• 지질공학
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• 제27권1호
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• pp.81-90
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• 2017

터널에서의 일상계측은 공정 특성상 굴착 후 바로 수행되기 어렵고, 일정 간격마다 수행되기 때문에 굴착 전 발생하는 선행변위를 측정할 수 없다. 본 연구에서는 굴착과 동시에 측정할 수 있는 굴진면 수평변위를 이용하여 단층대가 터널 상부에 분포하는 경우 천단부에서 발생하는 선행변위를 분석하였다. 단층이 터널의 굴진방향과 이루는 각도와 경사가 서로 다른 24개 모델에 대해 3차원 유한요소해석을 실시하여 굴진면 수평변위와 선행 천단변위의 상관성을 분석하였다. 분석결과, 선행 천단변위에 대한 굴진면 수평변위의 비($L_{face}/C$ ratio)는 순경사 모델의 경우 약 2~12%, 역경사 모델은 2~13%로 각 모델별로 일정한 비율을 보이는 것으로 나타났다. 또한 회귀분석을 통한 선행 천단변위와 굴진면 수평변위의 상관성을 분석한 결과, 대부분의 모델에서 약 0.8 이상의 높은 결정계수($R^2$)를 보여 굴진면에서 발생하는 수평변위를 이용하면 계측 전 터널 천단에서 발생하는 선행변위의 산정이 가능한 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권5호
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• pp.423-433
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• 2015

상 하부 스플릿 티 접합부는 보-기둥 모멘트 접합부로써 T-stub 플랜지의 두께, 고장력볼트의 게이지 거리, 고장력볼트의 개수 및 직경 등의 영향에 따라서 상이한 거동특성을 나타낸다. 상 하부 스플릿 티 접합부는 일반적으로 접합부에 작용하는 휨모멘트는 T-stub이 지지하고 전단력은 전단탭이 지지하는 것으로 이상화되어 설계되고 있다. 그러나 중 저층 규모의 강구조물에 상 하부 스플릿 티 접합부가 적용되는 경우, 작은 규격의 보 부재가 적용될 수 있기 때문에 보 웨브에 전단탭을 설치하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이 연구는 이와 같이 보 웨브에 전단탭을 설치할 수 없는 기하학적 형상을 갖는 상 하부 스플릿 티 접합부가 충분한 전단력 지지능력을 갖도록 하는 접합부 상세를 제안하기 위하여 진행하였다. 이를 위하여 상 하부 스플릿 티 접합부에 대한 3차원 비선형 유한요소해석을 수행하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제42권4호
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• pp.537-548
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• 2022

중하중의 교통하중은 포장체에 과도한 응력과 변형을 발생시키므로 이에 대응할 수 있는 포장 단면 설계가 중요하다. 항만 배후도로와 산업도로는 일반도로에 비해 중하중 교통의 비율이 높아 포장의 조기 파손으로 인한 문제가 다수 발생되고 있다. 국외의 경우 중차량의 통행이 많은 도로의 포장설계는 복합포장을 많이 적용하고 있다. 복합포장은 기존 포장의 설계수명을 2배 이상 증대시켜 보수비용 및 사용자 비용을 절감할 수 있는 경제적 포장 형식으로 인식되고 있다. 본 연구에서는 중하중 교통의 비율이 높은 산업도로와 항만 배후도로의 포장 장기 공용성을 확보할 수 있도록 롤러전압콘크리트 기층을 활용한 복합포장의 두께 설계 방안을 제안하고자 한다. 3차원 유한요소해석을 이용하여 포장의 재료물성 변화에 따른 역학적 거동과 장기 공용성을 검토하였으며, 계절별 컨테이너 트레일러에 의해 발생되는 롤러전압콘크리트 기층의 누적피로손상도을 고려하여 사용자가 쉽게 사용할 수 있는 카탈로그 설계를 제안하였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권5호
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• pp.361-367
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• 2004

척추체간 유합케이지의 성능평가에 있어서 압축강도와 상대적인 3차원적 안정성 그리고 골유도를 촉진시킬 수 있는 형상은 성공적인 골유합의 정도를 판가름 할 수 있는 중요한 척도이다. 새로 고안된 박스형 유합케이지 스파이크의 형상변화에 따른 척추체의 골단판에 미치는 응력분포 양상과 케이지의 안정성을 비교하기 위하여 압축하중 작용 초기에 스파이크 끝딘과 골단판이 접촉하는 경우와 스파이크가 골단판에 삽입되었을 경우를 구분하여 스파이크의 높이, 폭 및 각도를 변화시켜 가면서 유한요소 해석을 실시하여 고찰하였다. 유합케이지 2개가 척추체간에 삽입되어 있는 상태에서 수직하중 1700N이 가해질 때 척추체 골단판에 전달되는 응력분포를 조사하였으며, 전, 후방향으로 케이지 하나에 100N의 pull out하중을 부과하여 케이지의 스파이크 형상변화에 따른 미세이동 정도를 비교 평가하였다. 그 결과, 척추체 골단판의 응력 집중 정도에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 케이지스파이크 끝단 폭의 크기이며, 케이지 스파이크의 높이 및 각도의 변화는 스파이크 끝단과 접촉하는 척추체 골단판에 미치는 응력 정도에 큰 영향을 미치지 않았다. 스파이크 경사면 각도조절 및 양방향혼합형의 대칭 배열을 통하여 전후방향 pull-out하중에 대한 변위량을 저감시킬 수 있었다. 본 연구의 결과를 통하여 척추체에서의 응력집중을 피할 수 있고 케이지의 초기 접촉시 골단판의 파괴를 방지하고 골유합에 유리한 케이지 스파이크 형상을 설계하였고, 케이지 치환술 후 운동시 전후방향으로 이동을 최소화하여 기계적 안정성을 높일 수 있는 새로운 척추체간 유합 케이지의 최적 형상을 제안하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1A호
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• pp.105-113
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• 2008

곡선 강박스거더교는 부분적인 일사에 의해 교량단면에 불균등한 온도분포와 함께 기타 불리한 하중조건이 복합되어 작용되므로 교량의 수명이 단축되거나 사용성을 저하시킬 수 있는 문제점을 가지고 있다. 따라서 곡선교 설계 시 방위각, 받침배치방식, 형상 등에 따라 온도에 의한 영향을 고려해야 하지만 온도거동의 특성이 명확히 규명되어 있지 않을 뿐만 아니라 현행 설계기준의 규정도 명확하지 못하여 보다 많은 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 기존의 연구에서 제안된 일사량 계산식과 열전달 유한요소해석기법을 병용하여 곡선 강박스거더교의 기하학적 형상 및 방위각에 따라 변화하는 온도분포를 보다 쉬운 방법으로 예측하는 기법을 개발하였고 실측된 곡선교의 온도자료를 통해 검증하였다. 또한, 개발된 온도분포예측기법과 3차원 구조해석을 이용하여 일사에 의한 곡선교의 거동을 분석한 결과, 곡선 외측면이 남측을 향하는 경우에서 고정단측 받침의 교축방향과 교축직각방향 반력이 크게 나타났으며 곡선반경이 감소할수록 모든 방향의 반력이 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서 제안한 온도분포예측기법을 바탕으로 향후 관련 연구를 통해 현재의 설계기준을 보완할 수 있는 합리적인 온도하중의 제시가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.40-47
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• 2018

다공성 보도 블록은 이미 많이 사용되지만, 큰 침투성으로 인해 블록의 강도를 감소시키고, 균열 및 침전의 문제를 만든다. 본 연구에서는 최소 주응력의 결정된 위치를 설계하고 검증하기 위하여, 이동하는 체중하중에 대한 보행로 블록에서의 최소 주응력의 위치를 결정함으로써, 주어진 문제에 대한 최적해를 제시하였다. 최소 주응력의 결정된 위치에 대한 검증 예를, 내부에 빗물을 저장하기위한 통행보도의 탄성 기초상의 2 차원 블록 부재에 대하여 제시하였다. 전단력의 합력에 대한 최소값은 ${\times}1$이 58.58 mm(전체 스팬의 30%, 200 mm)일 때, 최소 변형은 ${\times}2=80mm$(전체 스팬의 70%, 200 mm)에 있다. 수정 된 모델에서, 이동하는 경계 조건(보도 보행 하중)이 ${\times}1$(= 0 mm)에 있을 때, 168 mm (스팬의 84%, 200 mm)에서 최소 주응력의 위치가 발견되었으며, 스프링으로 모델링 된 기초의 응답에 대하여 모델링하였다. 결과적으로, 중립 축(${\times}2=167mm$)에서의 빗물저장을 위한 보도블럭의 "0"변형 위치가 3 차원 FEM 분석 검증을 통하여 결정되었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제21권3호
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• pp.150-161
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• 2018

최근의 정보통신기술 발전에 기반한 무인 항공 전자탐사는 효율적인 광역 탐사가 가능하다는 장점으로 인해 다양한 활용이 시도되고 있다. 이 연구에서는 무인 항공 전자탐사의 실제 적용을 위한 이론 연구의 일환으로 한국지질자원연구원에서 개발된 무인 비행선 전자탐사 시스템에 대한 고찰을 수행하였다. 이 시스템은 기존의 항공 전자탐사 시스템들과는 다른 송수신루프의 배치로 인해 측정되는 자기장을 해석하기 위한 새로운 기술이 필요하다. 따라서, 임의의 모양을 갖는 송신원에 의한 전자기장 반응을 계산할 수 있는 방법을 제안하였으며 원형루프에 의한 이론해와의 비교 검증을 통해 그 타당성을 확인하였다. 또한, 3차원적으로 분포한 지하의 전도성 이상체에 의한 자기장 반응을 모사하기 위하여 변유한요소법 기반의 3차원 주파수영역 전자탐사 모델링 알고리듬과 결합하였다. 개발된 알고리듬을 바탕으로 지하 이상체에 의한 자기장 반응분석을 수행한 결과, 기존 항공 전자탐사 시스템들과 마찬가지로 탐사고도가 높아지거나 이상체의 심도가 깊어짐에 따라 이상체에 의한 반응이 줄어듦을 알 수 있었고 이상체의 전기비저항이 증가함에 따라서도 반응이 작아지는 것을 확인하였다. 그러나, 이상체의 심도 및 전기전도도와 사용 주파수에 따라 이상성분의 반응양상이 비선형적인 경향을 나타내는 구간이 존재하여, 자료해석 시 반응의 크기를 통한 단순 해석이 어려워지며 겉보기 비저항 계산 시에도 해의 비유일성을 야기시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서 실제로 시스템을 활용하여 탐사를 수행할 시, 탐사목적 및 현장 조건을 고려한 사전 모델링을 통해 적합한 주파수 대역 및 탐사고도를 설정하여 탐사를 수행하는 것이 선행되어야 한다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.24-30
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• 2004

본 논문은 원자력발전소 방화벽에 설치된 케이블관통부 충전시스템(CPFS: Cable Penetration Fire Stop)안에서 일어나는 동적 열 전달 현상을 해석하기 위해 수행된 실험을 다루고 있다. Dow Corning사의 내화성 충전물에 대해서 내화실험이 수행되었으며, 본 실험을 통해 준비된 CPFS 시험체가 성능위주 시험방법인 ASTM E-814의 F-rating과 T-rating을 동시에 만족시킬 수 있는지를 알아보았다. 그리고 여기서 얻어진 실험결과는 CPFS시스템 내화성능 평가용 소프트웨어를 개발하기 위해 사용되었다. CPFS 시스템 내에서의 열전도 현상은 주어진 초기조건과 경계조건 하에서 Parabolic PDE(Partial differential equation)로 수식화 되었으며, 이렇게 수식화된 PDE는 다시 연속과완화법(SOR: Sequential over-relaxation)과 Galerkin 유한요소법(FEM: Finite element method)로 구성된 혼합알고리즘에 따라 풀 수 있었다. PDE을 풀기 위해 널리 사용되고 있는 상용소프트웨어 Femlab을 이용하여 방화시스템 내에서의 온도분포를 계산하여 3차원 그래픽으로 나타내었다. 특히 CPFS시스템 내에서의 시간의 경과에 따른 온도분포의 변화에 대한 실험과 수치해석을 병행함으로써 결과에 대한 신뢰성을 높일 수 있었다.

• 한국도로학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.107-115
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• 2017

PURPOSES : The piezoelectric energy road analysis technology using a three-dimensional finite element method was developed to investigate pavement behaviors when piezoelectric energy harvesters and a new polyurethane surface layer were installed in field conditions. The main purpose of this study is to predict the long-term performance of the piezoelectric energy road through the proposed analytical steps. METHODS : To predict the stresses and strains of the piezoelectric energy road, the developed energy harvesters were embedded into the polyurethane surface layer (50 mm from the top surface). The typical type of triaxial dump truck loading was applied to the top of each energy harvester. In this paper, a general purpose finite element analysis program called ABAQUS was used and it was assumed that a harvester is installed in the cross section of a typical asphalt pavement structure. RESULTS : The maximum tensile stress of the polyurethane surface layer in the initial fatigue model occurred up to 0.035 MPa in the transverse direction when the truck tire load was loaded on the top of each harvester. The maximum tensile stresses were 0.025 MPa in the intermediate fatigue model and 0.013 MPa in the final fatigue model, which were 72% and 37% lower than that of the initial stage model, respectively. CONCLUSIONS : The main critical damage locations can be estimated between the base layer and the surface layer. If the crack propagates, bottom-up cracking from the base layer is the main cracking pattern where the tensile stress is higher than in other locations. It is also considered that the possibility of cracking in the top-down direction at the edge of energy harvester is more likely to occur because the material strength of the energy harvester is much higher and plays a role in the supporting points. In terms of long-term performance, all tensile stresses in the energy harvester and polyurethane layer are less than 1% of the maximum tensile strength and the possibility of fatigue damage was very low. Since the harvester is embedded in the surface layer of the polyurethane, which has higher tensile strength and toughness, it can assure a good, long-term performance.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.313-325
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• 2011

황해 조석모의를 위한 유한요소 격자체계가 h-상세화에 의해 구축되어 이전연구(서, 1999b) 14 K 절점에 비해 210 K로 연안지역 해상이 특별하게 고려되었다. 격자생성시 인접절점간 수심변화, 무차원 조석파장비가 고려되어 전체절점의 약 1/4이 수심 5 m 내외 연안역에 집중적으로 분포되었다. 수심에 ETOPO1 및 30초 정밀자료가 적용되었고 개방경계에 FES2004로부터 자동추출된 8대분조가 정의되었다. 조석모의에는 비선형 3차원 조화모형이 수립되었으며, 연직난류와 바닥마찰계수의 변화에 따른 서해연안의 조석확폭이 모의되었고, 8대분조 및 $M_4,$ $MS_4$ 등 비선형 천해조석과 $M_f$ 및 $M_{sf}$의 장주기 등이 재현되었다. 천문조뿐만 아니라 비선형 항의 반복에 의해 계산되는 천해조 해석결과에 마찰계수의 공간적변화가 미치는 영향이 지대하여, 조석 주기별로 다른 값을 적용하는 것이 제시되었다. 조석 비대칭성 분포를 파악하고자 진폭비 $M_4/M_2$와 위상차 $2g(M_2)-g(M_4)$를 계산하였는데, 우리나라 서해연안에 조석왜곡 비율이 0.2에 다다르는 등 천해역 특성이 뚜렷하며 목포해역 전면에 폭넓은 낙조우세가 재현되었다.