• 대한토목학회논문집
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• 제30권4A호
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• pp.337-342
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• 2010

일반적으로 하천 시설에 사용되는 수문은 기계식 및 유압식, 혼합식 권양기에 의하여 개폐되며, 구조물의 크기 및 구조상 2개 이상의 인양장치로 동조를 이루며 안전하게 개폐되어야 한다. 수문의 개폐 시 설계상 정확히 고려할 수 없는 수압 및 마찰로 인하여 구조물에 추가적인 하중이 발생하게 된다. 이러한 추가적인 하중은 수문의 끼임 현상 및 권양기의 과부하 등을 초래하고, 이는 수문의 안전에 중대한 영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 이러한 수문의 개폐 시 발생하는 불안전한 요소에 대응하여 권양기가 동조를 이룰 수 있도록 유압 및 변위를 동시에 고려한 FDC(Force-Displacement Control)시스템을 설계하였다. 설계된 FDC 시스템을 XG5000프로그램의 PID 기능을 이용하여 구현하였으며, 다중 유압 실린더 수문 권양기(winch) 모형을 제작하여 FDC 시스템을 실험적으로 검증하였다. 실험 결과 개발한 FDC 시스템은 수문의 개폐 시 발생하는 다양한 외부하중에 대응하여, 다중 유압 실린더로 이루어진 수문 권양기가 동조를 이루며 개폐됨을 확인하였다. 실험 결과로부터 FDC 시스템은 수문 권양기에 적용시 효과적임을 확인 하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권4C호
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• pp.163-174
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• 2009

온도 변화에 의하여 로드셀이나 스트레인 게이지의 결과값이 변하기 때문에 로드셀이나 전기저항식 변형율계를 이용하는 기계적 장치는 주변 온도의 변화에 의하여 영향을 받는다. 본 연구에서는 기존의 전기저항식 변형율계 타입의 콘이 가지는 문제점과 한계를 극복하고 관입과 동시에 연속적으로 온도보상이 가능한 직경 1~7mm의 초소형 광섬유 마이크로콘을 개발하였다. 광섬유는 머리카락 굵기의 작은 직경을 가지고 있어 원하는 크기의 센서를 구성할 수 있고 전기적 신호인 전압을 측정하는 것이 아니라 빛의 파장변화를 감지하여 변형율로 변환하게 되므로 주변 조건에 의한 간섭 영향이 거의 없다. 개발된 콘의 온도보상 효과를 검증하기 위해 외력이 없는 상태에서 콘 주변의 온도를 변화시키는 온도시험을 실시하였다. 주변 온도에 따라 측정전압이 변화되는 전기저항식 변형률계 콘과는 달리 광섬유 센서를 적용한 콘은 일정한 값을 유지하는 것으로 나타났으며 관입과 동시에 지중의 온도변화를 연속적으로 확인할 수 있었다. 또한, 다층지반 콘관입시험에서는 관입되는 동안 교란영역이 적고 분해능이 뛰어나 선단지지력의 변화만으로도 다층지반의 경계를 명확하게 탐지할 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 광섬유 센서를 이용한 초소형 마이크로콘으로 다층지반을 효과적으로 탐지할 수 있으며 지중의 온도 영향이 고려된 순수한 선단저항력을 획득할 수 있음을 보여준다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권6A호
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• pp.625-639
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• 2009

본 연구에서는 f/L비가 다른 CFT 트러스 거더의 구조거동에 관한 실험 및 해석적 연구를 수행하기 위해서 2개의 실험체를 제작하였고, CFT 트러스 거더의 구조특성을 평가하기 위하여 휨실험을 수행하였다. ABAQUS에 의한 비선형 유한요소해석을 통해서 축력과 모멘트를 받는 CFT 부재의 비선형 재료모델을 비교분석하였다. CFT 부재의 구속 콘크리트 및 강재의 응력-변형률 모델은 많은 연구자들에 의해서 제시되어 왔다. 본 연구에서는 Mander, Sakino, Han, Susantha 및 Ellobody 등이 제안한 구속 콘크리트의 응력-변형률 모델을 적용하여 비선형해석을 수행하였고, 해석결과를 통해서 CFT 트러스 거더의 하중-처짐 관계, 하중-변형률 관계 등을 비교하였다. 하중-처짐 관계에서 Mander와 Susantha의 모델을 적용한 해석결과는 실험결과보다 약 12.0~13.8% 높은 하중을 예측하며, Sakino의 모델은 실험결과보다 약 7.6% 높은 하중을 예측하였다. Han과 Ellobody의 모델은 실험결과보다 약 0.2~1.2% 높은 하중을 예측하여 실험치와 가장 잘 맞는 결과를 보였다. 그러나 각 연구자의 응력-변형률 모델을 적용한 비선형 해석을 통해 산정된 하중-변형률 관계는 하중-처짐 관계와는 반대로 안전측의 결과를 보여 전반적으로 실험치보다 큰 수준의 변형률을 보였다.

• 한국컴퓨터그래픽스학회논문지
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• 제29권5호
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• pp.1-9
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• 2023

애니매트로닉스 제어 기술은 공학, 의학, 예술 등 여러 학문 분야에서 흥미로운 주제이며 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 애니매트로닉스의 움직임을 제어하는 일반적인 방법은 몸체 내부에 장착된 전동 모터를 사용하는 것이다. 하지만 이러한 방식은 몸체 내부의 공간이 좁을 경우 적용하기 어렵다. 본 연구에서는 몸체가 가늘고 긴 촉수 생명체의 움직임을 제어하기 위해 몸체 내부에 기계 장치를 장착하는 대신 외부 자력을 이용하는 방법을 제안한다. 구체적으로 본 연구에서는 애니매 트로닉스의 관절체 몸체를 자성이 있는 금속 소재로 만들어 외부에 설치된 전자석의 인력에 영향을 받도록 하였다. 그리고 전자석의 세기를 PID 제어기로 제어하여 애니매트로닉스 몸체의 위치를 실시간으로 제어할 수 있도록 하였다. 또한 자석이 회전 운동을 하도록 하고 회전의 속도를 변화시켜 다양한 움직임을 연출할 수 있도록 하였다. 본 연구의 실험은 가상 환경에 구현하여 시뮬레이션을 통해 수행되었다. 사용자에 의한 실시간 제어의 결과뿐만 아니라 다양한 스타일의 애니메이션 생성 방법 및 결과를 제시하여 그 효용성을 증명하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권3호
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• pp.20-34
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• 2023

수 나노미터의 두께의 단일 또는 여러 층으로 구성된 2차원 소재는 전기전도성, 유연성, 광학적 투명성 등의 고유한 특성으로 많은 연구 분야에서 활용되고 있다. 이 중 Electronic skin (E-Skin)이나 Smart Textile 과 같은 반복적인 기계적 동작이 수반될 수 있다. 또한, 온도, 습도, 압력과 같은 외부적 요인에 노출이 되는 경우가 빈번하다. 이 때, 소자의 내구성과 수명 저하를 유발하기 때문에 자가 치유 특성이 내포된 소자를 제작하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있다. 최근 다양한 2차원 소재 중 자가 치유 기능을 구현할 수 있는 Ti₃Ci₂Ti_x MXene 기반 전극의 복합 소재의 연구 결과가 학계의 주목을 받고 있다. 본 논문에서는 Ti₃Ci₂Ti_x MXene의 다양한 합성 방법 및 특성에 대해 소개한 후, Ti₃Ci₂Ti_x MXene 전극 기반의 자가 치유 적용 기술 사례에 대해 알아보고자 한다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.297-302
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• 2023

발포체를 성형하기 위한 방법으로는 여러 가지 방법이 있는데 일반적으로 가장 많이 사용되는 방법으로는 발포제를 섞은 레진을 고온, 고압상태에서 발포하는 가압발포 방법과, 압을 주지 않은 고온의 상태에서 발포하는 상압발포 방법이 있다. 발포에 사용되는 고분자들은 상압상태에서 발포를 시키기 위해서는 최적 발포조건에 대한 설계 및 분석이 필요하다. 친환경 바이오 기반 폴리머는 단독으로는 발포가 힘든 문제가 있어 기존의 발포체 제조가 가능한 수지를 혼합하여 발포체를 제조하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 바이오 기반 고분자의 함량 변화에 따른 바이오 기반 고분자와 EVA 혼합 발포체의 특성변화에 대해서 연구하였으며 가교도에 따른 최적 발포 조건에 대해서 연구하였다. 발포체의 기계적 특성 분석을 통해서 발포특성과의 상관관계에 대해서 연구하였다. 이 연구를 통해 바이오 기반 폴리머의 함량이 바이오 기반 폴리머가 포함된 발포체의 물성에 어떤 영향을 미치는지 알 수 있었고 상압 및 가압 발포 공정에 따른 차이점을 확인할 수 있었다. 또한, 바이오 기반 폴리머-EVA 복합 발포체의 상용화 가능성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.303-309
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• 2023

본 논문에서는 압축 하중을 받는 오픈 홀(open-hole compression) 탄소섬유 복합재(carbon fiber reinforced plastic, CFRP) 시편의 평면 내 손상(in-plane damage) 및 층간 분리(delamination)를 예측하기 위한 모델링 방법을 제안하고 유한요소해석(finite element analysis)을 수행하였다. 유한요소모델은 오픈 홀 복합재 시편의 점진적 손상 및 파손 분석(progressive damage and failure analysis)을 위해 Hashin 파손 기준(hashin failure criteria)과 표면 기반 응집 거동(cohesive behavior) 모델을 기반으로 구성되었으며 ABAQUS/EXPLICIT Solver를 활용하여 해석을 수행하였다. 유한요소해석의 타당성을 종합적으로 평가하기 위해 세 가지 유형의 적층 패턴(stacking sequences)을 가지는 오픈 홀 압축 복합재 시편에 대한 시험 결과와 비교하였다. 오픈 홀 압축 시편의 강도와 강성은 백분율 오차(percentage error) 10.0 % 미만으로 비교적 잘 예측하였으며 오픈 홀 복합재 적층판의 인장/압축 매트릭스 손상 상태 및 원공(hole) 근처의 복합재 계면 층간 분리에 대한 손상 상태를 추출하여 평가하고 분석하였다.

• 청정기술
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• 제29권4호
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• pp.305-312
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• 2023

환경 요구 조건의 강화로 오래된 탈질 설비에 대한 성능 개선이 필요하다. 본 연구에서는 전산 해석 기법을 이용하여 성능 향상의 가능성을 제시하고자 하였다. 입구 안내 깃과 곡확산부 등 설비 내 유로의 기하학적인 형상의 수정과 암모니아 분사량의 제어 등 설계와 운전 조건을 둘 다 변경하여 해석을 수행하였다. 촉매 층에 유입되는 혼합가스의 유동 균일성과 NH₃/NO 조성비, 설비의 압력 강하 등 3가지 성능변수 관점에서 기존에 운영되는 조건과 본 연구에서 제시된 조건을 비교하였다. 전산 해석에서 적용된 유동장의 범위는 연소로 절탄기의 출구에서 공기 예열기의 입구까지로 탈질 설비의 전 영역이다. 전산 해석 도구로 열유체 전용 소프트웨어인 ANSYS-Fluent를 사용하여 유동 특성을 해석하여 성능을 도출하였고 최적화 알고리즘인 Design Xplorer를 사용하여 암모니아의 분사량을 노즐별로 조절하였다. 변경된 설비 조건은 기존의 조건과 비교하여 유동 균일성과 NH₃/NO 조성비는 각각 45.1%와 8.7% 향상되었으나 전체 압력 강하는 1.24% 증가하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권6호
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• pp.704-711
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• 2023

본 논문은 직류전동기(DC motor)와 전기적인 특성은 유사하지만, 수명과 신뢰성이 향상된 BLDC 모터의 제어기법에 대해 언급하고 있다. BLDC모터는 회전자의 위치 정보를 사용하여 직류전동기의 기계적인 접촉에 의한 정류 장치를 제거함으로써 내구성과 속도 안정성을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 BLDC모터의 권선에 흐르는 전류가 직류전동기의 전기자에 흐르는 구형파 형태의 전류인 것에 착안하여 직류전동기에 대한 제어기를 설계하고, 설계된 제어기를 3상 BLDC모터에 적용하여 제어기의 유효성을 확인하였다. 이를 위해 3상 BLDC모터의 전기적인 파라미터 값을 가지는 단상 직류전동기의 모델링을 실시하였고, 도출된 시스템에 대해 근궤적법을 적용하여 전동기의 속도제어를 위한 PI 제어기를 설계하였다. DC 전동기의 속도제어 시뮬레이션을 시행하여 제어기의 성능을 확인하였고, 동일한 제어기를 MATLAB으로 구현한 3상 BLDC모터의 속도제어에 적용하였다. DC 전동기와 유사한 제어 결과를 3상 BLDC모터에서 얻을 수 있었고, 이를 통해 연구에서 제안한 제어기법의 유용성을 확인할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제34권1호
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• pp.70-78
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• 2024

본 연구에서는 역전기투석용 4차 암모늄이온을 음이온교환기로 갖는 폴리아크릴레이트계 광가교형 음이온교환막을 개발하였다. 역전기투석은 청정 재생에너지 생산 시스템이지만 출력이 낮고 핵심 소재인 분리막의 가격이 비싸다는 단점으로 인해 상용화에 제한이 있다. 이에, 지지체가 없는 광가교형 음이온교환소재를 제조하였으며 개발한 고분자의 주쇄는 우수한 물성의 엔지니어링 플라스틱을 기반으로 제조하였다. 제조된 분리막은 우수한 물리적, 화학적, 전기화학적 특성을 보였으며 상용 음이온교환막인 AMV와 비교하여 약 50% 낮은 분리막 저항을 보였다. 더욱이 CQAPPOA-35는 40 ㎛의 얇은 분리막 두께에도 불구하고 상용막과 동등 수준의 선택도를 보이는 것을 확인할 수 있었다. CQAPPOA-35을 적용한 RED 스택은 최대 2.327 W m^-2 (flow rate : 100 mL min^-1)의 출력 밀도를 보여 AMV가 도입된 것보다 15% 향상된 성능 특성을 보였다. 개발된 CQAPPOA-35이 광경화를 통해 쉽고 저렴하게 제조할 수 있으며 RED 스택 특성도 매우 우수하다는 점을 고려할 때, 개발된 CQAPPOA-35은 RED용 음이온교환막으로 상용 활용을 위한 대안이 될 수 있을 것으로 기대된다.