• Structural Engineering and Mechanics
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• 제69권5호
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• pp.537-545
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• 2019

Stress analysis of bottom-hole rock has to be considered with much care to further understand rock fragmentation mechanism and high penetration rate. This original study establishes a fully coupled simulation model and explores the effects of overburden pressure, horizontal in-situ stresses, drilling mud pressure, pore pressure and temperature on the stress distribution in bottom-hole rock. The research finds that in air drilling, as the well depth increases, the more easily the bottom-hole rock is to be broken. Moreover, the mud pressure has a great effect on the bottom-hole rock. The bigger the mud pressure is, the more difficult to break the bottom-hole rock is. Furthermore, the maximum principal stress of the bottom-hole increases as the mud pressure, well depth and temperature difference increase. The bottom-hole rock can be divided into three main regions according to the stress state, namely a) three directions tensile area, b) two directions compression areas and c) three directions compression area, which are classified as a) easy, b) normal and c) hard, respectively, for the corresponding fragmentation degree of difficulty. The main contribution of this paper is that it presents for the first time a thorough study of the effect of related factors, including stress distribution and temperature, on the bottom-hole rock fracture rather than the well wall, using a thermo-poroelastoplasticity model.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권9호
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• pp.852-858
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• 2016

화물선 거주구역을 화재로부터 보호하기 위하여 SOLAS에서는 방화구조기준을 도입하여 화염과 연기의 전파속도를 늦출 수 있도록 규정하고 있으며 또한 선원들의 소화훈련을 강제화하고 있다. 이 규정은 선체구조 및 설비에 관한 규정과 인적요소에 관한 규정의 조합으로 화재예방과 화재발생시 효과적인 대응을 하고자 하는 것이다. 인적요소에 관한 규정은 선체구조 및 설비에 관한 규정의 보조적인 규정으로 볼 수 있으며, 현행의 선체구조 및 설비로는 거주구역 화재를 완벽하게 소화할 수 없기 때문에 선원에 의한 소화작업이 필요하며 이에 따른 인적과실을 줄이고 효과적으로 소화작업을 할 수 있도록 소화시스템의 구비와 소화절차의 개선이 필요하다. 소화작업의 기본은 화재가 확산되기 전에 소화준비를 마치고 실제 소화작업을 시작하여야 하는 것이다. 소화작업을 신속히 준비하기 위해서는 소화설비를 가능한 신속하게 이용할 수 있는 장소로 재배치하는 것이 중요하다. 이 연구는 거주구역 내의 화재제어장소를 개방갑판에서 접근할 수 있도록 위치를 변경하고, 이곳에 소방원장구 2조를 같이 비치함으로써 화재시 선원들이 신속하게 소방원장구를 반출할 수 있고 동시에 화재제어장소 내의 화재시스템들을 작동하도록 하여 거주구역에 재진입하는 위험을 제거하여 인적위험을 감소시키고자 하는 것이다. 또한 거주구역의 보호를 위하여 채택하고 있는 보호방식 중 유일하게 직접적인 소화를 할 수 있는 IIC방식을 강제화하여 선원들의 소화작업 중 발생할 수 있는 위험을 줄이고 화재 초기에 화재를 진압할 수 있도록 SOLAS 및 관련 국내법령의 개정을 제언하기 위한 기초연구로 수행되었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권4호
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• pp.239-247
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• 2013

최근 화석연료의 고갈과 환경오염으로 인하여 해상풍력에너지와 같은 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 범용 동역학해석 프로그램인 MSC.ADAMS를 이용하여 공력하중 및 전기 발전기 토오크를 결정하기 위한 테브난(Thevenin) 방정식이 고려된 해상풍력발전기의 다물체 동역학 해석 기법을 검토하였다. 해석대상으로 고려한 시스템은 5MW급 해상풍력발전기이며, 3개의 블레이드가 수평축 방향에서 역풍을 받아 전기를 생산하는 수평축 풍력발전 형태이다. 블레이드에 작용하는 공력하중은 블레이드 요소 모멘텀 이론을 기반으로 일반화된 동적 웨이크를 고려할 수 있도록 개발된 AeroDyn 프로그램으로부터 산출하였다. 해상풍력발전기의 주요 연결부에서의 동적하중과 토오크 특성이 실제 현상과 유사하게 산출될 수 있도록 하기 위하여, 다물체 동역학 모델 상에 블레이드와 타워는 실제 구조 특성치를 고려한 유연체 모델링을 적용하였다.

• 산업경영시스템학회지
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• 제44권3호
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• pp.10-21
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• 2021

Recently, the demand for atypical structures with functions and sculptural beauty is increasing in the construction industry. Existing mold-based structure production methods have many advantages, but building complex atypical structures represents limitations due to the cost and technical characteristics. Production methods using molding are suitable for mass production systems, but production cost, construction period, construction cost, and environmental pollution can occur in small quantity batch production. The recent trend in the construction industry calls for new construction methods of customized small quantity batch production methods that can produce various types of sophisticated structures. In addition to the economic effects of developing related technologies of 3D Concrete Printers (3DCP), it can enhance national image through the image of future technology, the international status of the construction civil engineering industry, self-reliance, and technology export. Until now, 3DCP technology has been carried out in producing and utilizing residential houses, structures, etc., on land or manufacturing on land and installing them underwater. The final purpose of this research project is to produce marine structures by directly printing various marine structures underwater with 3DCP equipment. Compared to current underwater structure construction techniques, constructing structures directly underwater using 3DCP equipment has the following advantages: 1) cost reduction effects: 2) reduction of construct time, 3) ease of manufacturing amorphous underwater structures, 4) disaster prevention effects. The core element technology of the 3DCP equipment is to extrude the transferred composite materials at a constant quantitative speed and control the printing flow of the materials smoothly while printing the output. In this study, the extruding module of the 3DCP equipment operates underwater while developing an extruding module that can control the printing flow of the material while extruding it at a constant quantitative speed and minimizing the external force that can occur during underwater printing. The research on the development of 3DCP equipment for printing concrete structures underwater and the preliminary experiment of printing concrete structures using high viscosity low-flow concrete composite materials is explained.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권2호
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• pp.387-393
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• 2021

본 연구에서는 해양플랫폼의 탑사이드 구조에서 주로 채택하고 있는 파이프 연결 구조의 피로 수명 증가를 위한 방안을 찾기 위하여, 유한요소해석을 수행하였다. 상용해석프로그램인 MSC Patran/Nastran을 적용하였으며, 대표적인 중앙부 구조 형상을 해석모델로 선정하였다. 하중에 따른 응력집중 현상을 구현하기 위하여, 8 절점 솔리드 요소를 이용한 모델링을 구현하였다. 주요하중은 횡방향 하중 2가지와 대각선 파이프에 인장 하중을 고려하였다. 주요 위치에서의 Hot spot 응력을 확인하기 위하여, 0.01 mm dummy 쉘 요소를 적용하였으며, 0.5 t와 1.5 t 위치에서의 주응력을 계산한 후 외삽법에 따라 용접부에 발생하는 응력을 추정하였다. 일부 구간에서는 만족해야 하는 피로 수명 이하로 평가되어, 보강이 필요하였다. 보강은 기존 설계된 파이프의 두께나 지름을 변경하지 않고, 피로수명이 부족한 부위에 응력집중계수를 낮출 수 있도록 브래킷을 추가하였다. 인장 하중에 대해서는 bracket toe에서 응력은 23 % 증가하였고, 기존에 문제가 된 파이프의 내측, 외측에서의 응력은 약 8 % 감소하였다. 휨 하중에 대해서는 bracket toe에서 응력은 3 % 증가하였고, 기존에 문제가 된 파이프의 내측, 외측에서의 응력은 약 48 % 감소하였다. 신규 브래킷 보강으로 인하여, bracket toe의 응력증가가 발생하였지만, S-N 커브 자체가 파이프 조인트에 비해 좋으므로 큰 문제가 되지는 않는다. 본 연구에서 적용한 국부 보강을 통한 피로 수명 개선 방법은 기존 설계안의 변경을 최소화하면서 피로 수명 증가를 효율적으로 할 수 있다는 점에서 관련 산업에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 해양환경안전학회:학술대회논문집
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• 해양환경안전학회 2005년도 춘계학술발표회
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• pp.141-146
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• 2005

선체는 기본적으로 판부재들의 조합으로 구성되어 있으며 이들중 상당수는 유공판(Perforated plate)이다. 선체에 설치된 유공판으로서는 선체 상갑판 해치(하역시설로 사용), 선저부의 거더와 플로어(중량경감과 선박 건조 및 검사시 통로확보용), 다이어프램(중량경감 및 파이프 관통의 목적)둥이 있다. 이들 유공판에 하중이 작용하면 좌굴과 최종강도 특성이 크게 변화할 뿐만 아니라 수반되는 면내응력도 재 분포하게 되어 심각한 강도문제를 야기 시킬 수 있다. 실적선에서는 유공주위에 스티프너 보강을 통하여 취약한 좌굴강도 보완하고 있으며, 유공을 고려한 최적의 유공보강판 모델을 적용한 좌굴강도 및 최종강도를 파악할 필요성이 대두시 되고 있다. 이와 같은 측면에서 각 조선소에서는 각국 선급들이 제시하는 유공판의 좌굴설계식을 사용하여 강도계산을 하고 있으나 임의의 유공크기에 대찬 좌굴강도 및 최종강도 평가법을 찾기란 매우 어려운 일이다. 본 연구에서는 실선에서 사용중인 유공보강판의 모델을 조사하여 비선형유한요소법을 적용하여 면내 압축하중이 작용하는 경우에 대해서 유공의 크기와 웹 치수를 변화시켜가며, 최종강도 시리즈 해석을 수행하고 압축최종강도에 미치는 영향을 검토하였다.

• Composites Research
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• 제34권1호
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• pp.8-15
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• 2021

조선해양 산업에서 선박의 에너지 절감과 운항효율 향상을 위한 부품의 경량화 기술이 요구됨에 따라서, 고강도의 경량소재인 섬유강화 복합소재를 부품소재로 적용하는 방안이 검토될 수 있다. 본 연구에서는 LNGC 경량화를 위해 파이프 지지용 클램프의 섬유강화 복합소재 적용 가능성을 평가하였다. 탄소섬유 및 유리섬유를 강화섬유로 하여 섬유강화 복합소재를 제조하였으며, 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 통해 복합소재의 강화재료와 기지재료의 물성을 역계산하여 섬유 적층 패턴별 물성 변화에 따른 성능 예측을 수행하였다. 또한, 유한요소해석 프로그램를 통해 복합소재 두께에 따른 클램프의 구조해석을 수행하였다. 연구결과 경량화를 위해 클램프의 섬유강화 복합소재의 적용시 두께 선정에 주의가 필요함을 확인할 수 있었다. 향후 보완 설계 시 구조물의 형상변경 및 경량화를 위한 구조변경에 용이할 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.439-445
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• 2013

단단한 암반이 아닌 지반에 건설된 구조물의 지진응답을 정확하게 평가하기 위해서는 지반-구조물 상호작용(SSI)의 영향을 고려하여야 한다. 최근에는 USNRC SRP 3.7.2와 같은 원전설계분야의 규제지침 강화로 인해 SSI 해석의 필요성이 증가되고 있다. 이 연구에서는 대형 3차원 SSI 해석에 KIESSI-3D 프로그램을 사용한 사례를 제시하고 해석시간 및 정확성에 대한 토의를 하였다. 이를 위하여 대형 3차원 구조물 예제에 대한 SSI 해석을 수행하고 해석결과와 해석시간을 ACS/SASSI 프로그램과 비교하였다. 비교결과 KIESSI-3D 프로그램과 ACS/SASSI 프로그램에 의해 구한 구조응답의 전달함수가 거의 동일함을 보여 KIESSI-3D 프로그램의 정확성을 확인할 수 있었다. 아울러 해석시간 측면에서는 다중 쓰레드를 사용한 KIESSI-3D 프로그램(8개 쓰레드)이 단일 쓰레드를 사용한 ACS/SASSI 프로그램 보다 약 30배~2000배 빠른 성능을 보였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.10-18
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• 2018

본 연구는 시멘트 모르타르속에 매입된 철근주위가 건조될 때 불안정한 전류분포의 영향을 측정하고, 교류 임피던스 특성변화에 대한 영향을 고찰하는 것을 목적으로 한다. 건조과정중 철근의 전기화학적 반응을 측정하기 위해, 두 개의 철근이 매입된 3개의 시멘트 모르타르가 실험을 위해 준비되었다. 주요 변수는 20mm 모르타르 두께를 동일하게 가지도록 하여, 두 철근사이의 간격이 10, 20과 30mm가 되도록 하였다. 해양환경에서 콘크리트 구조물속의 철근 부식속도를 가정하기 위해서, 3개의 모르타르 시험체는 15 사이클의 침지-건조환경(해수에서 24시간 침지와 48시간 실온 건조)에 노출되었다. 부식전위의 변화는 건조중에 용존산소의 확산속도 증가로 인해 귀한 방향으로 이동하는 것이 관찰되었다. 침지-건조환경에서 교류 임피던스는 100kHz에서 1mHz까지 측정되었다. 철근과 모르타르사이의 계면상태를 설명하기 위해 이론적 모델이 제안되었으며, 그것은 용액저항, 전하이동저항과 CPE로 구성된 등가회로를 사용하였다. 철근의 부식이 진행됨에 따라, 저주파수 영역에서 확산 임피던스가 나타났다. 침지-건조 환경중 건조과정에서 이송차가 $45^{\circ}$에 가까워지는 현상으로써 전류분포가 불균일해지는 경향을 보였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회 3차
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• pp.72-77
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• 2010

The Incheon Bridge, which was opened to the traffic in October 2009, is an 18.4 km long sea-crossing bridge connecting the Incheon International Airport with the expressway networks around the Seoul metropolitan area by way of Songdo District of Incheon City. This bridge is an integration of several special featured bridges and the major part of the bridge consists of cable-stayed spans. This marine cable-stayed bridge has a main span of 800 m wide to cross the vessel navigation channel in and out of the Incheon Port. In waterways where ship collision is anticipated, bridges shall be designed to resist ship impact forces, and/or, adequately protected by ship impact protection (SIP) systems. For the Incheon Bridge, large diameter circular dolphins as SIP were made at 44 locations of the both side of the main span around the piers of the cable-stayed bridge span. This world's largest dolphin-type SIP system protects the bridge against the collision with 100,000 DWT tanker navigating the channel with speed of 10 knots. Diameter of the dolphin is up to 25 m. Vessel collision risk was assessed by probability based analysis with AASHTO Method-II. The annual frequency of bridge collapse through the risk analysis for 71,370 cases of the impact scenario was less than $0.5{\times}10^{-4}$ and satisfies design requirements. The dolphin is the circular sheet pile structure filled with crushed rock and closed at the top with a robust concrete cap. The structural design was performed with numerical analyses of which constitutional model was verified by the physical model experiment using the geo-centrifugal testing equipment. 3D non-linear finite element models were used to analyze the structural response and energy-dissipating capability of dolphins which were deeply embedded in the seabed. The dolphin structure secures external stability and internal stability for ordinary loads such as wave and current pressure. Considering failure mechanism, stability assessment was performed for the strength limit state and service limit state of the dolphins. The friction angle of the crushed stone as a filling material was reduced to $38^{\circ}$ considering the possibility of contracting behavior as the impact.