• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.369-376
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• 2016

이 연구는 화재에 노출된 구조물의 역학적 거동을 평가하기 위한 기반연구로서 화재 유동해석과 열응력해석의 통합 프레임워크를 확립하고 이를 강재와 콘크리트로 이루어진 대표체적에 적용한 결과를 제시하였다. 먼저 Fire Dynamics Simulator(FDS)를 이용해 임의의 화재곡선으로 모델링되는 화원으로부터 구조물 표면까지 유동해석을 실시하였다. 이를 통해 구조물 표면에서 시간에 따른 온도 분포를 계산하였고, 이 결과를 비선형 열응력해석에 경계조건으로 적용하였다. 이후의 과정은 화재의 성장 또는 감소에 따라 구조물 표면온도의 변화를 반영하는 열전달해석과 구조해석으로 이루어진다. 제시한 통합 프레임워크에 의해 화재 구조해석을 수행한 결과, 강재와 콘크리트의 대표체적 모두 동일한 하중이 작용할 때 상온 조건에서는 탄성 거동을 보였지만 화재로 인한 온도 조건을 고려할 경우 소성 거동을 보였다. 이는 구조물이 화재에 노출되는 경우 설계하중보다 작은 하중에서도 한계상태에 이를 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 원전구조물이나 교량과 같은 중요 사회기반구조물의 설계 시 구조물의 화재거동 평가가 고려되어야 한다고 할 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권5호
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• pp.597-604
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• 2010

본 논문에서는 모바일하버의 하역 시스템으로 특화되어 개발한 제로 모멘트 크레인에 적용되는 조인트를 설계하고자 한다. 해당 조인트는 제로 모멘트 포인트의 개념에 기반하여 제로 모멘트 크레인을 안정화시키는데 중요한 역할을 수행한다. 이 목적을 위해서는 크고 다양한 형태의 하중을 견딜 수 있으며, 또한 2 방향의 자유도를 허용할 수 있어야 한다. 통상적인 설계 과정을 거쳐, 유니버셜 조인트와 스피리컬 조인트를 결합한 후 가변형 구름 요소를 적용한 새 디자인을 제안하였다. 구름 요소는 하중을 분산시키며 하역 과정 동안의 동력 손실을 줄여준다. 시스템의 복잡성과 최적화 과정의 효율성을 고려하여, 크리깅 기반 근사 최적화 기법을 선정하였다. 설계된 조인트를 검증하기 위해, 구조 해석을 수행하고, 축소 시제품을 제작하였다.

• 설비공학논문집
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• 제29권6호
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• pp.316-326
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• 2017

Commercial buildings and institutions are predominantly cooled, thereby dissipating excess heat to a vertical ground heat exchanger (VGHE), than heat extracted over an annual cycle. Surface waters, such as lakes and ponds, provide a cost-effective means of reducing the VGHE length, and in balancing the thermal loads to the ground. This paper presents the measurement and analysis of the cooling performance of ground-coupled heat pump (GCHP) system, using surface water heat exchanger (SWHE) submerged in an artificial pond. In order to measure the performance of the system, we installed monitoring equipment, including sensors, for assessing the temperature and power consumption, after which the operation parameters were determined. The results from the thermal performance test for the SWHE indicate that the temperatures at the outlet of the SWHE and within the pond were affected by outdoor air temperature. In addition, the results reveal similar variation trends on temperatures; however, the peak temperatures of the SWHE were somewhat greater than those of outdoor air, due to the thermal capacity of the pond. Analyzing the cooling performance over the measurement period, the average coefficient of performance (COP) of heat pump was found to be 5.71, while that for the entire system was 2.99.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.101-108
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• 2004

A FEM-based efficient method is developed for the shape optimization of 2-D structures. The combined SLP and Simplex method are coupled with finite element analysis. Selected set of master nodes on the design boundaries are employed as design variables and assigned to move towards their normal directions. The other nodes along the design boundaries are grouped into the master node. By interpolating the repositioned master nodes, the B-spline curves are formed so that the rest mid-nodes efficiently settle down on the B-spline curves. Mesh smoothing scheme is also applied for the nodes on the design boundary to maintain most finite elements in good quality. Finally, a numerical implementation of optimum design of an automobile torque converter piston subjected to pressure and centrifugal loads is presented. The results shows additional weight up to 13% may be saved after the shape optimization.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권3호
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• pp.219-232
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• 2024

In current study, for the first time, Nonlinear Bending of a skew microplate made of a laminated composite strengthened with graphene nanosheets is investigated. A mixture of mechanical and thermal stresses is applied to the plate, and the reaction is analyzed using the First Shear Deformation Theory (FSDT). Since different percentages of graphene sheets are included in the multilayer structure of the composite, the characteristics of the composite are functionally graded throughout its thickness. Halpin-Tsai models are used to characterize mechanical qualities, whereas Schapery models are used to characterize thermal properties. The microplate's non-linear strain is first calculated by calculating the plate shear deformation and using the Green-Lagrange tensor and von Karman assumptions. Then the elements of the Couple and Cauchy stress tensors using the Modified Coupled Stress Theory (MCST) are derived. Next, using the Hamilton Principle, the microplate's governing equations and associated boundary conditions are calculated. The nonlinear differential equations are linearized by utilizing auxiliary variables in the nonlinear solution by applying the Frechet approach. The linearized equations are rectified via an iterative loop to precisely solve the problem. For this, the Differential Quadrature Method (DQM) is utilized, and the outcomes are shown for the basic support boundary condition. To ascertain the maximum values of microplate deflection for a range of circumstances-such as skew angles, volume fractions, configurations, temperatures, and length scales-a parametric analysis is carried out. To shed light on how the microplate behaves in these various circumstances, the resulting results are analyzed.

• 한국항해항만학회지
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• 제45권4호
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• pp.212-223
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• 2021

본 논문에서는 해양구조물의 배관에 작용하는 환경조건과 구조물의 움직임에 따른 구조안전성 평가를 수행하였다. 배관에 작용하는 조건은 N₂ generator의 설계 조건을 분석하여 최고온도와 최저온도 조건을 적용하였다. 구조물의 움직임은 DNV 규칙에 따라 계산하여 적용하였다. 각각의 조건을 조합하고 열 하중, 운동 하중 그리고 배관지지대의 유무에 따라 총 26가지 하중 조합을 구성하였고 상용프로그램인 MSC Patran/Nastran을 이용하여 해석을 진행하였다. 열해석은 Steady-state 방법인 Sol 153, 열-구조 연성 해석은 Linear-static 방법인 Sol 101을 각각 적용하여 수행하였다. 해석 결과, Set 1과 Set 2에서는 배관 내의 온도가 낮을수록, Set 3에서는 온도가 높을수록, Set 4에서는 배관 내외부의 온도 차가 클수록 응력이 증가하는 경향이 있었다. 하지만, 온도 하중만 있는 조건과 운동 하중만 있는 조건에서의 응력의 합이 두 하중의 복합 하중 조건에서의 응력과 같은 값을 나타내지는 않았다. 즉, 운동 하중에 의한 영향은 운동의 방향, 배관의 배치나 지지대의 위치 등에 따라 달라진다는 것을 알 수 있다. 따라서, 설계 시점에서 배관에 작용하는 운동 하중의 크기와 방향, 배관의 배치 그리고 배관 지지대의 위치 등을 종합적으로 고려할 필요가 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.9-19
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• 2020

본 연구에서는 정격 출력 375 MW급의 석탄화력발전소의 보일러 및 보일러를 지지하는 철골의 유한요소해석을 위한 보일러-철골 통합모델을 개발하였다. 본 연구는 SAP2000 프로그램을 사용하여 지진하중에 대하여 통합모델을 해석함으로써 차후에 보일러와 철골의 안전성을 평가할 것을 염두에 두고 수행한 선행 연구이다. 보일러 내부의 수많은 관으로 구성되는 복잡한 과열기, 재열기, 절탄기, 멤브레인벽에 대하여 단순화 기법을 사용하여 강성과 관성의 관점에서 등가인 보요소, 쉘요소, 솔리드요소로 모델링하는 방법을 제시하였다. 그리고 보일러와 철골 간의 연결을 위한 모델링 방법도 제시하였다. 보일러를 철골의 거더에 매다는 역할을 하는 많은 행거는 개수를 줄여서 등가 행거로 변환하여 모델링하였다. 보일러 외벽의 벅스테이에 부착된 보일러 스토퍼는 스토퍼와 철골 기둥 사이의 연결 관계를 고려하여 변위를 연계시켜 모델링하였다. 개발된 보일러-철골 통합모델에 대하여 자중조건에 대한 정적해석을 수행하여 변형형태를 평가하였다. 자중조건에 대한 해석결과, 철골 부재들과 보일러의 주요 구성품들의 거동이 타당한 것으로 나타났다. 결론적으로 본 연구에서 개발된 통합모델은 보일러 및 보일러를 지지하는 철골의 지진에 대한 안전성 평가에 충분히 활용이 가능한 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.1907-1914
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• 2013

터널 내부의 지열을 활용하여 지열 냉난방 시스템 가동에 필요한 열에너지를 얻을 수 있는 텍스타일 형태의 지중열교환기(에너지 텍스타일)를 충남 서천군 일대의 철도 폐터널 벽면에 시험 시공하였다. 현장에 설치된 에너지 텍스타일의 성능을 평가하기 위해 냉방 운영과 난방 운영에 대한 일일 냉난방 모사 시험을 수행하였다. 일일 냉난방 모사 시험을 진행하는 동안 터널 벽면에 설치된 지중 열교환기로 유입/유출되는 순환수의 온도, 순환 유량, 터널 벽면 내부 지반의 온도, 터널 내부의 온도를 지속적으로 측정하였다. 시험을 통해 현장에 설치된 에너지 텍스타일은 난방가동에서 에너지 텍스타일 유닛당 57.6~143.5 W의 열교환률을 보였고 냉방가동에서는 362.3~558.4 W의 열교환률을 보였다. 또한, 시험결과로부터 터널에 설치된 지중열교환기의 열교환 성능은 터널 내부 기온의 변화에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한, 전산유체 수치해석을 통하여 터널 내부 기온 변화를 고려한 현장 시험을 모사하여 적용된 수치해석 모델을 검증하였다. 검증된 수치해석 모델을 이용하여 콘크리트 라이닝 내부의 유도 배수재 설치 유무에 따른 에너지 텍스타일의 열적 거동에 대한 매개변수 연구를 수행하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제22권1호
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• pp.82-89
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• 2016

본 연구에서는 국내 여수항만에 길이 500미터, 폭 200미터, 두께 2미터인 폰툰형 VLFS타입의 해상부두를 제안하였다. 이 구조물은 해상에서 오랫동안 파랑하중을 견뎌야하므로 파랑응답해석이 필수적이다. 유체-구조부 해석에는 직접법을 사용하였고, 연성운동방정식을 수치해석하여 응답 결과를 구하였다. 구조부는 유한요소법을 이용하여 계산하였으며, 유체부는 경계요소법을 사용하여 분석하였다. 탄성변형과 강체운동으로 인한 동적응답을 수치적으로 분석하였으며, 파장, 수심, 파향, 구조물의 강성 요소를 고려하여 규칙파에 대한 응답을 해석하였다. 연구의 결과, $L/{\lambda}$ 1.5를 기준으로 응답이 변화하였고, 입사파의 방향에 따라 비틀림 현상이 나타났다. $L/{\lambda}=8.0$의 경우 수심이 증가할수록 입사측에서의 응답이 증가하는 경향이 나타났고, 강성의 변화에 따라 수직변위진폭의 피크점이 좌우로 이동하였다.