 타의 복잡한 상호작용을 정도 높게 해석할 수 있는 자유 항주 선박 CFD 모델과 LOS 알고리즘의 결합은 자율운항선박의 항로 추종 성능 평가를 정량적으로 평가하는 데 기여할 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.561-577
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• 2021

고준위방사성폐기물 심층처분장 내 압축 벤토나이트 완충재는 지하수 유입으로 인해 포화되어 팽윤하고, 이때 발생하는 팽윤압으로 인해 벤토나이트가 처분공 주변 암반 균열 내로 침투하게 된다. 침투한 벤토나이트는 지하수 흐름에 노출되어 공학적방벽 외부로 침식될 수 있고, 이러한 벤토나이트 완충재의 침식 및 질량 유실은 공학적방벽의 물리적 건전성에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 심층처분시스템의 장기 건전성을 평가하기 위해 지하수 유입과 완충재의 암반 균열 침투에 따른 완충재와 근계암반 사이의 상호작용이 평가되어야 한다. 본 연구에서는 유사정적 공진주 시험기를 이용하여 벤토나이트 완충재의 암반 균열 침투가 근계암반의 역학적 거동에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 국내 심층처분장의 완충재 재료로 고려되는 경주 벤토나이트와 한국원자력연구원의 지하처분연구시설에서 채취한 화강암 디스크를 이용해 완충재 충전물이 포함된 등가연속체 절리 암반 시편을 모사하였고, 수직응력 및 포화여부에 따른 탄성파 속도 변화를 측정하여 절리면의 절리수직강성 및 절리전단강성 변화를 유추하였다. 본 연구에서 수행한 실내실험 결과는 향후 불연속면을 고려한 처분시스템 성능평가 해석의 입력변수로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.253-253
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• 2019

유사의 이동은 하천, 해안 지역과 같은 수계에서 하상의 변동, 침식과 퇴적을 일으켜 지형적인 변화를 초래한다. 유사의 이동은 유사의 특성과 유체의 유수동역학적 특성에 의해 결정되며 유체특성 간의 복잡한 상호 작용에 의해 변화한다. 유사가 가지는 점착성은 유사의 특성에 큰 영향을 끼친다. 입자의 크기가 매우 작은 점착성 유사는 그 표면이 가지는 전자기적 점착력에 의해 주위의 1차 입자나 다른 작은 알갱이들이 서로 뭉치는 응집과 충돌에 의해 크기가 작아지는 파괴의 과정을 겪는다. 이 과정을 응집현상이라고 하며 응집현상을 통해 점착성 유사의 크기와 밀도, 침강속도는 계속해서 변화한다. 따라서 점착성 유사의 응집거동 고려한 유사 이동 연구는 필수적이다. 과거 연구의 많은 사례에서 유사의 크기와 농도는 비례 관계를 가지는 것이 일반적이라 알려져 있다. 그러나 실제 현장에서 측정한 결과 유사의 크기와 농도가 반비례 관계를 가지는 특이점이 발견되었다. 실측 연구에서 발견된 응집거동에 따른 유사의 특성의 특이한 변화를 설명하기 위해 1차원 연직 수치 모형(1DV)을 이용하여 수치 실험을 수행하였다. 모의 수행 시, 흐름 조건을 크기와 방향이 일정한 순방향흐름(Current)에 특정 주기와 진폭을 가지는 진동 흐름(Oscillatory Flow)을 추가하여 진행하였다. 플럭의 성장과 그에 따른 입자의 크기는 많은 현상에 영향을 받는다. 그 중 응집현상의 응집 과정과 파괴 과정 중 어떤 현상이 더 우세한지 그 경쟁관계를 파악하여 플럭의 크기의 증감을 예측할 수 있게 농도(?)와 난류소산매개변수(?)를 이용하여 $c/G^{0.5}$로 매개화하였다. 실험 결과, 순방향 흐름을 제외하고 스토크스파 흐름 조건을 이용하여 진행된 모의에서는 플럭의 크기와 농도가 반비례하는 현상을 관찰할 수 없었으며 $c/G^{0.5}$ 의 변화 역시 흐름의 속도와 농도가 더 큰 지점에서 큰 값을 가지는 일반적인 결과를 나타내었다. 그러나 같은 조건에서 순방향흐름을 추가하여 모의한 결과에서는 플럭의 크기와 농도가 반비례하는 현상을 나타냈다. 연직 방향 $c/G^{0.5}$의 변화를 나타낸 그래프에서 응집과 파괴의 우세에 따라 $c/G^{0.5}$ 가 역전되는 현상을 확인하였다. 즉, 플럭의 크기는 난류의 구조와 그 영향에 의해 농도와 비례관계를 갖지 않을 수도 있다고 판단된다. 또한 본 연구에서 정상류 흐름 조건의 유무에 따라 플럭의 크기와 농도가 비례하거나 반비례하는 상반된 결과를 보였다. 정상류 흐름 조건이 난류의 강도에 큰 역할을 하며 이에 따라 비선형 관계에 영향을 끼친다는 것을 발견하였다. 그러나 흐름의 영향에 대한 더 자세한 분석은 본 연구에서 진행되지 않았으며 향후 연구 시에 분명히 고려되어야 할 사항이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권5B호
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• pp.321-329
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• 2012

파향이 약간 다르게 진행하는 두 규칙파는 비선형적 상호작용에 기인하여 파봉선이 벌집구조와 유사한 모습을 갖는 현상이 발생하고, 벌집구조 모양의 파봉선 사이에 일정하게 파랑에너지가 매우 낮게 유지되는 노드선 영역이 생성된다. 이러한 파봉선 벌집구조 모양이 해변에 형성되면, 해안선 직각방향으로 생성되는 노드선 영역을 통하여 이안류가 발달하게 된다. 본 연구에서는 해변가에 형성되는 벌집구조 파봉선 현상이 해운대에서 발생하는 이안류의 주요한 메카니즘임을 확인하기 위하여, Boussinesq 파랑모형을 이용하여 일방향 규칙파에 의한 해운대 연안흐름의 수치해석을 수행하고 이를 분석하였다. 그 결과, 해운대 앞바다의 해저천퇴에 따른 파랑굴절로 파향이 서로 약간 다른 파랑들이 해안에 전파되고, 이에 따라 벌집구조가 형성되어 노드영역을 따라 이안류가 매우 잘 발달함을 확인할 수 있었다. 또한, 일정한 파고와 주기를 갖는 다양한 폭의 스펙트럼에 따른 불규칙파 수치모의를 수행하므로, 폭이 넓은 스펙트럼 파랑조건보다 규칙파에 가까운 폭이 좁은 스펙트럼의 파랑조건에서 이안류가 더 잘 발달하는 것을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.49-64
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• 2014

해안 및 해양구조물 하부의 해저지반에 고파랑이 장시간 작용하는 경우 과잉간극수압(진동과잉간극수압과 잔류과잉간극수압의 합)이 크게 발생할 수 있고, 이어지는 유효응력의 감소에 따라 해저지반에 액상화가 발생될 수 있다. 일단, 지반액상화가 발생 및 진행되면 구조물의 침하 혹은 전도에 의해 종국적으로 구조물이 파괴될 가능성이 높아진다. 특히, 중력식구조물이 설치된 하부지반내에서는 파작용에 의한 큰 과잉간극수압과 작은 유효응력으로 부터 발생되는 지반액상화의 여부를 정확히 예측할 필요가 있고, 이러한 지반의 동적거동 특성은 설계에 충분히 반영되어야 한다. 본 연구에서는 2차원수치파동수로를 불규칙파동장으로 확장한 수치해석법을 적용하여 해저지반상 및 구조물의 표면상에서 시간변동의 동파압과 유속에 의한 전단응력을 산정하고, 그 결과를 지반의 동적거동을 정밀하게 재현할 수 있는 해저지반응답용의 수치해석프로그램 FLIP(Finite element analysis LIquefaction Program)에 입력치로 적용하여 해저지반내에서 과잉간극수압 및 유효응력의 시공간적인 변화, 이로 인한 액상화, 그리고 지반의 시간변형과 구조물의 시간변위를 정량적으로 평가한다. 이로부터 해저면상에서 전단응력을 고려한 경우 구조물 전면의 하부해저지반에서 액상화 가능성을 확인할 수 있었고, 액상화된 토립자는 흐름에 저항력을 상실하므로 세굴로 이어질 것으로 판단된다. 따라서, 태풍시 고파랑의 작용이 장시간 지속되는 경우 구조물의 전면에서는 지반액상화로 인한 지반강도의 현저한 저하로 구조물의 진동변위가 더욱 크게 발생되고, 더불어 구조물의 안정성에 영향을 미칠 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권1호
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• pp.25-34
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• 2013

본 연구에서는 복렬사주의 모드를 객관적으로 판단할 수 있는 2중 퓨리에 해석을 수행하여 하폭의 변화에 따른 복렬사주의 발달 과정을 정량적으로 분석하였다. 초기에 직선하도에서 하안침식이 발생하고, 하폭 대 수심의 비가 증가하면서 복렬사주가 발달하였다. 사주가 하류로 이동하면서 성장하고, 사주의 주변에서 흐름이 분리되어 하안 침식을 가속시키면서, 지형이 지속적으로 변하여 유사의 유출특성에 영향을 주었다. 2중 Fourier 해석에 의한 하상파(wave)의 분포와 지배적인 성분의 변화를 분석한 결과, 초기에1-1 모드(mode)인 교호사주가 지배적이지만, 시간이 지나면서 하폭이 증가하여 상대적으로 수심이 감소하면서 2-3 모드가 지배적인 것으로 나타났으며, 교호사주의 강한 비선형 특성이 상호작용하기 때문이다. 하안침식이 진행되면서 하폭 대 수심의 비가 증가하고, 무차원 소류력이 감소하였다. 하폭 대 수심의 비가 증가할수록 사주의 이동속도가 감소하고, 사주의 파장은 증가하였다. 무차원 소류력이 증가하면서, 사주의 이동속도는 증가하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권5B호
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• pp.463-472
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• 2009

본 연구에서는 잠제가 설치된 연안역에서 해안의 곡률반경이 잠제 주변 파동장에 미치는 영향을 파악하기 위하여 파 구조물 해빈/해저지반의 상호작용을 해석할 수 있는 3차원 수치모델 LES-WASS-3D를 이용하여 시뮬레이션을 실시하였다. 먼저 기존의 수리모형실험결과와 비교 검토를 통하여 타당성과 유효성을 확인하였으며, 수치실험을 통해 얻어진 수치해석결과로부터 잠제 주변의 파고분포, 평균수위분포, 상층흐름분포, 평균류분포 그리고 연안에서의 처오름 높이분포를 비롯한 잠제 주변의 3차원적 수리특성에 미치는 해안곡률의 영향에 관하여 고찰하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.174-183
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• 2014

해양 및 해안구조물 하부의 해저지반에 장시간 지속적인 고파랑이 작용하는 경우 진동성분과 잔류성분으로 구성되는 과잉간극수압의 증가에 따른 유효응력의 감소로 인하여 해저지반내에 액상화의 가능성이 나타나고, 일단 액상화가 발생되면 그의 진행에 따라 구조물의 침하 혹은 전도에 의해 종국적으로 구조물이 파괴될 가능성이 높아지게 된다. 본 연구에서는 2차원수치파동수로를 혼상류해석과 불규칙파동장으로 확장한 수치해석법을 적용하여 불규칙파동장하에서 해저지반상 및 혼성방파제의 표면상에서 시간변동의 동파압과 유속에 의한 전단응력을 산정하고, 그 결과를 지반의 동적거동을 정밀하게 재현할 수 있는 유한요소법에 기초한 탄소성해저지반응답용의 수치해석프로그램에 입력치로 적용하여 불규칙파동장에서 해저지반내에서 과잉간극수압 및 유효응력의 시공간적인 변화, 이로 인한 액상화, 그리고 지반의 시간변형과 케이슨의 시간변위 및 변위가속도 등을 정량적으로 평가한다. 이로부터 혼성 방파제 전면 및 후면 하부의 해저지반내에서 액상화 가능성을 확인할 수 있었고, 이에 따라 액상화된 토립자는 흐름에 대한 저항력을 상실하므로 액상화된 지반은 세굴가능성이 클 것으로 판단된다. 또한, 액상화된 지반은 강도의 현저한 저하로 구조물의 진동변위가 증폭되고, 더불어 혼성방파제의 안정성에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 여기서, 본 연구의 전체 내용을 지면관계상 두 부분으로 나누며, 전반부를 (I)로 하여 구조물의 동적변위와 변위가속도 및 지반변형을 중심으로 다루고, 후반부를 (II)로 하여 지반내에서 간극수압의 시간변동, 액상화 및 유효응력경로 등을 상세히 다루며, 본 연구는 후반부인 (II)에 해당한다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.160-173
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• 2014

해양 및 해안구조물 하부의 해저지반에 장시간 지속적인 고파랑이 작용하는 경우 진동성분과 잔류성분으로 구성되는 과잉간극수압의 증가에 따른 유효응력의 감소로 인하여 해저지반내에 액상화의 가능성이 나타나고, 일단 액상화가 발생되면 그의 진행에 따라 구조물의 침하 혹은 전도에 의해 종국적으로 구조물이 파괴될 가능성이 높아지게 된다. 본 연구에서는 2차원수치파동수로를 혼상류해석과 불규칙파동장으로 확장한 수치해석법을 적용하여 불규칙파동장하에서 해저지반상 및 혼성방파제의 표면상에서 시간변동의 동파압과 유속에 의한 전단응력을 산정하고, 그 결과를 지반의 동적거동을 정밀하게 재현할 수 있는 유한요소법에 기초한 탄소성해저지반응답용의 수치해석프로그램에 입력치로 적용하여 불규칙파동장에서 해저지반내에서 과잉간극수압 및 유효응력의 시공간적인 변화, 이로 인한 액상화, 그리고 지반의 시간변형과 케이슨의 시간변위 및 변위가속도 등을 정량적으로 평가한다. 이로부터 혼성방파제 전면 및 후면 하부의 해저지반내에서 액상화 가능성을 확인할 수 있었고, 이에 따라 액상화된 토립자는 흐름에 대한 저항력을 상실하므로 액상화된 지반은 세굴가능성이 클 것으로 판단된다. 또한, 액상화된 지반은 강도의 현저한 저하로 구조물의 진동변위가 증폭되고, 더불어 혼성방파제의 안정성에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 여기서, 본 연구의 전체 내용을 지면관계상 두 부분으로 나누며, 전반부를 (I)로 하여 구조물의 동적변위와 변위가속도 및 지반변형을 중심으로 다루고, 후반부를 (II)로 하여 지반내에서 간극수압의 시간변동, 액상화 및 유효응력경로 등을 상세히 다루며, 본 연구는 전반부인 (I)에 해당한다.

• 한국농림기상학회지
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• 제19권2호
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• pp.43-53
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• 2017

본 연구에서는 태풍에 의해 낙과피해가 큰 과수인 배에 대해서 연간 태풍횟수가 당해년도 배 생산효율성에 미치는 영향을 분석하였다. 배는 과실이 비대해지는 성숙기와 수확기가 태풍 내습 시기와 겹치면서 다른 과수에 비해 낙과피해에 의한 생산효율성이 크게 감소하는 과수이다. 이러한 낙과피해에 의한 생산효율성의 감소를 확률적 프런티어 분석을 실시하여 계측하고자 하였다. 또한 자연재해인 태풍에 대해 배 생산이 특화된 지역과 그렇지 않은 지역에 있어 생산효율성의 감소가 어떻게 다른 양상으로 나타나는지 살펴보기 위하여 배 생산 농가가 위치한 지역의 지역특화계수 값을 구하였고, 이를 통해 배 생산이 전국에 비해 특화된 지역과 그렇지 않은 지역으로 구분하였다. 최종적으로 태풍 횟수 변수와 특화여부 변수의 상호작용변수(interaction variable)를 분석에 포함하여 태풍에 의한 생산효율성의 감소와, 특화지역 여부에 따른 지역별 상이한 태풍 피해를 계측하고자 하였다. 분석결과 Cobb-Douglas 함수 형태를 가정한 확률적 프런티어 분석에서 토지, 노동, 자본 세 가지 투입요소는 생산량에 양(+)의 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또 기술적 비효율성을 결정하는 요인으로 국내 영향을 미친 유효태풍 횟수, 지역특화여부, 상호작용변수, 도시여부, 시간 흐름에 따른 트렌드 변수를 분석에 포함하였다. 그 결과 유효태풍 횟수의 추정계수는 통계적으로 양(+)의 유의한 값을 가지는 것으로 나타났고, 지역특화여부와 곱의 형태로 나타낸 상호작용변수의 추정계수는 통계적으로 음(-)의 유의한 값을 가지는 것으로 나타났다. 즉, 유효태풍에 의해 배 농가의 생산효율성이 감소하지만, 배 생산이 특화된 지역의 경우 그렇지 않은 지역보다 생산효율성이 적게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 태풍과 같은 자연재해에 대해 특화된 지역일수록 피해를 저감시키는 기술의 파급효과(spillover effect)가 존재하는 것으로 볼 수 있다. 실제로 파풍망의 설치나 파풍수의 식재 등이 태풍에 의한 낙과 피해를 효과적으로 감소시키는 방법으로 알려져 있고, 품종에 대해서도 과실크기가 상대적으로 작은 황금배 품종에 있어 낙과 피해가 적다는 것이 주지의 사실이다. 태풍 피해를 경감시키는 기술 및 품종의 보급과 적용이 배 생산이 특화된 지역과 그렇지 않은 지역 사이에 차이가 있는지는 향후 연구를 통해 살펴봐야 할 것으로 판단된다. 반면 지역특화여부 자체의 추정계수 값은 통계적으로 유의한 값을 갖지 않는 것으로 나타났다. 도시여부의 추정계수는 통계적으로 양(+)의 유의한 값을 가지므로 광역시 이상의 도시지역에 위치한 배 농가의 경우 생산효율성이 떨어지는 것으로 나타났다. 끝으로 연도별 트렌드 변수의 추정계수 값은 통계적으로 음(-)의 유의한 값을 가지는 것으로 나타나, 시간이 지남에 따라 배 농가들의 생산효율성은 조금씩 제고되어왔음을 확인할 수 있었다. 본 연구의 한계로는 농가소득 자료가 연도별 지역별 특정 농가를 대상으로 조사된 패널자료의 형태임에도 이를 고려하지 않은 분석방법에 있다. 추후 패널자료를 활용한 확률 프런티어 분석(panel stochastic frontier analysis)을 통해 보다 정교한 분석이 이루어질 필요가 있다. 또한 태풍의 크기나 강도 및 경로를 고려하지 않아 그로 인한 지역별 상이한 태풍의 영향을 계측하지 못했다. 향후 연구에서는 유효태풍 횟수에서 한 발 나아가 지역별 최대풍속자료 등을 활용하여 특화지역 여부에 의한 지역별 태풍피해의 차이뿐만 아니라 태풍의 이동경로나 태풍의 규모까지 고려한 분석이 이루어질 필요가 있다. 또한 시공간적으로 고해상도를 갖는 격자화된 모델 기상자료(가령, Lee et al., 2016)와 연계될 경우, 최근 대두되고 있는 태풍이 농업에 미치는 영향예보를 정량적으로 수행하는 데에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.