• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.535-545
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• 2019

함정 무기체계에 탑재되는 회로카드조립체(Printed Board Assembly, 이하 PBA)는 해양 함상이라는 가혹한 환경 조건에서 운용되기 때문에 임무 수행의 중요성과 정비의 어려움 등을 고려하여 높은 신뢰성 확보가 요구된다. 운용 중 PBA 고장 발생 시 신속한 수리부속 보급이 어렵고 임무수행에 영향을 미친다. 개발단계에서 신뢰성 시험이 시제품 제작 이후에 수행되며, 시험 수행을 위해 시간, 장소, 시료, 비용의 확보와 고장부위 식별 등에 많은 노력과 어려움이 따른다. 그리고 MIL-HDBK-217F 규격 등을 토대로 한 신뢰도 예측은 부품단위 고장률에 근거하고 있어 설계(PCB층/재질, 전자부품 배치/상호관계), 사용 환경과 방법, 접합부 구조와 특성(패드 크기/솔더 재질) 등 부품 외적인 고장요인을 고려하고 있지 않다. 이에 따라 본 연구에서는 고장물리(Physics of Failure, 이하 PoF) 기반 도구를 활용, 신뢰성 물리학 분석(Reliability Physics Analysis, 이하 RPA)을 수행하여 시제품 제작 전 열-기계적 측면의 신뢰성을 향상시키는 방안을 제시한다. RPA 수행과 적용을 통해 PBA의 특화된 다양한 고장메커니즘을 고려한 신뢰성 점검, 신뢰성 취약부위식별, 설계대안 도출, 설계반영 및 시험계획 수립 등 사전 검증을 수행하여 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.237-246
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• 2019

전기기계식 제동장치(EMB : Electro Mechanical Brake)는 자동차 및 철도차량의 차세대 제동장치로서 현재 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재의 고속열차용 제동장치는 공압 실린더를 이용하여 제동 압부력을 발생시키나 전기기계식 제동장치 (EMB)에서는 전기 모터 및 기어와의 조합을 통하여 압부력을 발생시킨다. 본 연구에서는 고압부력 발생이 가능한 EMB 구동 메커니즘을 제안하고, 해당 메커니즘을 만드는 기구장치 중 핵심부품인 기어 및 샤프트 부품들에 대한 구조 및 진동해석을 수행하였다. 한편 모델에 대한 동적 진동해석 결과 압부력이 가해진 상태에서 외부가진이 주어졌을 때 부재의 최대 응력이 항복강도 이내임이 확인되었다. 또한, 구조해석 결과 모터샤프트의 축 직경을 최대한 크게하는 설계가 강도 상 유리함을 확인하였으며, 기어와 편심샤프트를 고정하는 볼트에서 큰 전단응력이 발생할 수 있음을 확인하였다. 한편 해석모델의 메커니즘을 재현할 수 있는 시험장치를 제작하여 가장 취약한 부위인 고정 볼트부의 변형률을 구동 토크가 가해진 상태에서 측정하였다. 변형률 측정결과는 해석결과와 오차가 10% 이내로서, 해석모델의 정확도를 검증할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.247-253
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• 2019

최근 3D 프린팅 산업은 다양한 형상의 세라믹 부품을 간소화된 공정으로 제조 가능하여 많은 기대를 받고 있다. 본 연구에서는 세라믹 3D 프린팅을 통하여 알루미나(Alumina) 제품을 구현하기 위하여 3D 프린팅용 점탄성 페이스트(Paste)를 제조하였다. 점탄성 특성은 세라믹 3D 프린팅 공정에서 아주 중요한 역할을 한다. 노즐을 통한 세라믹 페이스트의 압출 시에는 흐름 특성을 가져야 하며, 인쇄되어 정확한 자리에 인쇄되어 안착한 후에는 고체처럼 작동하여 형상을 유지하여야 한다. 이러한 점탄성 특성을 부여하기 위하여 페이스트를 제조할 때 엘라스토머(Elastomer) 등의 첨가물을 첨가하였고, 이렇게 제조된 페이스트의 유변학적 특성을 분석한 결과 점탄성 특성을 보이는 것을 확인하였다. 하지만, 엘라스토머의 함량에 따라 점탄성 특성이 다름을 확인하여, 점탄성 특성의 각 지표가 실질적인 인쇄성에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위하여 다양한 형태로 인쇄성 평가를 진행하였다. 인쇄성 평가 결과 높은 항복 응력을 가지는 페이스트가 인쇄성이 우수함을 확인하였다. 이렇게 개발된 알루미나 인쇄물의 심미성을 증가시키기 위하여 고온에서 소결시에도 안정적으로 발색효과가 있는 세라믹 안료를 제조된 페이스트에 혼합하여 1300 ℃에서 고온 소결을 진행하고, 소결 후 발색 효과를 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.679-684
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• 2017

마찰 교반 용접(Friction Stir Welding)은 금속 소재 대상으로 용접 툴과 용접 재료의 마찰열을 이용하여 재료 융점 이하의 온도에서 접합하는 용접 기법이다. 이번 연구에서는 금속 접합시 쓰이는 마찰 교반 용접 기법을 활용하여 마그네슘 합금(AZ31)을 용접할 때, 용접시 발생하는 용접 대상인 마그네슘 합금의 온도 및 속도 변화에 대해 유동 해석 기법을 활용하여 분석하였다. 분석을 위해 유동 해석 툴인 플루언트를 활용하여 모델링 및 해석을 진행하였다. 먼저 용접 소재는 온도에 따라 변하는 고점도 뉴턴 유체로 가정하였으며, 나선형 홈이 있는 용접 툴의 회전에 의한 회전 유동 발생을 모사하기 위해 회전 영역과 정지 영역으로 구분하여 모사하였다. 용접 툴과 용접 재료 사이의 인터페이스는 마찰 및 미끄러짐 경계조건을 부여하여 용접 툴로의 열전달 효과를 고려하였다. 위의 유동 해석 모델링을 통한 과도 해석 결과로부터 시간의 변화에 따른 용접 소재의 속도와 온도 특성을 파악할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.150-156
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• 2017

본 연구는 PSC(Post Tensioned Concrete) 교량 및 사장교(Cable Stayed Bridge) 등에 많이 적용되는 강연선의 국부적 손상에 따른 응력 회복길이를 분석하였다. 강연선은 PC 강선(Prestressing Strand)을 여러 줄을 꼬은 강재이며, 재료의 특성상 준공후 지속적으로 손상이 발생하며 부식 등이 주요 손상원인이다. 이에 따른 손상에 따른 성능저하가 발생하지만, 구조적인 특성상 케이블 내부의 손상 정도 및 응력 변화 패턴을 파악하기 어렵다. 교량에 적용된 케이블의 경우 설치 형상에 따라 채수 등에 따라 부식에 취약한 부분이 발생하며, 이로 인해 국부적인 손상이 발생할 수 있다. 본 연구는 교량 Post-Tensioning 또는 케이블 사장재에 주로 적용되는 강연선(7-Wire Strand)의 국부적 손상에 따른 성능저하 경향 및 응력 회복길이를 FEA 해석을 통하여 분석하였다. 향후 본 연구에서 구축하고자 하는 해석모델을 활용하여 PSC 교량 및 사장교 케이블 등의 안전성 평가 및 잔존수명 예측에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.509-517
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• 2020

본 연구는 3D 프린팅 기술을 활용한 거리 가구 제작 시 기술 특성 중요도를 도출하고 거리 가구 중 비정형 벤치 제작을 통해 우선순위가 높은 3D 프린팅 기술의 적용 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 본 연구를 위해 품질기능전개(QFD: Quality Function Deployment) 방식으로 중요도를 분석하여 점수로 계량화하였으며 개발 및 연구에서 우선시 되어야할 기술요소는 '출력 크기', '재료의 수축성', '출력 각도' 순으로 나타났다. 연구결과의 검증을 위해 비정형 거리 가구 디자인을 대형 3D 프린팅 출력물로 제작하였으며 제작 과정에서 우선순위 기술요소들의 적용 방안을 모색하였다. 거리 가구 제작은 기능성과 안정성을 기반으로 설계되어야 하며 경제성, 제작성, 심미성 등이 고려되어야 하므로 '출력 크기'는 파츠의 분할을 최소화시켜 안정성을 확보하였다. '재료의 수축성'은 형태의 오차를 최소화시켜 심미성 및 제작성을 충족시켰으며 마지막으로 '출력 각도'는 출력물의 품질을 향상시켜 다양한 출력 각도를 통해 효율적이고 구조적 안정성이 있는 각도를 선정함으로써 연구결과에 대한 검증과 적용 방안에 대해 제시하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.420-426
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• 2020

본 논문에서는 휴대용 인공호흡기 보조기구를 개발하였다. 응급상황 발생 시 약 4분이 지나면 환자는 심각한 뇌 손상을 입는다. 따라서, 이를 방지하기 위해 응급구조사는 환자에게 적합한 산소 주머니를 통해 환자가 병원으로 인계될 때까지 지속해서 인공호흡을 실시하여야 한다. 이 과정에서 응급구조사들은 전완근의 반복적인 운동으로 인해 적지 않은 피로감을 느끼게 된다. 이는 손이 작거나 근력이 부족한 응급구조사들에게 더욱 큰 부담으로 작용할 수 있다. 이를 해결하기 위해 다양한 제품이 제작되었지만, 부피와 크기 그리고 사용 방법 등과 같은 실용성이 부족하여 상용화에 어려움을 겪고 있다. 이에 본 연구에서는 기존 제작하였던 인공호흡기 보조기구를 개선하고 사용자에게 가해지는 부담을 효율적으로 줄이는 방법을 고안하였다. 본 연구를 통해 개발한 보조기구는 크게 3가지 부위로 구성된다. 보조기구는 산소 주머니를 매회 균일하고 안정적으로 압박하고 대상에게 알맞은 산소의 양을 각도를 통해 시각적으로 알려주는 머리부, 휴대용 인공호흡기의 산소 흡입구에 결합하여 사용자의 힘을 휴대용 인공호흡기로 전달하는 몸통부, 다양한 자세에서도 효율적으로 힘을 가할 수 있도록 회전이 가능한 손잡이로 구성된다. 실험을 통해 안정적인 수치로 환자에게 산소를 공급할 수 있다는 사실을 확인하였다. 이를 통해 응급구조사는 보조기구를 사용해 피로감 감소뿐만 아니라 환자에게 적합한 양의 산소를 주입해 효율적인 인공호흡을 실시할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.428-436
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• 2020

본 연구는 장기요양서비스 종사자 전문성 강화 교육과정 개발을 위한 요구분석을 통해 온라인 학습으로 성인학습자 직무역량 교육과정의 운영에 대한 시사점을 도출하기 위함을 목적으로 실시되었다. 구체적으로, 장기요양서비스 관련 선행 연구와 정부정책 자료를 분석하고, 유관근무기관의 전문가 14명을 대상으로 2019년 3월에 초점집단 인터뷰(Focus Group Interview)를 실시하여 활동이론(Activity Theory)을 분석의 틀로 활용하여 정리하였으며, 추가적으로 요양시설 종사자 25명을 대상으로 필요 교과목의 중요성과 난이도에 대한 설문인 양적자료를 기술통계 분석을 통해서 질적자료 분석의 결과를 타당화 하고자 하였다. 활동시스템의 주체-목표-도구의 윗부분을 주된 행위의 영역으로 보고, 아래의 규칙-공동체-분업을 행동을 위한 맥락적 부분으로 구분하여 요구분석과 추후 온라인 교육과정의 운영에 대한 시사점을 정리하였다. 연구결과, 기초 과목으로 '노인상담기술과 의사소통', 기본과목으로 '요양케어지도론', '현장에 필요한 치매케어기술', '케이기술과 식이요법', '근로기준법과 인사관리', 그리고 심화과정으로 '장기요양사례 관리의 활용'이라는 6개의 과목이 개발이 필요한 것으로 도출되었다. 한편 이러한 과목은 다양한 형태의 집체교육과 보수교육에 활용되어 다양한 장기요양서비스 봉사자를 위한 학습자 중심의 플립러닝으로 활용되는 방안이 제안되었다. 연구의 말미에서는 본 연구의 결과를 바탕으로 교과목의 효과적인 운영을 위한 교육현장에서 적용의 시사점을 제안하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권9호
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• pp.301-309
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• 2020

국내 방산수출 규모는 단기간 급성장하고 품목도 첨단 고가장비로 다양해졌지만 내수 위축은 물론 글로벌 경기 불황과 경쟁 심화로 최근 수출이 정체되고 있는 상황이다. 글로벌 시장의 무기 수입국들은 보다 다양해졌고, 변동성은 더욱 커졌으며, 글로벌 방산기업들 역시 기존 거래선 외 글로벌 부품공급망(GVC: Global Value chain)을 전 세계로 넓혀 나가는 추세다. 방산 중소기업이 국내 체계기업의 협력업체로 참여하는 수준에서 벗어나 특화된 기술력을 갖춘 경쟁력 있는 기업으로 성장하여 수출물량을 안정적으로 확보할 수 있도록 글로벌 방산기업의 부품공급망 참여를 통한 수출 활성화 지원책 마련이 필요한 시점이다. 본 연구에서는 국내 중소기업의 국제 부품공급망 진입실태 및 관련사례에 대한 일반적 고찰과 절충교역 이행가치가 높은 5개 글로벌 기업을 선정한 뒤 한국지사 및 해외 현지 조사를 통해 GVC 진입요건, 협력파트너 현황, 국내 중소기업의 GVC 진입에 대한 인식 등을 조사하였다. 또한 수출대상과 GVC 단계, 국내 중소 기업 수출경쟁력 수준 등을 종합적으로 고려하여 방산 중소기업의 GVC 참여를 촉진하기 위한 전략과 정부정책의 개선 사항을 도출하여 제시하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권9호
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• pp.238-250
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• 2020

본 연구는 도시지역에 침수피해가 발생하였을 경우, 장기적인 측면에서 침수피해를 최소화 할 수 있는 방안을 마련하기 위해 비구조적인 대책에 초점을 맞추어 도시공간적인 요인과 침수피해의 영향 관계를 분석하였다. 도시공간적인 요인에 의한 침수피해 영향을 분석하고자 다중회귀 분석(Multiple Regression Analysis)을 활용하여 적용하였다. 도시공간적인 요인은 Open Space, 방재시설, 도시화 부문으로 유형화하였다. 분석 결과, 침수피해 지역은 일정한 지역에 한정되어 발생하며, 공간적으로 매우 높은 상관성을 보이고 있음을 알 수 있다. Open Space의 면적이 넓을수록 침수피해액이 감소하는 바, 녹지, 공원 등의 감소가 침수피해를 증가시키고 있음을 확인할 수 있어, 도시의 안전이라는 기능적인 부분에 있어서 침수피해를 예방하고 대응하기 위해 매우 중요한 요인임을 알 수 있다. 도시화 부문에 포함되는 인구밀도, 지역내총생산(GRDP) 등의 요인은 그 값이 클수록 침수피해액은 증가하는 것으로 분석되어, 침수피해를 유발시키는 원인으로 판단된다. 따라서 기후변화에 적응하기 위해서는 녹지, 공원 등의 도시공간 계획을 전략적으로 수립해야 하며, 인구밀도, 지역내총생산(GRDP) 등은 침수피해를 유발시키는 주요 요인이므로 회복력 차원에서 적절하게 활용한다면 대응과 복구 역할을 할 것으로 판단된다.