• 한국지반공학회논문집
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• 제24권8호
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• pp.5-12
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• 2008

Biot는 균질하며 등방성인 포화된 물질에서의 혼합체 연동이론(coupled theory mixtures)을 이용하여 탄성파 전파의 진동수 의존성에 관한 이론을 제시하였다. Biot의 이론에 의하면 포화된 지반을 전파하는 탄성파의 진동수는 지반의 투수계수에 관한 정보를 가지고 있음을 보여주고 있다. 지반의 투수계수 산정에 사용되는 특정 진동수는 '특성 진동수 (characteristic frequency)'라 불리며, 특성 진동수는 진동수의 연속변화를 통한 I/Q(inverse quality factor)와 진동수의 관계도에 의하여 구할 수 있으며, 지반의 투수계수는 Biot의 식을 이용하여 산정할 수 있다. 본 연구에서는 시험상자 (test box)를 이용한 실내 시험을 미시시피 주립대학에서 수행함으로써 특성 진동수를 측정하였으며, 또 이를 이용하여 투수계수를 계산하였다. 모르타르 모래 시료에 대하여 시험한 결과 특성 진동수는 3500Hz에서 나타났으며 이를 Biot 식을 이용하여 시료의 투수계수를 산정한 결과 투수계수는 2.01 $10^{-4}m/sec$로 나타났다. 이는 실내 정 수두 투수계수 시험 값인 1.49 $10^{-4}m/sec$ 와 비교했을 때 다소 크게 나타났다 그러나 이 차이는 투수계수의 통상적인 오차범위를 고려할 때 매우 합리적인 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구는 음파를 이용하여 보다 쉽고 빠른게 지반의 투수계수를 산정할 수 있는 가능성이 있음을 보여 주었다. 본 논문에서는 특별히 고안된 장치를 통하여 시료의 특성 진동수를 실험적으로 결정하는 세부적인 방법과 그 이론적인 배경을 기술하였다.

• 한국음향학회지
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• 제25권5호
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• pp.246-256
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• 2006

평면파 반사 계수는 수중에서의 음파에너지에 관한 해저 바닥의 모든 정보를 담고 있고 음향 해석 모델의 입력 값으로도 사용할 수 있는 음향학적 물리량이다. 본 연구에서는 실험실 수조 환경에서 입자 매질 ( 세 종류의 유리구슬, 모래 )의 평면파 반사 계수, 음속 및 감쇠계수를 측정했다. 반사 실험은 수조의 한계를 고려해 $28{\sim}53^{\circ}$의 입사각과 중심 주파수 100kHz의 협대역 신호를 이용해 수행했다. 자기 교정법 (Self-calibration method)을 이용해 측정된 자료로부터 반사 계수를 계산했고 측정된 반사 계수의 경향 및 실험의 불확실성을 서술했다. 입자 매질의 음속 및 감쇠계수는 거리 수신 신호간의 회귀분석을 통해 계산했다. Biot 이론을 이용해 측정된 음속과 감쇠계수로부터 다공율과 침투율을 추정하고 실제 지질학적 측정값과의 유사성을 확인했다. 최종적으로 추정된 다공율, 침투율을 이용해 이론적 인 반사 계수를 계산하고 반사 실험의 측정값과 비교했다. 본 실험 결과는 Biot 이론으로 일관성 있게 입자 매질의 음향학적 물성을 설명할 수 있음을 입증한다.

• 비파괴검사학회지
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• 제28권2호
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• pp.112-118
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• 2008

본 논문에서는 유체에 포화된 다공성 매질에 적용되는 Biot 모델 및 modified Biot-Attenborough (MBA) 모델을 이용하여 해면질골에서 다공율 및 주파수에 대한 초음파 위상속도의 의존성을 예측하였다. 또한 선행 연구자들에 의하여 사람 및 소의 해면질골에서 측정된 값과 비교하였다. 해면질골에서 위상속도는 다공율 및 주파수가 증가함에 따라 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 전파각 효과를 포함하도록 수정된 Biot 모델 및 MBA 모델뿐만 아니라 Schoenberg 모델을 이용하여 해면질골에서 전파각에 대한 위상속도의 의존성을 예측하였다. 본 논문에서 이용된 이론적인 모델들은 초음파와 해면질골의 상호작용에 대한 물리학적인 이해를 증진시키는데 기여할 뿐만 아니라 골다공증을 진단하기 위하여 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2000년도 암반공학문제의 수치해석(Numerical Analysis in Rock Engineering Problems)
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• pp.105-115
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• 2000

방사성 폐기물지하처분이나 열수 및 축열 에너지저장, 지열에너지 개발 등과 같은 대규모 지하공간 프로젝트들이 대두됨에 따라 역학, 수리 및 열적 거동을 동시에 고려한 연구가 필요하게 되었다. 열-수리-역학 상호작용 해석은 열로 교란되고 지하수로 포화된 암반내의 거동을 열 수리, 역학 3가지 지배방정식의 결합을 통해 구현하는 상당히 복잡한 수치 해석 기법 중의 하나이다. 본 연구에서는 기존의 Biot의 압밀이론에 기초한 수식화들을 이용하여 연속체 암반의 열-수리-역학적 상호작용을 모사할 수 있는 유한요소 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 검증을 위해 등온과 비등온 조건하의 일차원 압밀모델에 대한 해석을 실시하여 해석해와 비교하였다. 이타원 압밀에 대한 변수해석을 통하여 포아송비나 수리적 이방성과 같은 인자들이 매체 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 앞으로 본 프로그램에 개별체 절리 모델을 통합시켜 보다 일반적인 불연속 암반의 상호작용 거동 해석에 이용할 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제10권3호
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• pp.355-365
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• 2000

방사성 폐기물지하처분이나 열수 및 축열 에너지저장, 지열에너지 개발 둥과 같은 대규모 지하공간 프로젝트들이 대두됨에 따라 역학, 수리 및 열적 거동을 동시에 고려한 연구가 필요하게 되었다. 열-수리-역학 상호작용 해석은 열로 교란되고 지하수로 포화된 암반내의 거동을 열, 수리, 역학 3 가지 지배방정식의 결합을 통해 구현하는 상당히 복잡한 수치 해석 기법 중의 하나이다. 본 연구에서는 기존의 Biot의 압밀이론에 기초한 수식화들을 이용하여 연속체 암반의 열-수리-역학적 상호작용을 모사할 수 있는 유한요소 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 검증을 위해 등온과 비등온 조건하의 일차원 압밀모델에 대한 해석을 실시하여 해석해와 비교하였다. 이차원 압밀에 대한 변수해석을 통하여 포아송비나 수리적 이방성과 같은 인자들이 매체 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 앞으로 본 프로그램에 개별체 절리 모델을 통합시켜 보다 일반적인 불연속 암반의 상호작용 거동 해석에 이용할 수 있을 것이다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2006년도 추계학술대회논문집
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• pp.934-937
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• 2006

This investigation presents a topology formulation to design optimal poroelastic acoustic foams to maximize absorbing ability. For successful formulation, a single set of equations based on Biot's theory is adopted and an appropriate material interpolation strategy is newly developed. Because there was no earlier attempt to solve poroelastic acoustic foam design problems in topology optimization setting, many challenging issues including modeling and interpolation must be addressed. First, the simulation accuracy by a proposed unified model encompassing acoustic air and poroelastic material was checked against analytical and numerical results. Then a material interpolation scheme yielding a distinct acoustic air-poroelastic material distribution was developed. Using the proposed model and interpolation scheme, the topology optimization of a two-dimensional poroelastic acoustic foam for maximizing its absorption coefficient was carried out. Numerical results show that the absorption capacity of an optimized foam layout considerably increases in comparison with a nominal foam layout.

• 한국음향학회지
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• 제6권2호
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• pp.19-29
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• 1987

체적기공도가 큰 다공성 빨대 묶음에 대한 흡음특성을 이론 및 실험적으로 연구 고찰하였다. Zwikker와 Kosten의 이론과 Poiseuille 흐름을 고려한 Biot의 이론을 적용시켜 수직입사파에 따른 시료의 흡음률을 이론적으로 예측하였다. 실험적 측정은 "임피던스 튜브 방법"을 이용하였으며, 거리에 따른 감쇠효과를 고려하였다. 다공성 빨대에 대한 흡음률의 이론예측값은 시료의 길이가 120mm 이하이고 진동수가 700Hz 이하인 경우, 실험측정값과 잘 일치했다. 시료뒤의 공기층에 의한 흡음에 미치는 효과의 연구 고찰에 있어, 동일한 길이의 시료에 대해 시료됫면에 공기층을 크게 함으로써 저진동수영역에서 흡음률을 높일 수 있었다. 시료와 공기충의 총 길이가 150mm인 경우, 공기층보다 시료길이의 효과가 흡음률을 높이는데 크게 기여함을 밝혔다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권12호
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• pp.7-16
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• 2020

본 연구는 음향학적 기법을 이용하여 지반의 투수계수를 산정하는 새로운 방법을 제시하였다. 연구를 위하여 Biot의 특성 진동수(Characteristic Frequency) 와 지반의 투수계수의 연관성이 포화된 지반에서만 나타나는 것을 확인할 수 있도록 음파의 감쇠 및 전파속도 특성을 포화된 시료와 건조된 시료에 대하여 측정/비교 하였다. 본 연구에서의 시험결과는 특성 진동수는 포화된 지반에서만 나타나며, 음파의 감쇠 특성으로 부터 얻은 특성 진동수와 전파속도 특성으로 부터 얻은 특성 진동수가 서로 매우 유사한 범위를 나타내었다. 한편 음파의 전파속도로 부터 얻은 결과가 감쇠 특성으로부터 얻은 결과보다 판독성이 좀 더 좋은 것으로 나타났다. 또한 본 시험결과를 동일한 시료에 대한 정수위 투수시험결과와 비교했을때 서로가 합리적으로 상응하는 결과를 나타내었으며, 본 연구에서 사용된 음향학적 기법이 사질토 또는 실트질 사질토의 투수계수를 구할 수 있는 비파괴 시험으로 사용될 수 있는 가능성을 보여 주었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제14권1호
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• pp.105-115
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• 2011

유체를 포함하는 혼합 매질에서의 탄성파 고유 감쇠에 대한 다양한 메커니즘 중, 탄성파 전파 시 고체와 유체 사이에서의 상대적 운동은 가장 중요한 감쇠 메커니즘 중의 하나이다. 선행 연구에서는 얼음의 미세 공극 안에 존재하는 소금물이 초음파의 전파에 미치는 영향을 분석하기 위하여 얼음과 소금물이 공존하는 매질에서 초음파 전파 실험하였다. 부분적으로 동결된 소금물에서 각기 다른 온도에서의 초음파 감쇠의 물리적인 메커니즘을 350 ~ 600 kHz의 주파수 대역에서 규명하기 위하여, Biot 이론에 입각한 다공성의 탄생 모델을 도입하여 초음파의 전파를 측정하였다. 고체상은 얼음으로, 액체상은 소금물로 가정한 뒤 펄스 핵자기공명기술로 측정한 유체의 성질을 이용하여 각각의 온도에서의 공극률을 계산한 결과, 실험으로 측정한 감쇠값은 500 kHz에서 계산된 고유 감쇠값과 다르게 나타났으며 이는 squirt -flow 메커니즘과 파의 산란 효과와 같은 다른 감쇠 메커니즘도 고려해야 한다는 것을 의미한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권10호
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• pp.6453-6457
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• 2015

본 논문에서는 솔레노이드의 자기 이론과 시뮬레이션을 통해 해석의 정확성을 검증하였다. 솔레노이드는 간단한 구조와 빠른 응답성을 바탕으로 기계 산업, 의료 등의 분야에 활발히 사용되어지고 있다. 솔레노이드 엑츄에이터는 전자기력을 활용하며 전류를 인가시키면 자기장이 형성되어 자기력을 발생시키고 플런저를 직선운동 또는 회전운동으로 구동을 시키는 장치이다. 이론 해석은 Biot-Savart's law를 통해 축방향 및 반경방향 자기장 (Magnetic flux density, B)의 값을 구했으며, 임의의 점 P에서의 자기장 값도 계산하였다. Ansys의 Magnetostatic Analysis를 이용하여 해석 시뮬레이션을 진행하였고, 그 결과를 비교하여 이론과 해석의 유사성을 살펴보았다. 비교 결과를 통해 오차 범위 안에서 error값이 존재함을 알 수 있었고, 따라서 정확성을 검증할 수 있었다.