• Steel and Composite Structures
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• 제50권6호
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• pp.705-720
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• 2024

Analyzing the collapse behavior of thin-walled steel structures holds significant importance in ensuring their safety and longevity. Geometric imperfections present on the surface of metal materials can diminish both the durability and mechanical integrity of steel shells. These imperfections, encompassing local geometric irregularities and deformations such as holes, cavities, notches, and cracks localized in specific regions of the shell surface, play a pivotal role in the assessment. They can induce stress concentration within the structure, thereby influencing its susceptibility to buckling. The intricate relationship between the buckling behavior of these structures and such imperfections is multifaceted, contingent upon a variety of factors. The buckling analysis of thin-walled steel shell structures, similar to other steel structures, commonly involves the determination of crucial material properties, including elastic modulus, shear modulus, tensile strength, and fracture toughness. An established method involves the emulation of distributed geometric imperfections, utilizing real test specimen data as a basis. This approach allows for the accurate representation and assessment of the diversity and distribution of imperfections encountered in real-world scenarios. Utilizing defect data obtained from actual test samples enhances the model's realism and applicability. The sizes and configurations of these defects are employed as inputs in the modeling process, aiding in the prediction of structural behavior. It's worth noting that there is a dearth of experimental studies addressing the influence of geometric defects on the buckling behavior of cylindrical steel shells. In this particular study, samples featuring geometric imperfections were subjected to experimental buckling tests. These same samples were also modeled using Finite Element Analysis (FEM), with results corroborating the experimental findings. Furthermore, the initial geometrical imperfections were measured using digital image correlation (DIC) techniques. In this way, the response of the test specimens can be estimated accurately by applying the initial imperfections to FE models. After validation of the test results with FEA, a numerical parametric study was conducted to develop more generalized design recommendations for the stainless-steel shell structures with the initial geometric imperfection. While the load-carrying capacity of samples with perfect surfaces was up to 140 kN, the load-carrying capacity of samples with 4 mm defects was around 130 kN. Likewise, while the load carrying capacity of samples with 10 mm defects was around 125 kN, the load carrying capacity of samples with 14 mm defects was measured around 120 kN.

• 화약ㆍ발파
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• 제30권2호
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• pp.29-42
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• 2012

발파 시 자유면의 이동은 대상암반의 역학적 특성 및 발파조건, 특히 암반의 불연속면 특성과 폭약의 종류, 장약량, 저항선, 공간격, 공간 또는 열간 기폭시차 및 전색상태 등 여러 가지 변수들에 의해 달라지며, 이는 발파진동의 크기, 폭음 및 파쇄도에 커다란 영향을 미친다. 현재 국내 노천발파 현장의 발파설계는 대부분 인접 보안물건에 대한 안전성을 최우선으로 하고 있으나 대규모 발파가 이루어지는 노천현장에서는 발파 시 자유면의 이동을 분석하여 진동을 제어하고 파쇄도를 향상시키기 위한 최적 조건의 발파 설계를 하는 것은 매우 중요하다. 고속 디지털 동영상 분석을 통하여 발파 후 최초 자유면 암반의 움직임, 전색의 적정성, 발파암의 이동 궤적, 발파암의 이동방향과 속도, 최적의 기폭시스템 분석이 가능하다. 외국에서는 이와 같은 방법이 발파설계 및 평가를 위한 유용한 도구로 활용되고 있으나 국내에서는 그 연구가 미미하다. 따라서 본 연구는 디지털 고속 동영상 분석에 의한 최적 발파설계 및 평가에 대한 기초적인 연구를 수행하였다. 셰일과 화강암으로 구성된 대규모 노천 발파현장 2개소에서 Emulsion과 ANFO 두 종류 폭약에 대한 암반 파쇄과정을 촬영한 디지털 고속동영상을 분석하여 자유면 암반의 변위, 이동속도 등을 분석하고 2차원 유한요소 해석 프로그램인 AUTODYN을 사용하여 폭약의 폭굉압력, 폭굉 전달시간, 발파 후 최초로 암반에 변위가 발생되는 반응시간, 발파 후 자유면 암반의 이동형상에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 및 디지털 고속 동영상을 분석한 결과, 암반의 종류에 관계없이 발파공 전면 자유면 암반의 이동형상은 주상 장약부의 중간 부근에서 변위 및 이동속도가 가장 크게 발생되어 가운데 부분이 활처럼 휘어진 형상을 나타내었다. 폭약의 폭굉압력, 폭굉 전달시간, 발파 후 최초로 자유면 암반에 변위가 발생되는 반응시간의 경우 Emulsion 폭약이 ANFO보다 폭굉압력 및 폭속이 크고 초기 변위 반응시간이 빠르게 진행되는 것으로 분석되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권4A호
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• pp.207-215
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• 2012

본 연구에서는 비대칭 연결재를 갖는 조립식 압축부재의 연결재 간격에 따른 좌굴 거동을 알아보기 위한 실 대형 실험을 실시하였다. 압축부재인 H-300 형강 10 m 부재 3개를 볼트 연결하여 총 길이 30 m가 되도록 2 m 간격으로 2열 배치한 후 연결재 간격이 4 m, 5 m, 6 m인 경우에 대하여 압축 실험을 실시하였다. 본 논문에서는 연결재 간격에 따른 실험 좌굴하중을 평가하고 이를 유한요소해석 좌굴하중 및 Timoshenko 식에 의한 좌굴하중과 비교 분석 하였으며, 연결재 간격의 증가에 따른 조립식 압축부재의 좌굴 거동으로 인한 종방향 변위, 횡방향 변위, 변형률 등을 분석하였다. 실험 결과 연결재 간격이 증가함에 따라 조립식 압축부재의 좌굴 하중은 비선형적으로 급격히 감소함을 알 수 있었다. 그리고 연결재 간격이 증가함에 따라 실험 좌굴 하중과 이론 좌굴 하중의 차이 및 실험 좌굴 하중과 유한요소해석 결과의 차이도 증가되는 것으로 나타났다.

• 한국결정성장학회지
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• 제23권6호
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• pp.265-271
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• 2013

Czochralski(CZ) 성장공정은 LED 기판용 고품질의 사파이어 단결정을 성장시키기 위한 중요한 기술 중 하나이다. 본 연구에서는 300 mm 길이의 사파이어 단결정 위한 유도 가열방식의 CZ 성장공정을 FEM으로 수치적 해석하였다. 또한 도가니의 형상 및 상부 단열재 보강 등 hot zone 구조를 변경하고, 결정의 온도 변화를 분석하였다. 본 연구의 결과, 고-액 계면의 높이는 성장 속도의 균형이 이루어져 초기에 80 mm 부터 중기 이후 40 mm 정도까지 감소하였다. 또한 CZ 성장로의 최적 입력 전력은 도가니 형상 변경 및 상부 단열재 보강에 의한 보상효과로 기존 300 mm 용 CZ 성장로 조건과 유사하다. 그리고 Hot zone 구조를 변경한 CZ 성장로를 이용해 성장시킨 결정의 온도는 기존 보다 약 10 K 정도 상승 되는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 도출된 결과를 CZ 성장공정에 적용하여 300 mm 길이를 갖는 c-축 사파이어 단결정을 성공적으로 성장시킬 수 있었고, 단결정 성장공정에 대한 시뮬레이션 분석기법의 타당성 및 유용성을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.139-144
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• 2015

현재 방음을 위해 사용되는 흡음구조는 흡음률이 높은 재료를 이용하여 만들어진 판을 방음이 필요한 벽에 붙이거나 삽입하는 형상이다. 이러한 형상은 흡음재의 재료가 고정되기 때문에, 사용하는 환경에 따라 효율성이 변화한다는 한계점이 있다. 하지만, 흡음재 없이 흡음효과가 나타나도록 외벽의 구조를 설계한다면, 흡음재의 재료에 대한 제한이 없어져 가용 범위가 상당히 넓어지게 된다. 따라서 우리는 이러한 효율적인 외벽의 구조로서 타공판의 구조를 제안한다. 타공판이 어떻게 흡음률을 가지는 지에 대해 등가물성치를 이용한 수치해석을 통하여 검증하였다. 또한 타공판의 형상과 공명기의 형상이 유사함을 밝혀내었고, 이를 토대로 타공판이 갖는 흡음구조에 대해 분석하였다. 결과적으로 타공판은 별도의 흡음재가 없더라도 효율적인 흡음효과를 낸다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 사용자가 타공판의 형상을 쉽게 변화시킴으로서, 특정한 주파수의 소음을 차단할 수 있어 상당히 효율적인 흡음구조임을 확인하였다. 본 연규의 결과들은 향후 자동차, 고속철도, 주택 외벽 등에 사용되는 흡음구조로서 사용될 수 있을 것이며, 나아가 흡음구조를 설계하는데 기본적인 도구가 될 수 있을 것이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.213-220
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• 2015

본 논문에서는 CFT 구조의 강관과 내부 충전 콘크리트 간 복합거동을 유한요소해석 시 적절하게 반영하기 위해 강관과 콘크리트 간 부착 슬립관계 묘사를 위한 알고리즘을 제시하였다. 내부 충전 콘크리트에 축방향 하중 발생 시, 강관과 콘크리트 간 마찰로 인해 강관으로 하중이 전달되며, 이에 따른 강관 슬립량과 힘의 평형관계를 통해 등가강성을 통해 부착관계를 파악할 수 있다. 실제 원형 CFT 부재의 부착응력 실험을 통해 측정된 수직 및 수평 방향 응력 분포 결과와 제안된 해석 기법을 통해 산정된 응력 분포의 비교를 통해 제안된 해석 기법의 타당성을 검증하였다. 또한 비선형 유한요소해석 시 강관과 콘크리트의 부착 거동 묘사에 따라 CFT 기둥의 거동 특성에 영향을 미치게 되므로 축방향 하중이 작용하는 CFT 부재 실험 결과와 제안된 부착-슬립 모델을 반영한 유한요소해석 결과의 하중-변위 곡선 관계 비교를 통해 제안된 기법의 적합성을 검증하였다.

• 한국음향학회지
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• 제39권6호
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• pp.568-575
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• 2020

초음파는 다양한 산업 분야에서 널리 사용이 되고 있다. 그 중에 도전적인 분야로 전자부품의 냉각이 있다. 초음파 냉각 기술은 작동 유체로, 기존의 지구온난화를 유발하는 프레온 가스 대신에 Ar(아르곤), N₂(질소) 등의 기체로 대체가 가능하다. 또한 움직이는 부품이 없어 높은 내구성을 가질 수 있다. 그러므로 이러한 환경 문제와 내구성 관점에서 초음파 냉각 장치의 개발이 필요하다. 본 논문에서는 설계와 제작 공정에 대하여 설명하고 있다. 이 시스템을 설계할 때, 냉각기 시제품을 이용하여 유효성 테스트를 수행하였다. 이 결과를 바탕으로, ANSYS 프로그램을 사용한 유한요소해석을 수행하였다. 반공진 주파수는 34.8 kHz로 예측이 되었으며, 이는 실험치인 34.6 kHz과 0.6 %의 오차로 잘 일치하였다. 또한 초음파 웨이브가이드의 반공진 주파수는 39.4 kHz로 예측이 되었고, 역시 실험치인 39.8 kHz과 1.0 %의 오차로 잘 일치함을 알 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 볼 때, 개발된 초음파 웨이브가이드는 마이크로칩의 냉각에 활용 될 수 있을 것으로 보인다.

• 한국도로학회논문집
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• 제7권1호
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• pp.49-61
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• 2005

아스팔트 혼합물의 동탄성계수는 시험온도 하중주파수의 조합에 따라 각각의 동탄성계수값을 평가한다. 실험에서 얻어진 각각의 동탄성계수를 하중시간과 온도중첩원리를 이용하여 마스터곡선(Master Curve)을 결정한다. 본 연구의 주목적은 마스터곡선을 만들기 위해 필요한 3개의 다른 전이함수(Shift Factor)에 -즉, Arrhenius, 2002 AASHTO Guide, Experimental method- 따른 마스터곡선의 변화정도를 평가하는 것이다. 평가를 위해 사용된 골재는 화강암이고, 아스팔트(AP-3 및 AP-5)를 이용하여 표층용 및 기층용 아스팔트 혼합물의 동탄성계수를 평가하였다. 배합설계는 Superpave Level 1 기준을 준용하였고, 다짐은 선회다짐기를 이용하였다. UTM시험기를 이용한 동탄성계수 시험은 5개의 온도(-10, 5, 20, 40, 55도) 및 5개의 하중주파수(0.05, 0.1, 1, 10, 25 Hz)를 이용하였고, 각각의 아스팔트 혼합물의 위상각 및 동탄성계수를 평가하였다. 측정된 값을 이용하여 Sigmoidal Function방정식을 만족하는 입력변수를 결정하기 위해 전이함수 및 활성에너지 (activation energy)를 결정하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권1호
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• pp.43-49
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• 2011

최근 친환경항만(Eco-port)을 건설하려는 노력과 쾌적한 워터프론트 개발에 관한 관심이 고조되면서, 항만의 방파제를 중심으로 수질개선을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러한 항 내의 수질개선을 위한 연구로서 최근 해수교환방파제가 주목받고 있지만, 여전히 항 내 안쪽의 영역에서는 해수교환방파제로부터 유입된 해수가 도달하지 못하여 해수의 순환이 잘 안 되는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 해수교환방파제의 단점을 보완하고자, 다기수로라는 새로운 개념의 해수교환방파제를 도입하여, 항 내 안쪽 영역까지 해수의 순환을 촉진할 수 있는 방법을 모색하였다. 이를 위해서 현재 해수교환방파제가 설치된 주문진 항에 가상의 다기수로를 설치하고, 수중유출구의 위치, 크기, 방향을 제어하여 해수유입에 따른 항 내 유동패턴을 비교 검토하고, 해수순환을 촉진시킬 수 있는 방법을 모색하였다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2005년도 제7회 특별심포지움 논문집
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• pp.93-116
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• 2005

기존 1차원 SPT 업홀 기법의 개선을 통하여 지반의 2차원적인 전단파 속도 분포를 경제적으로 도출하고자 하였다. 다수의 감지기를 사용하여 SPT 업홀 시험을 수행하고 시추공-지표면 조합의 주시 토모그래피 역산을 수행하게 되면 시추공 주변 지반에 대해 삼각형 형태의 전단파 속도 분포를 도출할 수 있다. 이러한 SPT 업홀 토모그래피 기법의 중요한 요소로는 정확한 전단파 성분의 도달시간 정보 획득 및 검증된 토모그래피 역산 프로그램의 적용이라 할 수 있다. SPT 업홀 기법에 대한 유한요소 수치해석을 통하여 수직 수평 입자 움직임의 크기합을 활용하여 도달시간 정보를 산출하는 것이 객관적이며 가장 정확한 결과를 주는 것으로 나타났다. 그리고 다양한 지반 모델에 대해 가상의 SPT 업홀 기법 수행을 통해 산출된 이론적 도달시간 정보로 토모그래피 역산 프로그램인 GeoTomCG를 사용하여 2차원 속도부포를 도출하여 봄으로써 GeoTomCG 프로그램의 신뢰성에 대해 검증하였다. 최종적으로 상향 및 하향으로 경사진 지반 모델에 대한 SPT 업홀 수치해석 모델링을 통해 지표면에서의 속도 시간 이력곡선을 획득하였고 도달시간 정보 획득 및 토모그래피 기법을 수행하여 그 결과를 수치모델 입력값과 비교해 봄으로써 SPT 업홀 기법의 2차원 적용 가능성을 확인하였다. 마지막으로 김제 지역의 풍하토 지반에서 SPT 업홀 시험을 수행하여 획득한 도달시간 정보를 이용하여 토모그래피 기법을 수행, 그 결과를 SPT-N값 등의 시추 자료와 비교하여 SPT 업홀 토모그래피 기법의 현장 적용성을 확인하였다.