• Steel and Composite Structures
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• 제10권2호
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• pp.129-149
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• 2010

The objective of this study is to formulate a general 3D material-structural analysis framework for the thermomechanical behavior of steel-concrete structures in a fire environment. The proposed analysis framework consists of three sequential modeling parts: fire dynamics simulation, heat transfer analysis, and a thermomechanical stress analysis of the structure. The first modeling part consists of applying the NIST (National Institute of Standards and Technology) Fire Dynamics Simulator (FDS) where coupled CFD (Computational Fluid Dynamics) with thermodynamics are combined to realistically model the fire progression within the steel-concrete structure. The goal is to generate the spatial-temporal (ST) solution variables (temperature, heat flux) on the surfaces of the structure. The FDS-ST solutions are generated in a discrete form. Continuous FDS-ST approximations are then developed to represent the temperature or heat-flux at any given time or point within the structure. An extensive numerical study is carried out to examine the best ST approximation functions that strike a balance between accuracy and simplicity. The second modeling part consists of a finite-element (FE) transient heat analysis of the structure using the continuous FDS-ST surface variables as prescribed thermal boundary conditions. The third modeling part is a thermomechanical FE structural analysis using both nonlinear material and geometry. The temperature history from the second modeling part is used at all nodal points. The ABAQUS (2003) FE code is used with external user subroutines for the second and third simulation parts in order to describe the specific heat temperature nonlinear dependency that drastically affects the transient thermal solution especially for concrete materials. User subroutines are also developed to apply the continuous FDS-ST surface nodal boundary conditions in the transient heat FE analysis. The proposed modeling framework is applied to predict the temperature and deflection of the well-documented third Cardington fire test.

• 한국CDE학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.271-280
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• 2009

An experience based training system concerning various fire situations which may result many casualties has been required to make rapid decision and improve the responsiveness. Recently, the necessity of virtual reality (VR) based training system which can replace a dangerous full-scale fire training and be easily adopted to the training or evaluation process is increasing. This study constructed tile virtual environment according to pre-defined scenarios, utilized the FDS(Fire Dynamics Simulator), three dimensional computational fire analysis program, to derive numerically simulated data on the propagation of fire. Finally, by visualizing the realistic fire and smoke behavior through virtual reality technique and implementing real-time interaction, we developed a VR-based fire training simulator. Also, in order to ensure the sense for tile real of a virtual world and reaI-time performance at the same time, we proposed appropriate data processing and space search algorithms, demonstrate d the value of proposed method through experiments.

• 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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• 한국마린엔지니어링학회 2006년도 전기학술대회논문집
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• pp.293-294
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• 2006

This paper aims to simulate by FDS(Fire Dynamics Simulator) the distributions of temperature and smoke on fires in accommodations on boards. The paper focuses on analysis of temperature at fire occurrence and soot density. The purpose of this study is to predict the possibility of safe escape and efficient fire extinguishing method using fire simulation results.

• 한국안전학회지
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• 제32권5호
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• pp.32-40
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• 2017

The current status of Performance-Based Design (PBD) implemented in 4 wide areas (Seoul, Gyeonggi, Incheon and Busan) over the past 5 years was reviewed with regard to the number of PBD implementation and target buildings. Then, detailed status related to fire scenarios, input information for fire simulation, and grid size were analyzed with the pre-review for the PBD. As a result, the domestic PBD was mainly applied to the mixed occupancy. In the fire simulations performed on the identical fire scenario and fire space, the maximum heat release rate (HRR) varied significantly depending on the PBD designer. Various combustibles were also considered for the identical fire source, and their combustion properties also showed considerable uncertainty. In addition, the applicability of accurate input information for predictive models of heat and smoke detectors was examined. Finally, the average grid size for the fire simulation using Fire Dynamics Simulator (FDS) was analyzed, and the improvement of PBD to minimize designer dependency was proposed.

• 한국가스학회지
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• 제15권3호
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• pp.31-38
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• 2011

본 연구에서는 미국 NIST의 Fire Dynamics Simulator (FDS) ver. 5.4.8을 이용하여 지하철 터널 안의 지하철에서 화재가 발생한 경우에 터널에 설치된 환기팬의 제연효과를 검증하였다. 시뮬레이션을 위해 서울 지하철의 실측 자료를 활용하여 지하터널과 지하철을 모델링 하였다. 이를 바탕으로 환기용량을 2.0~3.0 m/s 범위에서 변화시키면서 CO와 $CO_2$의 제거 효율을 예측한 결과, 0.5 m/s의 용량 증가에 의해 평균 35 % 이상의 제거효과가 있음을 확인하였다. 또한 FDS의 결과값이 전체 그리드 개수와 크기에 영향을 받는 점을 고려하여 정확한 결과값을 얻기 위해 FDS의 그리드 민감성을 검토하였다. 그리고 그리드 크기를 변화시켜 CO와 $CO_2$ 농도 산출값과 계산에 걸리는 시간을 비교한 결과를 바탕으로 최적의 그리드를 선정하여 시뮬레이션에 적용하였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제31권4호
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• pp.35-42
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• 2017

구획실 내부의 고온 메탄연료에서 발생하는 백드래프트 현상에 대해 FDS v6를 이용한 LES를 수행하였다. EDC 연소모델을 적용하였고 여기 필요한 화학반응기구에 대해서는 5가지를 검토하여 백드래프트에 대한 예측성능을 검토하였다. 구획실 내, 외부의 온도, 연료, 속도 및 압력분포에 대한 수치계산 결과고찰과 실험에서 얻어진 압력변화와의 비교를 수행하였다. FDS v6에서 기본적으로 제공하는 EDC 연소모델을 적용하면 LES 기법을 이용하여 백드래프트에 대한 수치계산이 가능함을 확인하였다. 그러나, 결합되는 화학반응기구에 따라서 백드래프트에 대한 예측성능이 큰 차이를 보였다. FDS에서 EDC 연소모델을 적용하여 백드래프트에 대한 LES를 수행할 경우에는 연료특성에 맞는 화학반응기구의 적합성을 우선 검토하는 것이 필요함을 확인하였다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.206-212
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• 2009

Chemical behaviors of each surface material for interior facilities affect to fire initiation and growth in general fire situation. These chemical behaviors were characterized by thermal properties (Heat release rate, Pyrolysis rate, specific heat, etc) which could be derived from experimental test. Especially, Heat release rate which indicates aspect of fire size is one of the most important property to asses fire hazard and protection needs. The cone calorimeter test (ISO 5660) has recently assumed to a dominant role in bench scale fire testing to obtain the Heat release rate of materials. This value could be calculated by the 'Oxygen Consumption Method' under various producing irradiances to each surface of materials. In this study, Process of the cone calorimeter test was simulated by Pyrolysis model of FDS (Fire Dynamics Simulator by NIST) base on the ISO 5660 international standard. Then, we could estimate the simulation method of FDS in case of single materials through the comparative study with test results.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제26권1호
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• pp.31-37
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• 2012

본 연구는 주거용 건축물의 열역학적 수치해석모델을 검토하는데 목적이 있다. 화재하중과 화재강도는 성능설계의 사용이 증가함에 따라 건축물 화재안전 설계에 중요한 요소으로 대두되고 있으며, 컴퓨터 성능의 발전으로 수치해석을 통한 예측이 가능해 지고 있다. 주거 가연물의 연소특성을 예측하기 위해 각가연물의 수치해석용 모델을 설계하였다. 해석된 결과를 검증하기 위해 수치해석의 결과를 실물 화재실험의 결과와 비교하였다. 수치해석을 위해 FDS5를 사용하였으며, 난류해석을 위해 LES모델이 적용하였다. 검증결과 화염전파 현상 및 온도곡선은 실험결과와 정성적으로 잘 일치함을 확인하였다.

• 한국지리정보학회지
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• 제21권2호
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• pp.56-67
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• 2018

일반적으로 화재 및 대피에 대한 안전성을 진단하기 위해 화재 시뮬레이터와 대피 시뮬레이터를 독립적으로 활용하고 있다. 이 방식은 화재 확산을 고려한 보행자의 움직임이 반영되어 있지 않기 때문에 높은 정확도의 안전성 진단을 기대하기 어렵다. 이에 본 연구에서는 화재 확산을 고려한 보행자의 움직임을 묘사할 수 있는 화재 대피 시뮬레이션 기법을 제안한다. 본 연구에서 제안하는 시뮬레이션 기법은 FDS(Fire Dynamics Simulator)의 화재 확산 데이터를 보행모델 FFM(Floor Field Model)에 반영하여, 보행자가 화재를 인지하고 이를 바탕으로 우회하여 안전한 경로로 대피하는 상황을 묘사한다. 연구 범위는 FDS와 FFM 간의 데이터 연동 및 화재 확산을 고려한 FFM 개발로 구성되며, 제안한 방법론의 실험은 대피 시뮬레이터 EgresSIM을 이용하여 진행하였다. 시뮬레이션 결과에서는 화재의 유무에 따른 출구별 대피인원 변화가 나타났으며, 이에 따른 출구별 대피시간 증감과 병목현상의 심화를 확인할 수 있었다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제31권3호
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• pp.41-48
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• 2017

고체 연료의 열물성 변화가 가연물의 열분해 특성에 미치는 영향을 고찰해 보기 위해서 KS F ISO 5660-1에 제시된 콘 칼로리미터 실험을 수행하였고, Fire Dynamics Simulator (FDS) 1차원 열분해 모델의 수치해석을 수행하였다. 고체 연료로는 열분해과정 중 Char를 발생시키지 않는 Poly Methyl Methacrylate (PMMA)를 사용하였으며, 문헌에 보고된 PMMA의 열물성치와 열분해 물성치를 FDS의 입력 변수로 설정하여 콘 칼로리미터 실험의 수치해석을 수행하였다. 콘 칼로리미터 실험을 통해 측정된 고체가연물의 질량 감소 결과와 일치하는 열분해 모델의 계산 결과를 바탕으로 열물성치와 열분해 물성치의 변화가 고체 가연물의 질량 감소에 어떠한 영향을 주는지를 고찰해 보았으며, 열전도계수와 비열을 상온의 상수 값으로 입력한 경우 가연물의 질량 감소의 예측에 있어 상당한 오차를 유발할 수 있다.