• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권10호
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• pp.319-330
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• 2016

3D 프린팅 기술은 다양한 산업분야에서 개념모델 및 기능성 시제품을 제작하는데 많이 응용되고 있지만, 3D 프린팅 소재 및 제작된 제품 신뢰성 등의 여러 가지 이유로 상용화 제품으로 적용되는 데 한계가 존재한다. 본 논문에서는 3D 프린팅 기술을 이용한 산업적 응용분야 중 하나로 발전소 저탄장에 사용되는 풀 코드 스위치 모듈의 부품들 중 잦은 돌발 상황으로 인해 파손이 자주 발생하는 허브 구동부와 레버 고정부 부품들에 대해 현장에서 작업자들이 단기 대체부품으로 적용이 가능하도록 하는 부품 최적 설계 및 FDM 방식 3D 프린팅 제조공정기술에 대한 연구결과를 제시하였다. 3D 프린팅 기술의 경우 소재 적용에 있어서 한계가 존재하므로, 본 논문에서는 구조 최적화 설계를 통해 구조 안정성을 확보하는 방안에 대해 연구를 수행하였다. 허브 구동부 부품에 대해 내부 구조 형상 및 구조 설계 변수 최적화를 수행하여 좌측구동모드에서는 안전계수가 153.67% 증가한 1.243을 확보할 수 있었으며, 우측구동모드에서는 404.96% 증가한 3.156을 확보할 수 있었다. 레버 고정부 부품의 경우, 반복적인 스위칭 구동에 의한 굽힘 모멘트로 인해 발생하는 파손을 최소화하기 위해 구조 최적화 설계를 수행하여 26% 증가한 구조 안전계수(7.52)를 확보할 수 있었다. 본 연구를 통해 3D 프린팅 기술을 단기 대체부품 제조공정에 적용함에 있어서 소재 최적화를 통한 설계보다는 3D 프린팅 공정의 적층특성을 활용한 구조적 최적화 설계기법 이 더욱 유연한 결과를 도출할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.993-999
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• 2008

인구밀집지역인 도심부나 주거지역 인근에서 이루어지는 철도교량 신축에 있어서 급속시공은 매우 의미가 있다. 이러한 신속한 시공과 더불어 교량 거더의 형고의 유동적 조절도 중요하다. 기존 I형 거더는 단면에서 수직방향으로 중립축으로부터 떨어진 모멘트 팔 길이와 긴장력을 이용한 평형을 근간으로 하는 까닭에 형고 조절에 있어 다소 어려움이 있었다. 이에 기존 단일 박스거더의 축소형인 확폭플랜지를 갖는 U형 프리캐스트 보는 긴장력 조절과 콘크리트 압축강도에 따라 경간길이 및 형고 변화가 상대적으로 I형보에 비해 용이하다. 확폭플랜지를 갖는 U형 프리캐스트 거더의 철도교 적용성을 확인하기 위해 지간 30m, 형고 1.7m, 폭 3.63m의 실물크기 거더를 제작하였고 하중재하/변위재하를 이용하여 총 6,200kN의 하중을 유사정적으로 가력하였다. 실험은 4점재하시험으로 하중-변위곡선, 하중-변형율을 이용하여 휨성능을 기본적으로 확인하였고 1차 하중제거와 재재하를 통해 긴장재의 역할을 확인 하였다. 유사정적거동을 본질적으로 확인하기 위해 쉘요소를 이용한 3차원 재료비선형해석을 통하여 실험결과와 평행하게 비교하였다. 콘크리트의 비선형성은 손상-소성모델(Lee & Fenves,1998)을 이용하여 콘크리트 인장/압축 소성연화거동, 인장강화거동을 묘사하였다. 실제 균열패턴과 해석 손상패턴을 비교검토 하였고 하중-변위, 단면에 따른 하중-변형율 관계를 실제 실험결과와 비교검토 하였다. 비선형 해석에 사용된 재료물성치와 해석모델의 보유 탄성에너지 조율은 실제 거더에 가진실험을 통해 획득한 고유주파수를 통하여 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권12호
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• pp.133-143
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• 2018

수평하중에 대한 말뚝의 휨강도를 증대시키기 위해 얇은 두께의 강관 내부에 PHC말뚝을 합성한 콘크리트 충전 강관(PCFT)말뚝이 개발되었다. PCFT말뚝의 휨강도를 강관말뚝과 비교하기 위하여 직경이 동일한 PCFT말뚝과 강관 말뚝에 대해 휨강도시험을 수행함과 동시에 한계상태설계법으로 P-M 상관도를 작도하였다. 그리고 PCFT말뚝의 하단에 PHC말뚝을 연결한 PCFT 복합말뚝의 수평지지력과 수평거동을 기존의 강관 복합말뚝(HCP) 및 강관말뚝과 비교하기 위하여 총 4본의 시험말뚝을 시공하고 수평재하시험을 수행하였다. 휨강도시험 결과 PCFT말뚝의 휨강도는 두께 12mm의 강관말뚝보다 18.7% 향상되었고, 동일한 휨하중에서 말뚝의 변위량은 강관말뚝보다 50% 감소하였다. 그리고 P-M 상관도로부터 연직하중을 받는 PCFT말뚝은 강관말뚝보다 휨내력이 크게 증가한 반면, 인발하중을 받는 PCFT 말뚝은 강관말뚝보다 휨내력이 감소함을 알 수 있었다. 또한 시험말뚝에 대한 수평재하시험의 결과에 따르면 상부말뚝의 길이가 동일한 경우 PCFT 복합말뚝은 HCP보다 수평지지력이 60.5% 컸고, 두께가 12mm인 강관말뚝보다 35.8% 큰 것으로 나타났다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권4호
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• pp.468-475
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• 2019

엔드라인 폭연방지기는 수직 환기장치에 폭연방지와 함께 대기방출을 하도록 한다. 엔드라인 폭연방지장치는 선박과 같은 산업현장의 다양한 분야에 적용된다. 폭연방지기에서 스프링은 스프링 부하와 스프링의 탄성이 후드 개방 모멘트를 결정하므로 필수 부품이다. 더욱이, 장치 내 스프링은 고온의 상태에서도 작동해야 한다. 따라서, 폭연이 나타나기 시작할 때 스프링의 기계적 하중과 탄성을 분석할 필요가 있다. 이 연구에서는 엔드라인 폭연방지기의 작동 프로세스의 시뮬레이션을 기반으로 열 및 구조해석을 수행하으며, 스프링의 3차원 모델은 CFD 시뮬레이션을 이용하였다. CFD 해석은 FEM 시뮬레이션 값을 입력하여 스프링 구조를 분석한다. 본 연구에서는 스프링 부하의 43 kg, 93 kg 및 56 kg 세 가지 경우 즉, 150 mm 스프링 디플렉션에 부합하도록 집중적으로 관찰하였다. 결과적으로, $1,000^{\circ}C$ 가열조건 하에서 5분 후에 스프링 부하가 10 kg 감소했다. 시뮬레이션 결과는 연소 시간 변화에 따라 스프링의 부하와 탄성을 예측하고 추정할 수 있었다. 또한, 연구의 결과는 폭연방지기의 제조자들에게 역화방지장치뿐만 아니라 스프링의 설계를 최적화하기 위한 참고 자료로 활용할 수 있다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제27권6호
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• pp.811-824
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• 1995

CANDU 핵연료봉의 휨 열적 휨 멘트와 수력학적 견인력 및 기계적 하중에 기인하는 휨 모멘트에 의하여 일어난다. 여기서, 연료봉 휨은 연료봉 축방향 중심선으로부터의 측면 처짐으로 정의한다. 본 논문에서는 연료봉 축방향 중심선에 대한 비대칭 온도불포에 의해 핵연료 피복관 자체와 피복관과 소결체의 상호작용 부위에서 발생하는 열적 휨만을 취급한다. 이를 위해 1).소결체와 피복관사이의 기계적 상호작용을 무시한 조건에서의 핵연료 피복관의 휨과 2) 소결체와 피복관의 온도 변화에 기인하여 발생하는 소결체와 피복관 사이의 기계적 상호작용을 고려한 조건에서의 연료봉 휨을 혼합 고려하고, 각각에서 피복관의 비대칭 온도분포가 (i) 냉각재의 불완전한 혼합에 따른 비균질 냉각재 온도, (ii) 핵연료 피복관과 냉각재 사이의 비균질한 열전달 계수, (iii) 핵연료내 반경 방향으로의 중성자속 감쇄에 의한 비대칭 열 발생 등의 복합적효과에 의해 발생되는 것으로 고려하여 피복관의 대칭온도 분포까지 포함 할 수 있는 열적 휨의 일반적 해석 공식을 제시하였다. 본 휨 공식에 사용되는 모든 변수에 대한 민감도 분석을 통해, 핵연료봉 길이, 피복관 내경, 냉각재 평균 온도 및 변화 인자, 소결체 -피복관 기계적 상호 작용 인자, 중성자속 감쇄 인자, 핵연료 열팽창 계수, 피복관-냉각재 열전도 계수 등의 변화가 피복관 두께, 피복관-냉각재 열전달 계수, 피복관 열팽창 계수, 핵연료-피복관 열전달 계수 등의 변화보다 핵연료봉의 열적 휨에 상대적으로 더욱 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.1731-1741
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• 2014

교통수요의 증가에 따른 교통혼잡을 피하기 위하여 고가도로와 고속도로, 경전철 등이 활발히 건설되고 있으며, 이에 따라 접속부 등과 같은 곡률반경이 작은 곡선교 구간의 발생이 증가하고 있다. 초기에는 직선형의 주형을 연결하여 곡선을 이루는 방법을 사용하였으나, 공사비의 증가와 미관성 측면에서 용이하지 않아 강재를 사용한 곡선주형이 개발되어 적용되고 있다. 강재의 특성상 기하학적인 형상을 구현하는데 상대적으로 손쉽기 때문에 대부분의 곡선교에서는 강재를 이용한 강박스 거더교를 주로 사용하고 있다. 그러나 강박스 거더교는 초기 공사비가 고가이고, 도장과 같은 지속적인 유지관리가 필요한 문제점을 가지고 있다. 최근에는 I형 강재 플레이트 거더를 사용하는 방법이 활발히 연구되고 있으나 곡선 I형상의 특성상 개단면이고 얇은 플레이트를 사용하기 때문에 비틀림 강성이 매우 작아 안전성에 문제가 있는 것으로 지적되고 있다. 이러한 곡선강교의 대안으로 경제성과 안전성이 확보되는 프리캐스트 PSC 곡선거더가 제시되고 있다. 이에 본 연구에서는 프리캐스트 PSC 곡선거더를 효율적으로 제작할 수 있는 스마트 몰드 시스템을 개발하고 이를 적용한 2주형 40m 실물교량의 정적 휨 파괴 실험을 통하여 안전성을 확인하고자 한다. 제작단계에서 단일 거더는 곡률반경에 의해 거더의 전도에 대한 안정성이 문제가 있으나 가로보로 연결된 멀티거더는 하중분배가 적절히 이루어지며 안정성이 확보되는 것으로 나타났다. 정적구조 실험결과에서는 균열하중(1,400 kN)이 설계하중(450 kN)의 약 3배 이상 높은 것으로 나타났으며, 허용처짐량에 해당하는 하중은 설계하중의 4배인 1,800 kN에서 발생하여 사용성과 안전성이 모두 확보되는 것으로 나타났다.