• Structural Engineering and Mechanics
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• 제56권4호
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• pp.667-694
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• 2015

The suspended dome system is a new structural form that has become popular in the construction of long-span roof structures. Suspended dome is a kind of new pre-stressed space grid structure that has complex mechanical characteristics. In this paper, an optimum topology design algorithm is performed using the enhanced colliding bodies optimization (ECBO) method. The length of the strut, the cable initial strain, the cross-sectional area of the cables and the cross-sectional size of steel elements are adopted as design variables and the minimum volume of each dome is taken as the objective function. The topology optimization on lamella dome is performed by considering the type of the joint connections to determine the optimum number of rings, the optimum number of joints in each ring, the optimum height of crown and tubular sections of these domes. A simple procedure is provided to determine the configuration of the dome. This procedure includes calculating the joint coordinates and steel elements and cables constructions. The design constraints are implemented according to the provision of LRFD-AISC (Load and Resistance Factor Design-American Institute of Steel Constitution). This paper explores the efficiency of lamella dome with pin-joint and rigid-joint connections and compares them to investigate the performance of these domes under wind (according to the ASCE 7-05), dead and snow loading conditions. Then, a suspended dome with pin-joint single-layer reticulated shell and a suspended dome with rigid-joint single-layer reticulated shell are discussed. Optimization is performed via ECBO algorithm to demonstrate the effectiveness and robustness of the ECBO in creating optimal design for suspended domes.

• Wind and Structures
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• 제26권5호
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• pp.267-277
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• 2018

Numerical simulations are performed of a long flexible cylinder undergoing vortex-induced vibration at a Reynolds number of 500. The cylinder is pinned at both ends, having an aspect ratio of 100 (cylinder length to cylinder diameter) and a mass ratio of 4.2 (structural mass to displaced fluid mass). Temporal and spatial information on the cross-flow (CF) and in-line (IL) vibrations is extracted. High modal vibrations up to the $6^{th}$ in the CF direction and the $11^{th}$ in the IL direction are observed. Both the CF and IL vibrations feature a multi-mode mixed pattern. Mode competition is observed. The $2^{nd}$ mode with a low frequency dominates the IL vibration and its existence is attributed to a wave group propagating back and forth along the span. Distributions of fluid force coefficients are correlated to those of the CF and IL vibrations along the span. Histograms of the x'-y motion phase difference are evaluated from the total simulation time and a complete vibration cycle representing the standing or travelling wave pattern. Correlations between the phase difference and the vibrations are discussed. Vortex structures behind the cylinder show an interwoven near-wake pattern when the standing wave pattern dominates, but an oblique near-wake pattern when the travelling wave pattern prevails.

• Wind and Structures
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• 제30권5호
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• pp.525-532
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• 2020

This work numerically investigates the effects of Reynolds number Re_D (= 100 - 150), cross-sectional aspect ratio AR = ( 0.25 -1.0), and attack angle α (= 0° - 90°) on the forces, Strouhal number, and wake of an elliptical cylinder, where Re_D is based on the freestream velocity and cylinder cross-section height normal to the freestream flow, AR is the ratio of the minor axis to the major axis of the elliptical cylinder, and α is the angle between the cylinder major axis and the incoming flow. At Re_D = 100, two distinct wake structures are identified, namely 'Steady wake' (pattern I) and 'Karman wake followed by a steady wake (pattern II)' when AR and α are varied in the ranges specified. When Re_D is increased to 150, an additional wake pattern, 'Karman wake followed by secondary wake (pattern III)' materializes. Pattern I is characterized by two steady bubbles forming behind the cylinder. Pattern II features Karman vortex street immediately behind the cylinder, with the vortex street transmuting to two steady shear layers downstream. Inflection angle α_i = 32°, 37.5° and 45° are identified for AR = 0.25, 0.5 and 0.75, respectively, where the wake asymmetry is the greatest. The α_i effectively distinguishes the dependence on α and AR of force and vortex shedding frequency at either Re_D. In Pattern III, the Karman street forming behind the cylinder is modified to a secondary vortex street. At a given AR and α, Re_D = 150 renders higher fluctuating lift and Strouhal number than Re_D = 100.

• Wind and Structures
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• 제30권5호
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• pp.465-474
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• 2020

Vortex-induced vibrations of a yawed flexible cylinder near a plane boundary are numerically investigated at a Reynolds number Re_n= 500 based on normal component of freestream velocity. Free to oscillate in the in-line and cross-flow directions, the cylinder with an aspect ratio of 25 is pinned-pinned at both ends at a fixed wall-cylinder gap ratio G/D = 0.8, where D is the cylinder diameter. The cylinder yaw angle (α) is varied from 0° to 60° with an increment of 15°. The main focus is given on the influence of α on structural vibrations, flow patterns, hydrodynamic forces, and IP (Independence Principle) validity. The vortex shedding pattern, contingent on α, is parallel at α=0°, negatively-yawed at α ≤ 15° and positively-yawed at α ≥ 30°. In the negatively- and positively-yawed vortex shedding patterns, the inclination direction of the spanwise vortex rows is in the opposite and same directions of α, respectively. Both in-line and cross-flow vibration amplitudes are symmetric to the midspan, regardless of α. The RMS lift coefficient C_L,rms exhibits asymmetry along the span when α ≠ 0°, maximum C_L,rms occurring on the lower and upper halves of the cylinder for negatively- and positively-yawed vortex shedding patterns, respectively. The IP is well followed in predicting the vibration amplitudes and drag forces for α ≤ 45° while invalid in predicting lift forces for α ≥ 30°. The vortex-shedding frequency and the vibration frequency are well predicted for α = 0° - 60° examined.

• 한국음향학회지
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• 제40권1호
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• pp.1-9
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• 2021

해수면 상태에 따른 고주파 양상태 해수면 음파산란 채널 측정 실험은 2020년 4월 거제 내만해역에서 수행되었으며 산란이론을 기반으로 한 모의결과와 비교하였다. 신호는 중심주파수 128 kHz, 대역폭 32 kHz의 선형 주파수 변조 신호를 이용하였다. 파고부이를 통해 측정된 해수면 거칠기로부터 해수면 파수 스펙트럼을 계산하였고 산란이론인 Small Slope Approximation(SSA)에 적용하여 해수면 거칠기에 의한 산란강도를 추정하였다. 또한 실험 당시 풍속을 이용하여 해수면 부근 공기방울층 음파산란을 고려하여 산란강도를 계산하였다. 모의된 산란강도를 이용하여 해수면 산란 채널 세기 임펄스 응답을 모의하였고, 해수면 파수 스펙트럼과 공기방울층 산란에 따른 모의결과를 측정치와 비교, 분석하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권2호
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• pp.111-117
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• 2017

본 논문에서는 유한요소 자유진동해석을 수행하여 박판 보에서의 국소변형효과를 조사하였다. 자유진동해석은 단일셀 및 다중셀 박스보에 대해 수행하였으며, 풍력발전 블레이드를 가장 단순하게 모사할 수 있는 단일셀 박스보를 먼저 해석하였다. 쉘요소 해석결과를 보요소 해석결과와 비교하여 보았을 때 박스 보의 박판 두께가 정확도에 매우 중요한 역할을 함을 확인하였다. 두께가 얇은 경우에는 쉘의 국소변형(또는 쉘 모드)가 주요하게 나타난 반면에 두꺼울 경우에는 전단변형의 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다. 목이 있는 단일셀 박스보에서의 국소변형은 목 주위에 집중되어 나타남을 확인하였다. 마지막으로 실제 블레이드와 유사한 다중셀 테이퍼 보의 주파수 및 모드형상을 분석하였다. 보 요소 해석결과는 쉘 요소 결과와 비교하여 약 5~7% 주파수 차이를 보였으며, 이는 보요소가 국소변형을 제대로 모사하지 못하기 때문이다. 특히 래그모드(lagwise mode)의 경우에는 단면의 분할 정도의 영향보다 국소변형의 효과가 매우 크다는 것을 알 수 있었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권6호
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• pp.701-707
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• 2021

본 연구에서는 강한 한파가 발생했던 2018년과 온난 한파가 발생했던 2019년의 기온에 따른 수온의 반응 및 지연시간과 북풍계열 바람 빈도와의 상관관계를 분석하였다. 사용된 시간 자료는 국립수산과학원에서 제공하는 7개 지점 해역별 수온자료와 수온관측소 인근 7개 지점 AWS 기온자료를 이용하였다. 관측되지 못한 자료는 내삽법으로 근사값을 계산하였고, FIR Filter를 이용하여 자료의 주기성을 파악하였다. 그 결과, 강한 한파가 발생했던 2018년은 북풍계열 바람을 통해 차가운 공기가 남하하면서 기온을 하강시켜 전 해역에 저수온을 유발한 반면 온난 한파가 발생했던 2019년은 평년 수준의 기온으로 하강하였지만 수온은 크게 변화하지 않았다. 강한 한파가 발생했던 2018년 기온 하강에 따른 수온의 지연시간은 평균 14시간으로 0.7 이상의 높은 상관성을 나타냈고 온난 한파가 발생했던 2019년은 평균 지연시간이 20시간으로 0.44-0.67 사이의 상관성을 보였다. 본 연구를 통해 해역별로 기온 하강에 따른 표층수온의 반응을 해석하였고 지연시간을 파악함으로써 양식생물의 피해를 최소화하고 한파 피해의 신속한 대응에 기여할 수 것으로 기대한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5A호
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• pp.887-899
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• 2006

본 연구의 목적은 교량 거더 단면의 공기역학적 특성을 나타내는 기본 자료인 공기력계수와 플러터계수가 동적응답과 어떠한 상관관계를 가지는지를 규명하는데 있다. 이를 위해 세 단계의 단면모형실험이 수행되었다. 첫 번째 단계에서는 총 7개의 거더 단면 즉, 6개의 플레이트거더 단면과 1개의 박스거더 단면이 고려되었으며 거더 단면의 기하학적 형상, 영각, 바람의 방향 그리고 기류조건이 공기력계수인 항력계수, 양력계수 그리고 모멘트계수에 미치는 영향을 정적 단면모형실험을 통해 살펴보았다. 두 번째 단계에서는 동적실험을 통해 각 단면의 공기력계수와 동적응답의 상관성을 검증하였다. 마지막으로 2자유도하의 동적 단면모형실험을 통해 세 개의 거더 단면의 플러터계수를 산출하고 이를 동적실험결과와 비교하였다. 주어진 단면형상에 대한 비정상 공기력에 의해 변화되는 시스템의 감쇠와 강성을 가장 잘 반영하는 플러터계수는 초기변위-자유진동시스템을 이용하여 추출하였다. 이를 위해 등류조건에서 풍속별로 교량단면의 수직 및 비틀림 초기변위의 시간에 따른 진폭의 감쇠를 측정하였다. 본 연구에서 제시한 교량단면의 공기력계수와 플러터계수는 공탄석해석 및 버펫팅해석을 위한 기본 자료로 유용하게 쓰일 것으로 보인다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제11권2호
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• pp.144-151
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• 2008

An experimental study has been conducted to investigate the effects of circular damage hole on the characteristics of airfoil performance. The damage on a wing created from a hit by anti-air artillery was modeled as a circular hole. Force balance measurements and static pressure measurements on the wing surface were carried out for the cases of having damage holes of 10% chord size at quarter chord and/or half chord positions. All experiments were conducted at Reynolds number of $2.85\times10^5$ based on the chord length. The surface pressure data show big pressure alterations near the circular damage holes. This abnormal surface pressure distribution produces shear stress that could lead to the acceleration of the structural degradation of the wing around the circular damage hole. However, in spite of the existence of circular damage holes, the measured force data indicated the only a slight decrease in lift accompanied by increase in drag compared to the results of undamaged one. The influence of damage hole on the aerodynamic performance was increased as the location of damage moved to the leading edge. The effect on the control force was insignificant when the damaged size was not large.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2011년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.20-27
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• 2011

High-speed railway system is exposed to severe aerodynamic problems and has various requirements both on design and operation; 80% of running resistance is composed of aerodynamic drag, the cross-sectional area and portal shape of tunnel should be designed under aerodynamic consideration, and natural wind velocity should always be monitored to prevent the overturning of train by crosswinds. In addition, most of the aerodynamic problems are proportional to the running speed or square of the running speed. Thus, when the running speed of a high-speed railway system either on operation or under construction is to be increased, the aerodynamic problems should be assessed in advance and the countermeasures should be prepared to alleviate the aerodynamic problems to meet certain requirements. In this study, aerodynamic problems that could occur at speed up of high-speed line have been investigated and aerodynamic requirements to meet the increased operational speed have been studied referring the international and domestic rules, guidance, and recommendations.