• Geomechanics and Engineering
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• 제27권5호
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• pp.433-445
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• 2021

Artificial ground freezing (AGF) is a commonly used geotechnical support technique that can be applied in any soil type and has low environmental impact. Experimental and numerical investigations have been conducted to optimize AGF for application in diverse scenarios. Precise simulation of groundwater flow is crucial to improving the reliability these investigations' results. Previous experimental research has mostly considered horizontal seepage flow, which does not allow accurate calculation of the groundwater flow velocity due to spatial variation of the piezometric head. This study adopted vertical seepage flow-which can maintain a constant cross-sectional area-to eliminate the limitations of using horizontal seepage flow. The closure time is a measure of the time taken for an impermeable layer to begin to form, this being the time for a frozen soil-ice wall to start forming adjacent to the freeze pipes; this is of great importance to applied AGF. This study reports verification of the reliability of our experimental apparatus and measurement system using only water, because temperature data could be measured while freezing was observed visually. Subsequent experimental AFG tests with saturated sandy soil were also performed. From the experimental results, a method of estimating closure time is proposed using the inflection point in the thermal conductivity difference between pore water and pore ice. It is expected that this estimation method will be highly applicable in the field. A further parametric study assessed factors influencing the closure time using a two-dimensional coupled thermo-hydraulic numerical analysis model that can simulate the AGF of saturated sandy soil considering groundwater flow. It shows that the closure time is affected by factors such as hydraulic gradient, unfrozen permeability, particle thermal conductivity, and freezing temperature. Among these factors, changes in the unfrozen permeability and particle thermal conductivity have less effect on the formation of frozen soil-ice walls when the freezing temperature is sufficiently low.

• 대한조선학회논문집
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• 제60권6호
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• pp.424-432
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• 2023

This study deals with the design of a safety device around a leisure boat propeller. The safety device is to be designed to minimize performance degradation attached to propulsors in coastal waters. These devices, important for preventing propeller accidents, negatively gives influence boat performance, especially at higher speeds. In order to minimize the negative effect, the accelerating ducts, normally used in ESDs (Energy Saving Devices) have been chosen as a safety device. The present study aims to design an optimal duct (minimizing negative effect) through the parametric study. Based on the Marine 19A nozzle, the nozzle's thickness and angle were varied to obtain the optimum parameter in the preliminary design by the computational fluid dynamics program Star-CCM+ Ver. 15.02. In the detailed design, a NACA 4-digit Airfoil shape resembling the Marine 19A by modification at the trailing edge was chosen and the optimum shape was chosen according to variation of camber, thickness, and incidence angle for optimization. The optimally designed duct shows a speed decrease of about 10% in the sea trial result, which is much smaller than the normal speed decrease of at least 30%. The present designing method can give wide applications to the leisure boat because the wake is almost the same due to using the outboard propulsor.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.750-758
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• 2016

일반적으로 시스템을 강성체로 설계할 경우 시스템의 구조적 안정성을 확보할 수 있으나 유리잔을 잡거나 작은 수술용 도구로 사용하는 등의 사용용도에 따라 활용성이 제한될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 유연한 재질을 사용하여 강성조절이 가능한 메커니즘에 대한 연구가 다양하게 이루어져 왔다. 기존에 연구했던 강성체와 연성체의 연속구조로 이루어진 모델에 텐던을 삽입한 구조를 이용한 가변강성 메커니즘을 통하여 가변강성 구조체에 대한 가능성을 확인하였다. 그러나 필요로 하는 가변강성을 충족하기 위한 구조체의 설계 변수에 대한 연구가 필요하였다. 따라서 본 연구에서는 가변강성 메커니즘의 다양한 변수 변화에 따른 강성변화 실험을 통해 강성의 경향성을 파악하고자 하였다. 실험 결과 지름이 클수록 강성은 증가하며 강성의 증가폭 또한 늘어난다. 또한 연성체 길이가 짧을수록 강성이 증가하며 텐던을 당겨 연성체를 압착할 경우 강성값은 비선형적으로 증가하였다. 동일 조건에서 연성체 길이변화에 따른 강성 증가폭과 강성체의 길이 변화에 따른 강성 증가폭을 비교하였을 때 연성체 길이 변화가 강성체 길이 변화 보다 강성값 변화에 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 또한, 해석값이 실험값에 비하여 정확성은 낮지만, 가변강성의 경향성을 확인하기 위하여 해석적인 방법을 통한 강성을 예측해보았다. 이러한 변수변화 실험 결과는 필요로 하는 강성값을 충족하는 가변강성 메커니즘 설계에 활용할 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제30권5호
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• pp.496-507
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• 2020

EPB TBM의 굴진성능 예측은 터널 시공성 향상을 위해 매우 중요하며, 따라서 현재까지 TBM 굴진을 수치 해석적으로 모사하기 위한 다양한 시도들이 이루어져 왔다. 본 논문에서는 EPB TBM의 운전조건에 따른 굴진성능을 평가하기 위해 개별요소법(DEM, discrete element method)과 유한차분법(FDM, finite difference method)을 연계한 수치해석 모델을 사용하여 운전조건을 변경해가며 매개변수 해석을 수행하였다. 해석은 커터헤드의 회전속도를 2 rpm으로 일정하게 유지한 상태에서 굴진속도를 0.5, 1.0 mm/sec, 스크류 컨베이어의 회전속도를 5, 15, 25 rpm으로 조건을 변경해가며 수행되었다. 운전조건의 변화에 따라 측정되는 토크, 추력, 챔버압, 배토량을 비교하였으며 매개변수 해석 결과를 통해 개별요소법-유한차분법 연계 TBM 굴진해석 모델을 사용하여 최적 TBM 운전조건을 예측할 수 있음을 나타냈다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권12호
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• pp.45-65
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• 2022

본 논문에서는 유한차분해석 프로그램인 FLAC을 이용하여 사질토 지반을 지지하는 지하연속벽을 모델링 하고, 내진해석을 수행하였다. 그리고 수치해석 결과를 동일한 조건에서 수행된 원심모형실험 결과와 비교하여, 흙막이 구조물의 내진해석을 위한 수치 모델링의 적정성을 검증하였다. 전반적으로 벽체에 발생한 모멘트 분포도가 매우 유사하였고, 지하연속벽의 상단과 배면지반에서 산정한 가속도의 최대값이 약 5%이내의 차이를 보이는 것으로 나타났다. 검증된 모델을 활용하여 다양한 지반조건과 굴착조건, 그리고 입력하중 조건에서 동적 수치해석 변수연구를 수행하였다. 지진 중 가시설 벽체와 지보재에 발생한 최대 응력을 굴착 중 발생한 최대 응력과 비교하여, 내진설계가 필요한 흙막이 가시설 조건을 개략적으로 선정하였다. 토사지반을 지지하는 흙막이 벽체는 재현주기 100년의 지진하중에 의해 벽체 모멘트가 최대 17%까지 증가하였고, 특히 느슨한 토사층에 위치한 지보재는 최대 32%까지 축력이 증가하여 구조설계를 위한 내진해석이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.81-91
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• 2006

파형 강판은 파형 형상으로 가공한 강판으로 교량, 건축물, 암거 등의 구조물에 많이 사용된다. 파형강판을 이용한 거더의 구조물 적용시 국부적인 면내 압축하중에 의해 크리플링현상이 발생할 수 있는데 높은 면외방향의 강성을 갖는 파형강판의 특성 때문에 보강재를 사용하지 않는 경우가 많이 있고 파형형상에 따라 지압하중의 경계조건이 달라진다. 몇 연구자들이 제형파형강판의 지압강도에 대한 연구를 하였으나 파형형상이 지압강도에 미치는 영향이 크게 고려되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 이에 따른 영향을 유한 요소해석법을 통하여 여러 가지 파형형상에 대한 변수해석을 하고 지압강도를 복부판 내하력과 플랜지 내하력으로 나누어 파형 형상과 지압강도와의 상관관계를 파악하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권1호
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• pp.61-66
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• 2010

최근 본 연구그룹은 국소적인 종횡비 증가를 기반으로 수평 분리벽 없이 검체의 3 차원 집속을 구현하는 3 차원 유체역학 집속 미세유체 장치(3D-HFMD)를 제안한 바 있다. 본 논문에서는, 다양한 형상 및 유동 조건에 따른 3D-HFMD 의 3 차원 유체역학 집속 거동 영향에 대한 연구를 수행하였다. 이에 3 차원 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해, 형상 및 유동 조건 변화에 대한 기존의 미세유체 장치와 본 연구 그룹이 제안한 3D-HFMD의 3 차원 유체역학 집속의 매개변수 연구를 수행하였다. 수행된 CFD 시뮬레이션 결과를 바탕으로 3 차원 집속을 위한 채널 형상 디자인 및 유동 조건을 제안하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권3호
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• pp.223-231
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• 2013

최근 구조물의 고층화, 대형화 및 장스팬 활용 등의 요구로 고강도 고성능 재료의 건축물과 교량에의 적용이 증가하는 추세이다. 본 논문은 고성능강(HSA800)의 건축구조용 재료 특성과 고성능강재를 사용한 부재의 설계 기준을 위한 기본적인 연구의 일부이다. 조립각형강관 기둥의 국부좌굴 거동과 현행 폭두께비 설계 제한치를 검토하기 위하여 다양한 폭두께비 변수를 계획하고, 단축압축실험을 실시하였다. 또한, 유한요소결과로 얻어낸 단주의 국부좌굴거동을 실험결과와 비교하였으며 검증된 해석모델을 이용하여 변수연구를 수행하였고 현행 설계기준의 적용성에 대해 검토하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제23권3호
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• pp.363-383
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• 2017

In cold-formed stainless steel lipped channel-sections, use of web openings for service purposes are becoming increasingly popular. Web openings, however, result in the sections becoming more susceptible to web crippling. This paper presents a finite element investigation into the web crippling strength of cold-formed stainless steel lipped channel-sections with circular web openings under the interior-two-flange (ITF) loading condition. The cases of web openings located centred and offset to the bearing plates are considered in this study. In order to take into account the influence of the circular web openings, a parametric study involving 2,220 finite element analyses was performed, covering duplex EN1.4462, austenitic EN1.4404 and ferritic EN1.4003 stainless steel grades. From the results of the parametric study, strength reduction factor equations are proposed. The strengths obtained from reduction factor equations are first compared to the strengths calculated from the equations recently proposed for cold-formed carbon steel lipped channel-sections. It is demonstrated that the strength reduction factor equations proposed for cold-formed carbon steel are unconservative for the stainless steel grades by up to 17%. New coefficients for web crippling strength reduction factor equations are then proposed that can be applied to all three stainless steel grades.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권1호
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• pp.95-103
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• 2009

교대나 교각 위 교량 슬래브 단부의 변형은 궤도 틀림이나 유지보수의 주요 원인이 되고 있으며, 특히 콘크리트 슬래브궤도가 설치되는 경우에는 궤도구조의 강성과 교량 슬래브와의 일체 성으로 레일 및 지지구조의 사용성에 심각한 영향을 미치는 변형과 추가하중이 발생하게 된다. 이번 연구에서는 교량 슬래브 단부 변형으로 인해 발생하는 궤도구조의 사용성에 영향을 미치는 인자를 파악하고 매개변수 해석을 통해 변수 별 영향 정도를 파악하였다. 연구 결과 단경간교 보다 연속교가 레일 지지점 하중 감소에 유리하고, 마지막 레일 지지점과 교량받침 사이 간격, 교량받침 강성, 체결구 강성이 사용성에 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다.