본 논문에서는 원통형 공동계의 음향 전달 특성에 대하여 이론적으로 검토한다. 원통형 공동계는 성덕대왕 신종의 음향 공동을 단순화시킨 모델로, 주 공동, 보조 공동 및 간극으로 구성되어 있다. 주 공동 내부에 점음원을 주고 내부 및 외부 음장에서의 주파수 응답 특성과 음향 모드를 구하였다. 그 결과는 SYSNOISE를 이용한 경계요소 해석결과와 비교하여 타당성을 확인하였다. 제안된 이론모델을 이용하여 간극과 보조 공동이 음향계의 공명 주파수와 음향 전달 특성에 미치는 영향을 규명하였다. 마지막으로 음원 주파수를 공동 내부에서 외부로 가장 잘 전달시키는 보조 공동과 간극의 조합을 결정하였다.
This paper presents a rigorous solution for spherical cavity expansion in unsaturated soils under constant suction condition. The hydraulic behavior that describes the saturation-suction relationship is modeled by a void ratio-dependent soil-water characteristic curve, which allows the hydraulic behavior to fully couple with the mechanical behavior that is described by an extended critical state soil model for unsaturated soil through the specific volume. Considering the boundary condition and introducing an auxiliary coordinate, the problem is formulated to a system of first-order differential equations with three principal stress components and suction as basic unknowns, which is solved as an initial value problem. Parameter analyses are conducted to investigate the effects of suction and the overconsolidation ratio on the overall expansion responses, including the pressure-expansion response, the distribution of the stress components around the cavity, and the stress path of the soil during cavity expansion. The results reveal that the expansion pressures and the distribution of the stress components in unsaturated soils are generally higher than those in saturated soils due to the existence of suction.
A semi-analytical solution to responses of overconsolidated (OC) unsaturated soils surrounding an expanding spherical cavity under constant suction condition is presented. To capture the elastoplastic hydro-mechanical property of OC unsaturated soils, the unified hardening (UH) model for OC unsaturated soil is adopted in corporation with a soil-water characteristic curve (SWCC) and two suction yield surfaces. Taking the specific volume, radial stress, tangential stress and degree of saturation as the four basic unknowns, the problem investigated is formulated by solving a set of first-order ordinary differential equations with the help of an auxiliary variable and an iterative algorithm. The present solution is validated by comparing with available solution based on the modified Cam Clay (MCC) model. Parametric studies reveal that the hydraulic and mechanical responses of spherical cavity expanding in unsaturated soils are not only coupled, but also affected by suction and overconsolidation ratio (OCR) significantly. More importantly, whether hydraulic yield will occur or not depends only on the initial relationship between suction yield stress and suction. The presented solution can be used for calibration of some insitu tests in OC unsaturated soil.
Cavity expansion is a classical problem in the field of solid mechanics with a wide range of applications in geotechnical and petroleum engineering. A drained solution is developed for cylindrical cavity expansion in anisotropic soils under biaxial in-situ stresses using a K0-based anisotropic modified Cam-clay model (K0-AMCC). The problem is formulated by solving differential equations using an auxiliary variable, which provides analytical expressions for the volume and four stress components of the soil around the cylindrical cavity. The solution is validated by comparisons with existing well-developed solutions. The results show that the present solution well captures the cavity expansion responses in anisotropic soils under biaxial in-situ stresses, and removes limiting assumptions that the cylindrical cavity expands under uniform in-situ stress in isotropic soils. The elastic-plastic boundary of the expanding cylindrical cavity in K0-consolidated anisotropic soils under biaxial in-situ stresses is a circle rather than an ellipse in isotropic soils, and the mathematical proof is provided in detail.
본 연구팀이 개발한 신개념 강내형 치과 진단 장치에서 촬영한 X선 치아영상으로부터 치아 우식증을 조기 단계에서 판별하고 치과의사의 정확한 진단을 돕기 위해서 병변진단 보조시스템인 치아 와동 자동 검출 프로그램을 개발하고자 하였다. 치아 와동 자동 검출 시스템을 구성하고 있는 기본 알고리즘은 치아 와동과 정상 치아를 구분 할 수 있는 영상분별 알고리즘과 치아 영상의 고유 특성 정보를 분석하고 이를 병변 검출에 적용할 수 있는 알고리즘으로 나눌 수가 있는데, 본 연구에서는 먼저, DRLSE 방법을 적용하여 병변과 정상치아 사이의 윤곽선 분할 성능을 테스트 하였다. 개발된 알고리즘의 와식 판별 성능을 테스트하기 위해서 다양한 형태의 와식을 포함하는 전치, 견치, 소구치 등의 7개의 치아팬텀을 제작하고 치아 와식 분별을 실시하였다. 총 14 개의 와식 중에 와식의 경계를 부분적으로 식별한 2개를 제외하고는 12개 와식의 경계를 정확하게 구별하여 개발된 자동 치아 병변 알고리즘의 가능성을 입증하였다. 그러나 실제 치아 와식의 형태는 개개인마다 다르고 복잡하기 때문에 무작위로 선택된 실제 치아에 적용하기 위해서는 보강된 알고리즘이 필요하다. 향후에는 치아에 대한 사전정보를 처리하고 적용하는 패턴 인식 혹은 기계학습 알고리즘을 추가하여 보다 효과적이고 정확한 병변 알고리즘으로 개선할 예정이다.
IR CAT Scan 개발을 위한 기하학적 역 열전도 문제의 해를 경계요소법 및 정규화 과정을 사용하여 구하였다. 이 문제에서는 잉여기술된 온도조건이 적외선 스캐닝에 의해 표면에 주어지며, 이 조건은 다른 조건과 함께 미지경계의 위치를 계산하는데 사용되었다. 문제의 해를 구하기 위해 보조문제가 도입되었고, 이 보조문제의 영역에 대한 가상적인 내부경계를 정의함으로써 공동(cavity)이 영역 내부에 위치하게 되며, 포텐셜 문제의 해를 구하여 그 위치를 결정하였다 이 문제의 해를 구하기 위해 경계요소법이 정규화과정과 함께 사용되었으며, 수치해석을 통하여 역 해법에 대한 정규화 효과를 분석하였다.
본 논문에서는 앞서의 연구들에서 얻은 연구성과를 실제의 디이젤기관에 적용 시켜 화염의 발달상태와 기관속도의 상승 등을 고찰하여, 그 유효성을 평가했다. 또 고온공기류덕트에서는 실험하기가 곤란했던, 분무자체에 족회운동을 일으킨 경우의 연 소과정에 대해서도 피스톤요부의 벽면에 충돌하는 분무의 각도를 변화시켜, 고속도 화 염사진으로 부터 검토했다.
Modified fluid critical solid fraction method was utilized as a prediction parameter to describe the shrinkage formation including the position, shape and amount of shrinkage cavities. A numerical scheme was implemented adapting this method for the evaluation of solidification defects in various casting processes. In the present numerical code, the form of shrinkage cavity can be simultaneously determined when an isolated loop is predicted to occur by the fluid critical solid fraction method. An auxiliary parameter, shrinkage potential, was also used in order to calculate the amount of residual liquid during solidification. Solidification analysis was carried out for the validation of the present scheme. It was shown that the calculated results were in good agreement with those of practical casting runs in all of the casting processes envolved in the present research. It may be concluded that the present program successfully predicts the detailed shrinkage formation behavior without the consideration of interdendritic fluid flow analysis.
This paper introduces conceptual design of scroll expander-compressor unit for fuel cell. Since air discharged out of the fuel cell stack after reaction has still high pressure energy, some power can be extracted out of it by directing it to pass through an expanding device so that the extracted power can be used to drive an auxiliary compressor. For this purpose, a scroll type expander coupled to a scroll type compressor was designed: orbiting scroll of the expander and that of the compressor were made to share three of common drive pins installed in the mid frame plate, and central cavity in the mid-plate was used as a back pressure chamber to provide axial compliance for both orbiting scrolls. Performance analysis for the expander showed that the shaft power of the expander could reduce the auxiliary power consumption in the fuel cell by about one third at the scroll clearance of $10{\mu}m$.
Solidification analysis was conducted on large steel castings and ingots by a modified finite difference method. Auto-mesh generation system was developed for improving the application of the computer analysis system to casting disign. Combined use of the prediction parameters, solidification time and temperature gradient, and an auxiliary parameter, shrinkage potential, were used to predict the formation of shrinkage defects. Several examples on the prediction of shrinkage cavity by this method were campared with the experimental reslts. It was found that a quantitative design of large steel castings and ingots can be made by the computer aided analysis of solidification process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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