• Korea-Australia Rheology Journal
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• 제21권1호
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• pp.59-69
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• 2009

The prediction of pressure drop for a droplet flow in a confined micro channel is presented using FE-FTM (Finite Element - Front Tracking Method). A single droplet is passing through 5:1:5 contraction - straight narrow channel - expansion flow domain. The pressure drop is investigated especially when the droplet flows in the straight narrow channel. We explore the effects of droplet size, capillary number (Ca), viscosity ratio ($\chi$) between droplet and medium, and fluid elasticity represented by the Oldroyd-B constitutive model on the excess pressure drop (${\Delta}p^+$) against single phase flow. The tightly fitted droplets in the narrow channel are mainly considered in the range of $0.001{\leq}Ca{\leq}1$ and $0.01{\leq}{\chi}{\leq}100$. In Newtonian droplet/Newtonian medium, two characteristic features are observed. First, an approximate relation ${\Delta}p^+{\sim}{\chi}$ observed for ${\chi}{\geq}1$. The excess pressure drop necessary for droplet flow is roughly proportional to $\chi$. Second, ${\Delta}p^+$ seems inversely proportional to Ca, which is represented as ${\Delta}p^+{\sim}Ca^m$ with negative m irrespective of $\chi$. In addition, we observe that the film thickness (${\delta}_f$) between droplet interface and channel wall decreases with decreasing Ca, showing ${\delta}_f{\sim}Ca^n$ Can with positive n independent of $\chi$. Consequently, the excess pressure drop (${\Delta}p^+$) is strongly dependent on the film thickness (${\delta}_f$). The droplets larger than the channel width show enhancement of ${\Delta}p^+$, whereas the smaller droplets show no significant change in ${\Delta}p^+$. Also, the droplet deformation in the narrow channel is affected by the flow history of the contraction flow at the entrance region, but rather surprisingly ${\Delta}p^+$ is not affected by this flow history. Instead, ${\Delta}p^+$ is more dependent on ${\delta}_f$ irrespective of the droplet shape. As for the effect of fluid elasticity, an increase in ${\delta}_f$ induced by the normal stress difference in viscoelastic medium results in a drastic reduction of ${\Delta}p^+$.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.51-51
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• 2010

Recently just as in the automobile industry, shipbuilders also try to reduce material consumption and weight in order to keep operating costs as low as possible and improve the speed of production. Naturally industry is ever searching for welding techniques offering higher power, higher productivity and a better quality. Therefore it is important to have a details research based on the various welding process applied to steel and other materials, and to have the ability both to counsel interested companies and to evaluate the feasibility of implementation of this process. Submerged-arc welding (SAW) process is usually used about 20% of shipbuilding. Similar to gas metal arc welding(GMAW), SAW involves formation of an arc between a continuously-fed bare wire electrode and the work-piece. The process uses a flux to generate protective gases and slag, and to add alloying elements to the weld pool and a shielding gas is not required. Prior to welding, a thin layer of flux powder is placed on the work-piece surface. The arc moves along the joint line and as it does so, excess flux is recycled via a hopper. Remaining fused slag layers can be easily removed after welding. As the arc is completely covered by the flux layer, heat loss is extremely low. This produces a thermal efficiency as high as 60% (compared with 25% for manual metal arc). SAW process offers many advantages compared to conventional CO2 welding process. The main advantages of SAW are higher welding speed, facility of workers, less deformation and better than bead shape & strength of welded joint because there is no visible arc light, welding is spatter-free, fully-mechanized or automatic process, high travel speed, and depth of penetration and chemical composition of the deposited weld metal. However it is difficult to application of thin plate according to high heat input. So this paper has been focused on application of the field according to SAW process for thin plate in ship-structures. For this purpose, It has been decided to optimized welding condition by experiments, relationship between welding parameters and bead shapes, mechanical test such as tensile and bending. Also finite element(FE) based numerical comparison of thermal history and welding residual stress in A-grade 3.2 thickness steel of SAW been made in this study. From the result of this study, It makes substantial saving of time and manufacturing cost and raises the quality of product.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권3호
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• pp.323-332
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• 2015

특수중심가새골조(Special Concentrically Braced Frames)는 우수한 경제성, 비탄성 변형 능력, 연성 등의 이점 때문에 횡하중 저항 시스템으로써 다양한 구조물에 적용하고 있다. 이러한 이점으로 국내 외 연구진의 특수중심가새골조에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 설계법과 기준이 비약적으로 발전한 반면에, 과거에 설계된 중심가새골조의 내진 성능에 대한 연구는 미약하다. 특히, 1988년 이전에 설계된 중심가새골조는 현재 기준과 비교하여 상대적으로 적은 설계요구를 반영하였기 때문에 내진 거동에 대한 평가가 시급한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 중심가새골조를 비내진중심가새골조(Non-Seismic Concentrically Braced Frames)라 칭하고, 워싱턴대학교에서 실시된 사례 조사를 토대로 비내진중심가새골조의 대표적인 접합부인 쉬어탭 공유 용접접합부를 갖는 골조의 내진 거동에 대한 유한요소모델을 제시하고 검증하였다. 이 모델을 이용하여 특수중심가새골조와 대비되는 비내진중심가새골조의 연성 능력, 강도, 비탄성 변형 능력에 대해 규명하여 내진 성능을 평가하였다.

• Restorative Dentistry and Endodontics
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• 제34권1호
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• pp.1-7
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• 2009

이 연구의 목적은 3차원 유한요소 모형 분석을 이용하여 삼각 대칭형과 5형태의 단면 및 변형된 사각 형태인 장방형 단면으로 분류되는 네 종류의 니켈티타늄 파일이 만곡 근관 적용 시의 응력 분포를 비교하는 것이다. 삼각 대칭형 단면 구조의 ProFile #30 / .06과 Heroshaper #30 / .06, 장방형 단면구조의 Mtwo #30 / .05와 NRT #30/ .06 파일을 마이크로컴퓨터 단층촬영을 하고 reverse engineering을 통하여 파일의 구조를 얻고 삼차원 유한요소모형을 제작하였다. 모형 근관 내에서 파일이 근관장끝까지 진입하여 회전할 때 발생하는von Mises 응력 분포 및 파일의 제거후의 잔류 음력의 분포양상을 ABAQUS 프로그램을 이용하여 비교하였다. 근관 내 회전 시에 발생하는 응력을 관찰하였을 때 NRT 파일에서 가장 큰 응력을 나타냈으며, 각 파일에서의 최고 응력과 최저 응력을 비교하였을 때 Mtwo파일에서 가장 큰 차이가 나타났다. 응력의 내부 분포 경향을 보았을 때 장방형 구조의 단면을 가진 Mtwo 및 NRT 파일에서 불연속적인 응력의 집중 부위가 관찰되었으며, 근관 외부로 파일을 제거하여 탄성 회복이 일어난 후의 잔류 응력도 NRT 파일에서 가장 높게 나타났다. 이상의 결과로 유추할 때, 삼각대칭 단면 구조를 가진 파일보다 S-형태의 단면과 변형된 사각 형태의 단면 등의 장방형 단면 구조의 파일이 파절의 위험성이 더 클 것으로 사료된다.

• Restorative Dentistry and Endodontics
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• 제34권1호
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• pp.69-79
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• 2009

본 연구의 목적은 근관치료 된 치아를 구조와 물성이 다른 post와 core 그리고 전장관으로 수복한 후 과도한 교합하중을 가했을 때 치아에 나타나는 응력분포를 조사하기 위함이다. 발치 된 상악 제2소구치를 micro-CT로 단층촬영하고 3D Doctor로 윤곽선을 추출한 다음 HyperMesh Ver. 6으로 삼차원 치아모형을 만들고 다음과 같은 세 가지 방법으로 수복한 유한요소모형을 제작하였다. 1) 스테인레스 스틸 포스트와 복합레진 코어 그리고 도재소부전장금관으로 수복한 모형. 2) fiber 포스트와 복합레진 코어 그리고 전부도재관으로 수복한 모형 3) 포스트, 코어와 전장관이 일체형인 간접복합레진 EndoCrown으로 수복한 모형 형성된 모형의 협측 또는 설측교두에 500N의 하중을 가하였으며 하중의 방향은 치아 장축에 대해 45도 이었다. 치관부와 치근부의 von Mises 응력을 ANSYS 9.0프로그램으로 분석한 결과 포스트와 코어의 형태보다는 전장관 재료의 탄성 계수가 근관치료된 상악 소구치의 응력분포를 좌우하였다. 치관부에서는 재료의 탄성계수가 높은 전 장관으로 수복한 모형이 낮은 응력분포를 보였다. 치근부에서는 재료의 탄성계수가 낮은 전 장관으로 수복한 모형 이 낮은 응력분포를 보였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권1호
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• pp.71-76
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• 2004

척추 측만증 교정 시 유합 범위에 따른 수술 후 의 효과를 분석하기 위하여 King-Moe type II 형태의 척추 측만증 환자를 대상으로 이에 대한 수학적 유한 요소 모델을 개발하였다. 유한 요소 모델을 이용하여 척추경 나사못을 이용한 고정 및 강봉 감염술 형태의 수술모사를 수행하였으며, 유합 범위를 각기 달리하여 수술 시뮬레이션 후의 척추계의 변화 즉 Cobb 각도, 첨추체 축회전, 흉추 후만각 그리고 늑골고의 변화를 정량적으로 계산하였다. 해석 결과 강봉 감염술의 경우에서 보다 강봉을 척추경 나사못에 연결시키는 과정에서 훨씬 더 많은 Cobb각도의 변화를 얻을 수 있었다. 강봉 감염술 과정에서는 약간의 Cobb각도 감소를 유발시킬 수 있었으나 오히려 척추체 축회전과 늑골 돌출고의 증가를 나타내었다 아울러 강봉과 척추경 나사못의 체결 과정이 척추 후만각 유지에도 큰 역할을 하고 있음을 알 수 있었다. 유합 범위를 변곡 발생 추체의 위치 보다 한 단계씩 길게(T4-12) 하여 60o의 강봉 감염술을 시행하였을 경우 Cobb 각도를 두 배 감소시킬 수 있었으나 급격한 늑골고와 첨추체 축회전량의 증가가 유발되었다. 해석 결과 유합 범위는 만곡 흠추체에서 변곡이 발생되는 위치 보다 한 레벨씩 작게 선정하는 것이 최적의 유합 범위임을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.403-421
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• 2023

도심지 내 지하구조물 개발의 필요성이 증가함에 따라, TBM 터널 시공 중 터널 굴진면 전방예측에 대한 연구가 꾸준하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 TBM 터널 굴착 중 복합지반을 조우하는 상황을 모사한 유한요소(finite element) 수치해석 모델을 개발하였다. 개발된 수치해석 모델은 이론해와 실내실험으로부터 측정된 전기 비저항 결과값과의 비교를 통해 그 성능을 검증하였다. 이후 실제 터널의 형상과 지반조건, 측정전극의 배열 조건 등 전기 비저항 탐사에 대한 영향 변수를 설정하고 이에 따른 매개변수 해석을 수행하였다. 그 결과, 복합지반 내 경계면의 경사가 가파를수록, 복합지반을 구성하는 두 지반 사이의 전기 비저항 차이가 클수록, TBM 굴착 중 전기 비저항 측정값이 더 급격하게 변화함을 확인하였다. 또한, 보다 효율적이고 정확한 복합지반 예측을 위해 적절한 전극 간격 및 전극 배열 위치 선정의 중요성을 제고하였다. 결론적으로, 본 연구에서 개발된 수치해석 모델을 통한 터널 막장면 전방 복합지반 예측은 TBM 터널 시공 과제의 구조적 안정성과 경제적 효율성 증대에 이바지할 것으로 사료된다.

• 한국도로학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.47-55
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• 2008

본 논문에서는 3차원 유한요소법과 층탄성프로그램인 BISAR를 통해 얇은 아스팔트 콘크리트 표층의 피로균열 수명에 영향을 줄 수 있는 아스팔트 표층에서의 예측 인장변형률 결과를 광폭타이어와 바이어스 프라이 타이어를 이용하여 비교하였다. 본 논문에서는 11R22.5와 $10{\times}20$ bias ply 타이어의 접지압력 분포도를 분석하였으며, 서로 다른 해석방법을 이용하여 아스팔트 표층 하단부와 상단부에서의 예측인장변형률을 비교하였다. 분석결과, 두 타이어의 접지압 분포는 유사했지만 11R22.5광폭타이어가 $10{\times}20$ bias ply타이어와 비교해 상당히 큰 연직방향 접지압력을 보였다. 타이어 중앙에서 아스팔트 콘크리트 표층 하단부에서의 예측 인장변형률은 타이어 접지면적을 측정하여 충탄성프로그램인 BISAR에 적용한 BM해석법이 컸으며, 타이어 가장자리로부터 3.5cm 떨어진 곳에서의 상층부 예측 인장변형률은 3차원 접지압을 이용한 3차원유한요소법에 의한 해석이 가장 큰 값을 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권12호
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• pp.2703-2714
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• 2002

본 연구에서는 유한요소해석을 통해 점용접된 정사각 모자형 박판튜브의 적정 용접간격을 제시해보았다. 적정 용접간격은 에너지흡수 측면에 기준을 두었다. 이를 위해 먼저, 실제 압괴특성을 반영하는 유한요소 모델이 확립하였다. 실제 압괴 특성을 반영하는 유한요소 모델은 본 연구에서 수행된 실험결과에 기초하여 설정하였다. 이 과정에서 다음과 같은 결과들을 도출하였다. (1) 모자형 박판튜브의 압괴해석시 원활한 접힘을 유도하고 과도변형과 접촉에 의한 수치오류 및 비정상 압괴거동을 방지하기 위해 적정 요소크기와 해석시간에 대한 예비연구가 필요하다. (2) 다양한 용접간격의 유한요소모델들에 대한 압괴해석을 거쳐 주어진 폭에 대해 최대 에너지 흡수 용접간격 [식 (1)]을 제시하였다. 또한 최적용접 간격의 모자형 박판튜브는 후폭비 (t/w)가 커질수록 에너지흡수능력 이 증가한다. (3) 다양한 두께와 폭을 갖는 사각튜브에 대한 유한요소해석을 통해, 사각튜브 흡수에너지 예측에 있어 평균압괴하중 방법의 유효성을 검증하였다. 이를 토대로 후폭비항으로 표현되는 수정된 평균 압괴하중으로 최적용접간격을 갖는 모자형 박판튜브의 흡수에너지식 (5)를 제시하였다. 식 (5)의 적용시, 주어진 폭에 대해 (최적)용접간격을 유지함과 동시에 식 (6)의 한계후폭비를 만족해야 한다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.45-54
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• 2016

본 연구에서는 증가하는 도심지 정체와 신설터널 건설에 따른 여러 제약의 문제를 해소하는 방안으로 향후 국내에서 수요가 증가할 것으로 전망되는 대심도 지하도로를 복층터널로 건설시 본선 복층터널에서 단층터널로 분기가 되는 구간의 터널 거동과 본선과 분기터널간의 필라 안정성을 수치해석을 통하여 검토하였다. 이를 위해 본선터널과 분기터널의 이격거리를 본선터널의 직경(D)을 기준으로 0.1D부터 2.0D까지 변화하는 조건과 지반조건을 암반등급에 따라 1~5등급으로 변화하는 조건들에 대하여 유한요소해석을 수행하였으며, 터널의 전체적인 거동과 함께 그 결과를 기반으로 기존의 경험식 등을 이용한 안전율, 강도-응력비, 그리고 간섭체적비를 산정하여 굴착에 따른 안정성 영향을 검토하였다. 검토 결과 수치해석결과를 이용해 산정된 강도-응력비와 간섭체적비는 경험식을 이용한 방법에 비해 암반강도보다는 이격거리가 안정성에 더욱 크게 영향을 미침을 나타내었고, 그에 따라 본선과 분기터널의 이격거리가 0.7D 이하인 경우는 본선과 분기터널을 모자 형태의 하나의 대단면으로 시공하는 것이 안정성 측면에서 유리한 것으로 판단되었다.