• 한국가시화정보학회지
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• 제14권1호
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• pp.57-61
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• 2016

We report a finding of fast(exceeding 2,000 K/s) heating of polydimethylsiloxane(PDMS), one of the most commonly-used microchannel materials, under cyclic loadings at high(~MHz) frequencies. A microheater was created based on the finding. The heating mechanism utilized vibration damping of sound waves, which were generated and precisely manipulated using a conventional surface acoustic wave(SAW) microfluidic system, in PDMS. The penetration depths were measured to range from $210{\mu}m$ to $1290{\mu}m$, enough to cover most microchannel heights in microfluidic systems. The energy conversion efficiency was SAW frequency-dependent and measured to be the highest at around 30 MHz. Independent actuation of each interdigital transducer(IDT) enabled independent manipulation of SAWs, permitting spatiotemporal control of temperature on the microchip. All the advantages of this microheater facilitated a two-step continuous flow polymerase chain reaction(CFPCR) to achieve the billion-fold amplification of a 134 bp DNA amplicon in less than 3 min. In addition, a technique was developed for establishing dynamic free-form temperature gradients(TGs) in PDMS as well as in gases in contact with the PDMS.

• Earthquakes and Structures
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• 제14권4호
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• pp.323-336
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• 2018

Machine foundations with impact loads are common powerful sources of industrial vibrations. These foundations are generally transferring vertical dynamic loads to the soil and generate ground vibrations which may harmfully affect the surrounding structures or buildings. Dynamic effects range from severe trouble of working conditions for some sensitive instruments or devices to visible structural damage. This work includes an experimental study on the behavior of dry dense sand under the action of a single impulsive load. The objective of this research is to predict the dry sand response under impact loads. Emphasis will be made on attenuation of waves induced by impact loads through the soil. The research also includes studying the effect of footing embedment, and footing area on the soil behavior and its dynamic response. Different falling masses from different heights were conducted using the falling weight deflectometer (FWD) to provide the single pulse energy. The responses of different soils were evaluated at different locations (vertically below the impact plate and horizontally away from it). These responses include; displacements, velocities, and accelerations that are developed due to the impact acting at top and different depths within the soil using the falling weight deflectometer (FWD) and accelerometers (ARH-500A Waterproof, and Low capacity Acceleration Transducer) that are embedded in the soil in addition to soil pressure gauges. It was concluded that increasing the footing embedment depth results in increase in the amplitude of the force-time history by about 10-30% due to increase in the degree of confinement. This is accompanied by a decrease in the displacement response of the soil by about 40-50% due to increase in the overburden pressure when the embedment depth increased which leads to increasing the stiffness of sandy soil. There is also increase in the natural frequency of the soil-foundation system by about 20-45%. For surface foundation, the foundation is free to oscillate in vertical, horizontal and rocking modes. But, when embedding a footing, the surrounding soil restricts oscillation due to confinement which leads to increasing the natural frequency. Moreover, the soil density increases with depth because of compaction, which makes the soil behave as a solid medium. Increasing the footing embedment depth results in an increase in the damping ratio by about 50-150% due to the increase of soil density as D/B increases, hence the soil tends to behave as a solid medium which activates both viscous and strain damping.

• 대한조선학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.67-81
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• 2000

본 연구에서는 2차원 비선형 방사문제에 대한 정확하고 효과적인 수치기법을 개발하였다. 물체운동에 의해서 생성되는 비선형파계는 이상유체라는 가정에 의하여 기술되고, 라프라스 방정식은 고차경계요소법과 GMRES(Generalized Minimal RESidual) 알고리즘을 이용하여 신속하고 효율적인 풀이가 가능하도록 하였다. 자유표면과 물체면의 교차점에서 발생하는 교차선문제는 불연속 요소를 이용하여 원활하게 해결하였다. 자유표면의 비선형운동을 기술하기 위해서 음해적 사다리꼴 법칙(implicit trapezoidal rule)을 사용하여 시적분하였다. 물체에 의해서 발생한 비선형파가 수직 하류면에서 반사하는 것을 줄이기 위하여 하류면에 수치감쇠항을 도입하였다. 수치계산 결과로부터 본 시적분법 및 수치방사조건이 비선형 방사문제에 매우 적합함을 확인하였다. 시적분 과정에서 자유표면의 격자점들을 재배치함으로써 수치해법의 효율성을 배가하였으며, 교차점근처의 유동 또한 정확하게 기술하였다. 가속도 포텐셜(acceleration potential) 기법을 이용하여 정확하고 안정하게 비선형 방사력을 구하였다. 본 수치계산결과는 다른 수치계산 및 실험결과와 비교하여 볼 때, 좋은 일치를 보인다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권10호
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• pp.871-883
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• 2005

본 논문은 식생된 개수로 흐름에서 난류의 비등방성이 평균유속 및 난류구조에 미치는 영향을 파악하기 위한 수치모의 연구이다. 비등방성 난류모형인 레이놀즈응력모형을 이용하여 식생이 없는 일반 개수로 흐름과 침수 및 정수식생된 개수로 흐름에서의 평균유속 및 난류구조를 수치모의하였다. 수치모의 결과를 기존의 실험결과 및 k-$\epsilon$ 모형과 응력대수식모형에 의한 계산 결과와 비교하였다. 식생이 없는 일반 개수로 흐름과 정수식생된 개수로 흐름에서의 평균유속과 레이놀즈응력을 계산한 결과 등방성 및 비등방성 난류모형에 의한 해석 결과의 차이가 거의 나타나지 않았다. 즉, 난류의 비등방성의 영향이 매우 작은 것으로 나타났다. 그러나 자유수면 및 바닥 근처에서 발생되는 난류의 감쇠효과에 의한 난류의 비등방성은 레이놀즈응력이 가장 잘 예측하는 것으로 나타났다. 침수식생된 개수로 흐름의 경우 식생높이 부근에서 난류의 비등방성이 강하게 발생하는 것으로 나타났다. 계산된 평균유속 및 난류구조는 레이놀즈응력모형이 다른 모형 보다 가장 정확한 예측을 수행하였으며, 등방성 모형인 k-$\epsilon$ 모형은 식생높이 보다 높은 영역에서 평균유속 및 난류강도를 각각 과대 및 과소 예측하는 것으로 나타났다. 또한 계산된 결과를 이용하여 식생된 개수로 흐름에서의 부유사량을 산정한 결과 등방성 난류모형이 부유사량을 과소 산정하는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3B호
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• pp.323-334
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• 2008

본 연구는 유체장에 대한 Navier-Stokes방정식과 자유수면을 효과적으로 추적할 수 있는 VOF법을 지배방정식으로 사용하는 수치파동수로를 적용하여 고립파(지진해일)에 대한 이열투과성수중방파제의 파랑제어기능을 수치적으로 검토한다. 고립파의 조파는 수치파동수로의 계산영역내에 설치된 수치조파기(내부조파소스)를 이용하였으며, 구조물에 의한 고립파의 파랑변형을 논한 기존의 연구결과와 본 해석결과를 비교함으로써 본 연구의 타당성을 확인하였다. 이로부터 일렬 및 이열의 투과성수중방파제에 의한 고립파의 파랑변형, 전달율, 반사율 및 에너지플럭스를 포함한 파동장의 변화를 수치시뮬레이션하였다. 비록 한정된 범위의 연구결과이지만, $h_0/h=0.925$($h_0$는 수중방파제의 천단고, h는 수심)를 갖는 이열수중방파제의 경우에 수중방파제 배치간격 $l/L_{eff}>0.4$(여기서, $L_{eff}$는 고립파의 유효거리)의 범위에서 입사파랑의 파고는 이열수중방파제에 의해 약 60%까지 감쇠되는 것을 알 수 있었으며, 일렬수중방파제에 비해 반사율이 약 47%정도로 증가하고, 전달율은 약 18%로 감소하였다. 따라서, 본 연구에서 고립파의 제어를 위해 처음으로 도입되는 투과성이열수중방파제는 일렬의 경우와 대비하여 경제적으로, 그리고 보다 효과적으로 고립파를 제어하는 것을 알 수 있었다.