• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.19-23
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• 2023

The Second-generation high-temperature superconducting (HTS) Rare-Earth Barium Copper Oxide (REBCO) wire is a composite laminate having a multi-layer structure (8 or more layers). HTS wires will undergo multiple loads including the bending-tension loads during winding, high current density, and high magnetic fields. In particular, the wires are subjected to bending stress and magnetic field stress because HTS wires are wound around a circular bobbin when making a high-field magnetic. Each of the different laminated wires inevitably exhibits damage and fracture behavior of wire due to stress deformation, mismatches in thermal, physical, electrical, and magnetic properties. Therefore, when manufacturing high-field magnets and other applications, it is necessary to calculate the stress-strain experienced by high-temperature superconducting wire to present stable operating conditions in the product's use environment. In this study, the finite element model (FEM) was used to simulate the strain-stress characteristics of the HTS wire under high current density and magnetic field, and bending loads. In addition, the result of obtaining the neutral axis of the wire and the simulation result was compared with the theoretical calculation value and reviewed. As a result of the simulation using COMSOL Multiphysics, when a current of 100 A was applied to the wire, the current value showed the difference of 10^-9. The stress received by the wire was 501.9 MPa, which showed a theoretically calculated value of 500 MPa and difference of 0.38% between simulation and theoretical method. In addition, the displacement resulted is 30.0012 ㎛, which is very similar to the theoretically calculated value of 30 ㎛. Later, the amount of bending stress by the circular mandrel was received for each layer and the difference with the theoretically obtained the neutral axis result was compared and reviewed. This result will be used as basic data for manufacturing high-field magnets because it can be expanded and analyzed even in the case of wire with magnetic flux pinning.

• 화약ㆍ발파
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• 제41권3호
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• pp.62-72
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• 2023

1970년대 산업화에 따른 플랜트 구조물이 노후화됨에 따라 구조적 기능을 상실해 발파 해체 공법을 활용한 해체 철거 수요가 증가하고 있다. 발파 해체공법은 기계식 해체공법에 비해 해체 공기가 짧아 환경공해 발생 노출 시간을 최소화할 수 있지만 잘못된 발파 설계 및 시공 계획에 따른 붕괴거동의 실패는 안전성에 매우 큰 위험을 유발한다. 따라서 붕괴거동 모사를 통해 최적의 발파 해체 조건과 이에 따른 영향을 고려하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 Finite element method (FEM)와 Discrete element method (DEM)의 장점을 활용해 구축된 3-D Combined finite discrete element method (FDEM) 코드 기반 3-D DFPA 를 적용해 (구)서천화력발전소의 연돌 구조물에 대한 해체 모사를 수행하였으며 실제 구조물의 연돌 구조물 발파해체의 붕괴거동과 비교 분석하였다. 수치 모사 결과, 실제 구조물과 붕괴 거동 및 붕괴 완료 시간이 동일하게 나타났다. 또한, 발파구간 개구부 상부에 위치한 후드부의 크기가 연돌의 붕괴거동에 미치는 영향을 분석하기 위해 후드부의 면적을 조정하여 해체 모사를 수행하고 균열 발생 양상 및 z-방향 변위 곡선을 통해 비교 분석하였다. 분석 결과, 후드부의 면적이 증가함에 따라 하중을 지지하는 면적이 줄어들고 그에 따른 균열 발생 증가 및 전도 시간 감소를 확인하였다.

• 구강회복응용과학지
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• 제39권3호
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• pp.133-145
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• 2023

하악전돌 양상을 보이는 3급 부정교합은 골격성 3급과 치아변위에 의한 가성 3급으로 나눌 수 있다. 골격성 부정교합은 수복공간 확보 및 심미적, 기능적 결과를 얻기 위해 적절한 수직 및 수평 악간관계를 설정하면 양호한 치료결과를 얻을 수 있다. 본 증례는 하악 전돌과 전치부 마모 및 교합수직고경의 감소를 보이는 환자에서 임플란트와 고정성 보철물을 이용하여 완전구강회복을 시행하였다. 모형 분석과 디지털 진단을 시행 후 수직고경을 거상한 임시수복물을 제작하여 구치부 지지를 확보하고 안정적인 중심교합을 평가하였고, 이를 반영한 최종보철물로 양호한 기능과 심미를 회복할 수 있었기에 이를 보고하는 바이다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권2호
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• pp.61-68
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• 2024

국내 경부선 및 호남선의 고속철도교량은 대부분 PSC-box 형식으로 설계되어 있고, 경간장35~40m인 경우 약 4~5Hz 정도의 1차 휨 고유진동수를 가지고 있다. 이때 KTX 고속열차가 290~310 km/h 속도로 주행할 경우, 열차에 의한 가진 진동수가 교량의 1차 휨 고유진동수에 근접하면서 공진 유사 현상이 발생하게 된다. KTX와 함께 향후 운행예정인 EMU-320 고속열차의 증속에 대해서도 철도교량의 동적 응답을 통한 안전성 분석이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 실제 철도교량에서 계측된 응답을 기반으로 구조해석모델 개선 기법을 통해 대상 철도교량과 거동이 유사한 해석모델을 구현하였다. 개선된 구조해석모델은 고속철도교량에 KTX가 주행할 때 계측된 응답과 비교하여 검증하고, 이를 통해 KTX와 EMU-320 고속열차가 증속할 경우 동적 응답 특성을 분석하였다. 또한, 결과적으로, 교량 중앙부의 최대 수직변위와 가속도의 변화는 철도설계기준과 비교하여 주행 안전성을 평가하였다.

• 스마트미디어저널
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• 제13권3호
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• pp.18-26
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• 2024

노면 모니터링은 노면의 함몰 정도 및 크랙 감지와 같은 위험 요소 관리를 통해 도로 환경의 안전성을 유지하는 필수적인 과정이다. 고성능 2D 레이저 센서를 탑재한 자율주행 기반 UGV를 활용한 정밀 측정이 가능하지만, 고성능 센서의 에너지 소모량 증가로 인해 배터리 용량에 대한 한계가 있다. 본 논문에서는 UGV에서 효율적인 노면 모니터링을 위한 퓨전 센서 시스템을 제안한다. 제안된 퓨전 센서 시스템은 카메라를 통한 칼라 정보와 선레이저 센서를 통한 깊이 정보를 결합하여 노면 모니터링의 정밀한 변위 탐지를 가능하게 한다. 또한 카메라 센서를 이용해 모니터링 대상의 탐지 여부에 따라 선레이저 센서 스캔 주파수를 동적으로 제어하는 동적 샘플링 알고리즘을 적용함으로써 불필요한 에너지 소모를 절감한다. 제안된 퓨전 센서 시스템에서의 평균 소비전력 모델을 제시하고 다양한 미션 환경의 크랙 분포 및 센서 특성을 고려하여 에너지 효율성을 분석한다. 성능 분석 결과, 선레이저 센서의 Active 상태 소비 전력이 Saving 상태의 2배이고, λ=10, µ=10인 환경에서 고정 샘플링 기법에 비해 전력 소비 효율이 13.3% 향상됨을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제37권2호
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• pp.101-107
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• 2024

해저케이블은 케이블의 손상 시 높은 유지 보수 비용과 문제점들을 해결하기 위해 다양한 종류의 보호기 자재를 사용한다. 특히 파랑 및 해류 등의 외력 요소 들로부터 케이블을 보호하기 위해 사용되는 대표적인 보호기자재로 유연보호튜브를 들 수 있다. 유연보호튜브는 폴리우레탄 85A 초 탄성 재료로 구성되어 있어 기계적 거동을 계산하기 위해 실험 결과를 기반으로 한 물성치를 이용한다. 본 연구에서는 유연 보호 튜브를 대상으로 해석적 방법을 사용하여 휨 성능과 인장 성능을 살펴보았다. 해석에 사용된 물성치는 폴리우레탄 85A의 다축인장 실험을 통해 확보된 물성 값을 이용하였다. 유연보호튜브는 최대 굽힘 모멘트 기준치인 15 kN·m와 인장하중의 기준치인 50 kN에 대해 휨 성능과 인장 성능을 분석하였다. 해석 결과 유연 보호 튜브의 최대 굽힘 모멘트가 15 kN·m일 때 MBR은 13 m로 휨 성능이 확보되었으며, 인장하중이 50 kN일 때 최대 수직 변위가 968 mm를 나타내 인장성능이 확보됨을 확인할 수 있었다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권3호
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• pp.171-182
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• 2004

본 연구에서는 의료 영상과 유한요소 해석을 이용하여 골절된 척추체의 치료를 위해 골 시멘트를 주입하는 추체 성형술(vertebroplasty)에 영향을 미치는 여러 인자들에 대해 생체 역학적으로 분석하여 평가하고자 하였다. 의료 영상을 통해 구현된 모델들은 분석하고자 하는 인자에 대하여 크게 단분절과 다분절 유한요소 모델의 2 가지 형태로 구분하였다. 단분절 유한요소 모델을 통해 골다공증의 정도, 주입된 골 시멘트의 양, 골 시멘트의 주입량 및 환자에게 주입된 골 시멘트 양의 적절성을 평가하였으며, 골 시멘트의 주입이 척추체의 구조적 안정성에 미치는 효과를 분석하기 위하여 척추체 상종판에 수직 압축하중을 가하여 이때의 최대 수진 변위량을 분석하였다. 또한 단분절 척추체의 강성도(stiffness) 값을 산출한 뒤, 정상 상태의 척추체의 강성도 값으로 정규화 하였다. 다분절 유한요소 모델의 경우, 압박 골절 상태를 적용하여 척추 만곡의 변화가 인체에 미치는 영향을 분석하기 위하여 골절의 정도를 3 가지로 구현하였으며, 모델의 최상부에 압축 하중을 가한 후의 척추 만곡의 변화 정도를 분석하였다. 추체 성형술에 대한 다양한 인자들에 대한 분석 결과, 추체 성형술을 통해 환자의 골밀도가 상대적으로 높은 경우(BMD 50mg/$m\ell$이상)와 환자의 척추체 망상골 부피의 약 15%에 해당하는 골 시멘트 주입 시 가장 큰 척추체의 구조적 안정성의 증가 효과를 가져올 것으로 예측되었다. 또한 척추 골절이 미치는 영향에 대한 분석 결과, -2.8$^{\circ}$의 정상적인 후만곡을 가지는 T12∼L2 운동 분절이 골절의 모델링 후 약 9∼17$^{\circ}$의 큰 전만곡을 가지게 되었으며 이러한 척추 만곡의 변화는 동일한 하중 하에서 급격한 척추 만곡의 변화를 야기하는 것으로 나타났다. 또한 골절의 정도가 심할수록 척추 변형은 더욱 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과들로부터, 전반적으로 추체 성형술은 골 시멘트의 주입량 또는 골밀도에 상관없이 약화된 척추체의 자체의 구조적 안정성의 증가 효과를 가져왔으며 골절로 인해 추체의 높이가 손상되었을 경우 이를 회복하는 것이 중요한 인자의 하나임을 나타내는 결과로 사료되어진다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.73-84
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• 1993

본(本) 연구(研究)에서는 분할기법(分割技法)을 이용하여 평면(平面)트러스구조물(構造物)의 형상최적화(形狀最適化)를 시도(試圖)하였다. 본(本) 연구(研究)의 제(第)1단계(段階)(Level 1)에서는 다른 연구(研究)와 달리 응력제약(應力制約)을 감도해석(感度解析)에 효율적(效率的)이라고 알려진 설계공간법(設計空間法)에 의해서 부재응력근사화(部材應力近似化)를 하므로서 비선형최적화문제(非線形最適化問題)가 선형계획문제(線形計劃問題)로 변환(變換)되어 해(解)를 효율적(效率的)으로 구할 수 있고 또한 감도해석(感度解析)을 위한 구조해석수(構造解析數)를 줄일 수 있다. 목적함수(目的凾數)는 구조물(構造物)의 중량(重量)이 최소(最小)가 되도록 중량함수(重量凾數)를 택하였다. 제약조건식(制約條件式)으로는 허용응력(許容應力), 좌굴응력(挫屈應力), 변위제약(變位制約) 및 설계변수(設計變數) 상하한치제약(上下限値制約)을 부과(附課)하였고 다(多) 재하조건(載荷條件)을 고려(考慮)하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 제(第)2단계(段階)(Level 2)에서는 설계변수(設計變數) 및 조정변수(調整變數)를 절점좌표(節點座標)로 하고 목적함수(目的凾數)로는 중량함수(重量凾數)로 하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 절점좌표(節點座標)만을 설계변수(設計變數)로 하므로서 무제약최적화문제(無制約最適化問題)로 형성(形成)되므로 최적화(最適化) 과정(過程)이 용이(容易)하다. 본(本) 연구(研究)의 제(第)1단계(段階)에서는 부재응력(部材應力)을 근사화(近似化)하여 단면(斷面)을 최적화(最適化)하고 제(第)2단계(段階)에서는 형상(形狀)만 최적화(最適化)하는 분할기법(分割技法)을 트러스구조물(構造物)에 적용(適用)한 결과 본(本) 연구(研究)는 트러스구조물(構造物)의 형태(形態), 제약조건식(制約條件式)에 구애받지 않고 최적해(最適解)에 부재응력근사화(部材應力近似化)로 인하여 효율적(效率的)으로 수렴(收斂)하였고 또한 타(他)의 연구(研究)와 거의 동일(同一)한 연구(研究) 결과(結果)를 얻었으며 형상최적화(形狀最適化)로 트러스구조물(構造物)의 중량(重量)을 5.4% - 15.4% 까지 감소(減少)시켰다.

• 생명과학회지
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• 제18권11호
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• pp.1532-1537
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• 2008

무릎인공관절 단축범위 수술자와 다축범위 수술자를 대상으로 영상분석과 근전도 분석 그리고 운동생리학적 분석을 통하여 얻은 결과는 다음과 같다. 한 계단 오르기와 내리기 동안 소요시간은 대상자들 간에 통계적으로 큰 차이(p=0.380, p=0.171)는 없었지만 평균에서는 약간의 차이가 나타났다. 단 축범위 수술자가 다축범위 수술자보다 오르기와 내리기에서 평균속도가 빠른 것으로 나타났다. 한 계단 오르기 동안 고관절의 각속도, 무릎의 각속도, 발목의 각속도는 세 관절 모두 통계적으로는 유의한 차이(p=0.078, p=0.095, p=0.069)는 없었지만 평균의 비교에서는 단축관절 수술자가 다축관절 수술자보다 빠르게 나타났다. 한 계단 오르기 동안 관절의 최대 토크는 통계적으로 차이(p=0.052, p=0.096, p=0.134)는 나타나지 않았으나 평균의 비교에서는 단축관절 수술자가 다축관절의 수술자보다 각관절의 토큐가 모두 크게 나타났다. 굴곡과 신전으로만 움직이게 단축으로 제작된 인공관절에서는 볼 수 없는 변인으로서 연구의 의미가 있다고 사료된다. 계단 오르기와 내리기 동안 외전과 내전이 일어나는 각도를 알아본 결과 통계적으로는 큰 차이는 없었으나(p=0.103) 계단 오르기 동작 ($6.2^{\circ},\;7.8^{\circ}$)이 내리기 동작($5.8^{\circ},6.4^{\circ}$)보다 약간 크게 나타났다. 다축범위 수술자와 단축범위 수술자의 등장성 수축 시 하지의 근육변화를 알아보기 위하여 $15^{\circ}-75^{\circ}$ 사이의 무릎을 펴는 동안 VM, VL, RF, BF, ST의 근육들의 EMG값을 비교해본 결과 통계적으로 유의한 차이(P<0.05)가 나타났다. Table 5에서 보면 다축범위 수술자와 단축범위 수술자간에 대퇴사두근과 무릎오금근에서 유의한 차이(p<0.05, p<0.01)를 나타내고 있다. 무릎을 펴는 등장성 수축 동작에서 VM EMG값은 단축범위 수술자가 다축범위 수술자보다 $31^{\circ}-45^{\circ}$ 그리고 $61^{\circ}-75^{\circ}$에서 더욱 크게 나타났다. BF EMG값은 모든 구간에서 단축범위 수술자가 다축범위 수술자보다 크게 나타났다. 서로 다른 4그룹에서 운동 강도별 피험자의 체지방율의 변화는 젊은 일반군(C), 노인군(E), 단축범위 수술자(S), 다축범위 수술자(M) 에서 운동시기별 측정값의 통계적 유의한 차이는 나타나지 않았으나, C 그룹에서 시기별 체지방률이 감소하였고, 고강도 운동인 HI 시기에 가장 낮은 값을 나타내었다. 반면에 E, S 및 M 그룹에서는 시기별 감소하는 경향은 있었으나, 증가된 곳도 있고 HI 시기에서는 모든 그룹에서 감소하였다. 하지만 모든 시기에서 통계적인 차이를 나타내지 않았다. 서로 다른 4그룹에서 운동강도별 피험자의 안정시대사량의 변화는 그룹별 용이한 비교를 위하여 체표면적으로 나눈 값으로 표기하였다. C 그룹에서 시기별 안정 시 대사량 값이 증가하여 저강도 운동 후 가장높은 값을 보였고 통계적으로도 유의하게 증가함을 알 수 있었다(p<0.05). 서로 다른 4그룹에서 운동 강도별 피험자의 평균에너지 지출량의 변화는 운동 중과 운동 후 30분간의 에너지 지출량의 평균값을 나타낸 것으로 시기별 C 그룹에 대하여 다른 그룹을 비교 하였다. 우선 고강도 운동 시 C 그룹에 비해 E, S, M 그룹에서 낮은 에너지 소비량 값을 보였고, 모든 그룹에서 통계적으로 낮은 값을 보였다(p<0.05). 그리고 이러한 결과는 저 강도 운동에서도 같은 경향을 보이며 나타났는데, 저강도 운동 시 평균 에너지 지출량은 C그룹에 비하여 E, S, M 그룹에서 낮은 에너지 소비량 값을 보였다. 무릎인공관절 단축범위 수술자와 다축범위 수술자를 대상으로 운동역학적인 변인과 운동생리학적 변인을 동시에 병행하여 연구를 시도한 결과 우선 실험상의 어려움들이 많이 나타났다. 현재는 인공관절 수술이 두 종류의 형태뿐만 아니라 재료가 다른 여러 종류의 인공관절도 제작되고 있다. 계속적으로 추가적인 연구가 실시되어야 할 것으로 사료된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.245-253
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• 2021

우리나라 노후화 교량 중 많은 부분을 차지하는 RC 슬래브 교량은 대부분이 교량 안전 관리 및 유지관리의 대상인 1, 2종 교량에 포함되지 않는다. 또한 고속도로 교량에서 가장 높은 손상율을 차지하는 부속시설은 신축이음과 교량 받침부이다. 특히, 신축이음부를 통한 누수는 콘크리트 교량의 열화를 유발하고 균열 및 철근부 노출 등의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 RC 슬래브교의 신축이음부 유간 밀착 손상이 바닥판 응답에 미치는 영향을 분석하였다. 양단 신축이음의 유간이 밀착된 경우 바닥판의 교축방향 변위가 발생되지 못해, 양쪽 단부 콘크리트에서 균열이 발생하였다. 또한, 응답 결과를 바탕으로 손상시나리오 별 신축이음부의 교축방향 변위와 바닥판 양단 콘크리트 응력과의 상관관계를 분석하고, 손상발생이 교량 거동에 미치는 영향을 파악하였다. 신축이음 장치 양면손상이 발생한 경우 변위와 응력과의 상관관계는 차량이 모든 차선을 지날 때 0.18로 낮은 상관성을 보였다. 무손상 상태와 비교했을 때도 바닥판 처짐은 차량이 지나는 동안 0.34~0.53, 차량이 지나간 후 0.17~0.43으로 낮은 상관성을 보였다. 이는 단부 콘크리트의 균열 발생으로 바닥판 전체 거동에 변화가 생긴 것을 의미한다. 따라서 바닥판 응답 데이터 기반 상관관계 분석과 이를 활용한 데이터 기반의 손상탐지가 가능하며, 이를 통해 바닥판 손상 및 열화의 원인이 되는 신축이음부의 조기 보수 및 보강, 사전관리에 기여하여 많은 도움이 될 것으로 기대된다.