• 대기
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• 제23권4호
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• pp.527-538
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• 2013

In this study, climate over Korea based on the Historical scenario induced by HadGEM2-AO is simulated by WRF. For this purpose, a system that can be used be for numerical integration over the Far East Asian area of the center of the Korean Peninsula with 12.5 km-horizontal resolution was set-up at "Haebit", the early portion of KMA Supercomputer Unit-3. Using the system, the downscaling experiments were conducted for the period 1979-2010. The simulated results of HadGEM2-AO and WRF are presented in terms of 2 m-temperature and precipitation during boreal summer and winter of Historical for the period 1981~2005, compared with observation. As for the mean 2 m-temperature, the general patterns of HadGEM2-AO and WRF are similar with observation although WRF showed lower values than observation due to the systematic bias. WRF reproduced a feature of the terrain-following characteristics reasonably well owing to the increased horizontal resolution. Both of the models simulated the observed precipitation pattern for DJF than JJA reasonably, while the rainfall over the Korean Peninsula in JJA is less than observation. HadGEM2-AO in DJF 2 m-temperature and JJA precipitation has warm and dry biases over the Korean Peninsula, respectively. WRF showed cold bias over JJA 2 m-temperature and wet bias over DJF precipitation. The larger bias in WRF was attributed to the addition of HadGEM2-AO's bias to WRF's systematic bias. Spatial correlation analysis revealed that HadGEM2-AO and WRF had above 0.8 correlation coefficients except for JJA precipitation. In the EOF analysis, both models results explained basically same phase changes and variation as observation. Despite the difference in mean and bias fields for both models, the variabilities of the two models were almost similar with observation in many respects, implying that the downscaled results can be effectively used for the study of regional climate around the Korean Peninsula.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권10호
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• pp.985-993
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• 2015

자유피스톤 스털링 엔진(Free-piston Stirling Engine, FPSE)은 석유자원 고갈로 인한 에너지 비용 상승으로 활발하게 연구되고 있는 신재생 에너지와 폐에너지 회수를 위한 핵심 에너지 변환장치로 주목받고 있다. 기존 스털링 엔진은 두 개의 피스톤과 기구부로 구성되어 열에너지를 기계동력을 변환한다. FPSE 는 기존 스털링 엔진의 단점인 기구부를 제거하고 각각의 피스톤에 스프링을 연결하여 진동 시스템으로 구성된 엔진으로서, 올바른 엔진 설계 및 운전 제어를 위하여 정교한 동역학 성능 예측이 필수적이다. 본 논문에서는 FPSE 의 외부 부하를 고려한 동역학 성능 예측 모델을 제시하고 선형 및 비선형 해석을 통한 성능 예측 방법론을 제시하였다. 선형 해석은 고유치 해석을 통한 근궤적 선도를 이용하여 엔진의 작동점을 예측한다. 비선형 해석은 외부 부하 감쇠의 선형항과 비선형항을 고려하여 수치적분을 통해 엔진 피스톤의 진폭을 예측한다. 이러한 동역학 성능 데이터는 엔진 출력 성능 예측에 활용된다. 또한, 본 논문의 해석 모델은 대표적인 FPSE 인 RE-1000 의 실험결과 및 기존 해석 연구들과 비교/검증하여 신뢰성을 검토하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.9-16
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• 2020

본 연구는 쿨롱마찰을 갖는 동적시스템의 기초적인 연구로써 단자유도계의 자유진동응답에 대한 닫힌 해를 제공하는 것을 목적으로 한다. 쿨롱마찰을 포함하는 동적시스템의 운동방정식은 운동방향에 따른 마찰력의 부호변화로 인하여 비선형 미분방정식의 형태로 표현되기 때문에 닫힌 형태의 해를 얻기가 매우 어려운 특성이 있다. 이를 해결하기 위한 기존의 방법으로는 수치적분법에 의해 비선형 미분방정식을 직접 계산하거나 또는, 쿨롱마찰에 의한 감쇠효과를 등가점성감쇠로 치환한 선형 미분방정식을 이용하여 간접적으로 해를 구하는 방법이 사용되고 있다. 그러나 이러한 방법들은 수학적인 측면에서 닫힌 해를 제공하지 않는다. 따라서 본 연구에서는 운동방정식에서 반주기 구간마다 반전되는 마찰력의 부호변화를 고려하고, 이를 멱급수를 이용하여 전 구간으로 확장시킴으로써 쿨롱마찰을 고려한 단자유도계의 자유진동응답에 대해서 수학적으로 닫힌 해를 유도하였다. 또한, 마찰력의 크기가 강성에 의한 복원력의 크기보다 커지는 순간에 자유진동 운동이 정지하는 조건을 이용함으로써 주어진 초기조건에 대해서 예측되는 자유진동 반주기의 수와 운동이 정지하는 순간의 정확한 응답 값을 제안하였다

• Composites Research
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• 제13권5호
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• pp.50-59
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• 2000

본 논문에서는 복합재료 패널 플러터를 억제할 수 있는 두 가지 방법에 대해서 연구하였다. 첫번째, 능동제어 방법에서는 선형 제어 이론을 바탕으로 제어기를 설계하였으며 제어입력이 작동기에 가해진다. 여기서 작동기로는 PZT를 사용하였다. 두 번째, 인덕터와 저항으로 구성되어진 션트회로를 사용하여 시스템의 감쇠를 증가시킴으로써 패널 플러터를 억제할 수 있는 새로운 방법인 수동감쇠기법에 대한 연구가 수행되었다. 이 수동감쇠기법은 능동적 제어보다 강건(robust)하며 커다란 전원 공급이 필요하지 않고 제어기나 감지 시스템과 같이 복잡한 주변 기기가 필요 없이도 실제 패널 플러터 억제에 쉽게 응용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 최대의 작동력/감쇠 효과를 얻기 위해서 유전자 알고리듬을 사용하여 압전 세라믹의 형상과 위치를 결정하였다. 해밀턴 원리를 사용해서 지배 방정식을 유도하였으며, 기하학적 대변형을 고려하기 위해 von-Karman의 비선형 변형률-변위 관계식을 사용하였으며 공기력 이론으로는 준 정상 피스톤 1차 이론을 사용하였다. 4절점 4각형 평판 요소를 이용하여 이산화된 유한 요소 방정식을 유도하였다. 효율적인 플러터 억제를 위해 패널 플러터에 중요한 영향을 미치는 플러터 모드를 이용한 모드축약기법을 사용하였으며, 이를 통해 비선형 연계 모달 방정식이 얻어지게 된다. 능동적 제어 방법과 수동 감쇠 기법에 의해 수행되어진 플러터 억제 결과들을 Newmark 비선형 시분할 적분법을 통해 시간 영역에서 살펴 보았다.

• 한국정보과학회논문지:소프트웨어및응용
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• 제32권3호
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• pp.181-191
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• 2005

본 논문에서는 컴퓨터그래픽으로 구현된 인체에 착용되는 의류의 시뮬레이션을 위한 수치해석알고리즘 및 소프트웨어 개발을 수행하였다. 개발된 알고리즘은 수학적으로 elliptical 흑은 비순차적인 성질을 가지는 두 개의 켤레조화함수(conjugate harmonic functions)들을 사용하여, 지나간 시간단계(time step)에서의 견과에 의존하지 않고 매 순간의 역학적 균형만으로 의류에 형성되는 주름의 형태를 표현한다. Global-local 해석기법을 채택하여 global 스케일에서의 전체적인 변형과 local 스케일에서의 부분적인 변형으로 나누었으며, 이 두 가지 스케일에서의 해석 결과가 선형적으로 중첩될 수 있음을 가정하였다. Global 해석에서는 신체 각 부위의 회전이나 평행이동, 뒤틀림 등의 전반적인 변형에 따른 인체와의 접촉점의 변화와 응력을 고려하였다. Local 해석에서는 국소적인 주름의 형상을 얻기 위해 주름의 진폭등고선과 주름의 방향 사이의 직교성을 가정하여 단순화 시켰다. 본 제안 방법은 불연속적으로 변화하는 두 개의 서로 다른 자세에 대해서도 중간단계 해석을 위한 시간증분의 삽입이 불필요하며, 기존의 방식에서 주로 사용되는 시간적분의 방법을 채택하지 않으므로 연산 시간의 절감과 안정성의 향상이 이루어졌다. 임의의 두 자세 사이의 연속 동작을 시뮬레이션 함에 있어서도 두 정지 자세 사이의 움직임을 보간법으로 구현하여 연속적인 의류의 변형을 구현할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.92-100
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• 2011

본 연구는 실제 교량에서 차량 주행에 따른 가속도 계측 자료를 이용하여 교량의 고유진동수를 진동 모드별로 파악한 후, 수치 모델링을 통하여 유도된 동적하중에 따른 6차 모드까지의 고유진동수를 고려하여 처짐을 계산할 수 있는 산정식에 관한 것이다. 처짐 계산식은 모드중첩법에 의한 비감쇠 강제진동 이론을 이용하여 교량을 등속도로 이동하는 동적 주행하중에 의해 발생하는 처짐을 계산할 수 있도록 수치 모델링을 하였으며, 이를 검증하고 자동으로 계산할 수 있도록 하였다. 그리고, 제안된 처짐 계산식을 검증하기 위하여 콘크리트 교량을 대상으로 동적재하시험을 실시하여 처짐을 측정하고 이 값을 본 연구의 처짐 계산식의 결과와 비교하여 정확성 및 타당성 검증을 실시하였다. 이 결과, 본 연구에서 제시하는 처짐 계산식은 고유진동수를 고려하는 진동모드의 차수가 낮은 경우에 비교적 정확한 처짐을 예측하며, 주행속도에 따라서는 적용하는 진동 모드 차수에 의하여 처짐 예측의 정확도가 영향을 받는 것을 확인하였다. 그리고, 주행속도가 비교적 빠른 경우에 한하여 본 연구에서 제시하는 처짐 계산식은 진동 모드에 상관없이 비교적 정확하고 신뢰도가 양호한 계산 결과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 1995년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.111-121
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• 1995

교량의 내하력이나 건전도 평가에 있어서 중요한 역할을 하는 동적 매개변수들을 계측함에 있어서, 계측장치를 포함하는 적절한 계측계획 뿐만 아니라 계측된 자료를 처리하는 과정이 계측결과로부터 정확한 자료를 구하는 데 큰 영향을 미친다. 특히, 동적변위를 계측시 고정점을 확보할 수 없는 경우에는 변위계의 설치가 곤란하여 변위웅답의 계측에 어려움을 겪고 있으며, 가속도의 적분을 통해 이를 구하는 경우도 이산처리 과정에서 주요한 진동수 성분이 누락될 수 있어 실제 거동과 크게 다를 수 있다. 동적계측에서 주로 측정되는 가속도 기록에는 가속도계나 기록장비의 특성에 따라 또는 자료의 이산화 과정에서 오차들이 발생하게 된다. 계측기계의 특성에 따른 오차는 계측기 제작기술의 발달로 어느 정도 보정이 되고 있지만, 이산화 과정의 오차는 지금까지 정확한 보정을 하지 못해 가속도 기록을 이용하는 데 한계가 있었다. 따라서, 가속도 기록의 수치처리 과정에서 발생할 수 있는 오차가 언급되며, 특히 이산화 처리과정에서 표본화 주파수를 적절하게 선정할수 있는 방법을 제시한다. 제안된 방법을 이용할 경우, 동적하중에 따른 변위응답을 가속도 기록으로부터 정확하게 구할 수 있으므로, 교량 또는 동하중을 받는 대형 구조물의 건전도 평가에 크게 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.87-95
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• 2018

이 논문에서는 스펙트럴 요소법과 외연적 시간적분법을 이용해 SH파의 전파 거동을 계산하는 수치해석 기법을 제시한다. 2차원 영역에서의 탄성파 해석을 위해 해석영역을 유한 영역으로 한정하고 파동이 반사되지 않도록 수치적 파동흡수 경계조건인 perfectly matched layer(PML)를 도입하였다. PML이 포함된 시간영역 파동방정식의 유한요소해법을 위해 스펙트럴 요소법을 적용하였고 Legendre- Gauss-Lobatto 수치적분법을 사용하여 질량행렬을 대각화하였다. 2차 미분방정식 시스템의 파동방정식을 1차 미분방정식 시스템으로 변환하였고 병렬화를 통한 탄성파 해석 성능의 최적화를 위해 외연적 시간적분법인 4차 Runge-Kutta 방법을 이용해 해석영역에서의 변위응답을 계산하였다. 2차원 해석영역에서 SH파의 전파 거동을 계산하는 수치예제를 통해 제시한 외연적 스펙트럴 요소법의 정확성을 검증하였고 PML로 인한 반사파의 감쇠효과를 확인하였다. 외연적 시간적분법을 통한 탄성파 해석 기법은 3차원 영역과 같은 대규모 문제에서의 탄성파 수치해석을 효율적으로 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제25권1호
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• pp.125-135
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• 1993

안전하고 효율적인 원자력 발전소의 운전은 디지탈 기술을 이용한 발전소 자동화로 이루어질 수 있다는 인식과 함께 이같은 발전소 자동화는 차세대 원자력 발전소의 중요한 목표중의 하나가 되고 있다. 전체적인 발전소 수준의 자동화를 위해서는 일차적으로 각 주요 시스템에 대한 디지털화가 요구되며 본 논문에서는 증기발생기의 수위조절 시스템에 대해 연구하였다. 이를 위해 증기발생기의 열수력학적 모델을 이용하여 증기발생기에 작용하는 여러가지 입력과 수위와의 관계를 전달함수로 표시하였으며 이를 이용하여 기존의 발전소에서 사용되고 있는 3 요소 제어시스템을 검토하였다. 본 논문에서의 제어구성은 증기발생기 그 자체를 시스템내에 플랜트로서 포함시킨 것이기 때문에 전체적인 시스템 차수가 증가하며 디지탈 과정중 수치적 불안정이 야기된다. 이러한 문제와 아울러 저출력에서는 궤환신호로 작용하는 급수유량의 신뢰도가 작음을 고려하여 2 요소 제어시스템 및 그에 따른 디지탈 제어기에 대해 연구하였다. 이 시스템의 디지탈 비례적분제어기는 그 이득 및 적분시간상수가 초기출력에 따라 변하며 전체적인 시스템의 응답특성이 안정성 및 기타 제어 특성을 동시에 만족시키도록 하고 있다. 이러한 제어기를 사용한 2 요소 제어시스템은 초기출력에만 의존하므로 정의하기가 간단하며 또 이러한 시스템의 수위응답은 그에 대응하는 아날로그 시스템의 결과와 비슷함을 보이고 있다.

• 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.