• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권12호
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• pp.120-127
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• 2016

본 연구에서는 수문의 설치방향에 따른 최적의 설치방향을 규명하기 위하여, 모형 제작에 의한 수문 진동실험을 수행하고, 진동특성이 연구되어진다. 47.5m 원형게이트가 아크릴을 사용하여 1:31 축척으로 제작되고, 납으로 질량이 보완된다. 먼저 모형을 검증하기 위하여 모형의 고유진동수가 측정되고, 원형 수문의 유한요소 해석 값으로 부터 환산된 고유진동수와 비교된다. 모형은 1.6m 폭을 갖는 콘크리트 수로에서 정방향과 역방향 설치에 따른 각각의 실험이 이루어 졌다. 각 방향 실험에서는 수문 개방고와 상하류 수위에 따른 여러 조건에서 수직진동이 측정되어 졌다. 실험결과를 바탕으로 정뱡향과 역방향 설치에 대한 진동현상을 서로 비교 분석하였다. 정방향 모형은 수문이 많이 열렸을 때 하단부의 수평트러스 부재를 치는 뒤돌아 치는 와류에 의하여 진동이 크게 발생하였고, 작은 개방고에서 suction force에 의한 진동이 발생하였다. 그러나 역방향 모형에서는 이러한 현상이 발생하지 않는다. 마지막으로 95m 수문의 진동실험결과와 본 47.m의 실험결과를 같이 비교하여 평가하였다. 실험결과 여러 실험 조건에서 진동이 작게 측정되는 역방향 배치 모형이 더 합리적인 것으로 분석되었다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.105-115
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• 2010

최근 초고층 건축물은 비정형적 외관을 갖는 랜드 마크적인 역할과 택지의 효율적인 사용을 위한 수직 도시 기능을 수행한다. 건축물의 외관은 비정형적인 요소로서 3T형태(Twisted, Tilted, Tapered)의 설계안들이 대부분 제안되고 있으며, 세장한 형태의 형상비를 만족하기 위한 새로운 구조시스템의 연구 개발이 활발히 진행 중이다. 다이아그리드 시스템의 하중 전달 메커니즘은 대각 가새(Diagrid)의 삼각형 형상에 기인하여 중력하중 뿐만 아니라 횡하중을 전달하기 때문에 대부분의 기둥이 제거되게 된다. 또한 대각 가새의 축방향 거동(인장/압축)에 의해 전단력을 전달하여 전단 변형이 최소화되기 때문에 기둥이 전단력을 전달하던 기존 방식에 비해 비정형적인 외관에 쉽게 대응할 수 있는 구조시스템이다. 본 연구에서는 싸이클론 타워의 건축 계획안을 바탕으로 접합부 디테일 선정 과정과 접합부의 구조안전성을 유한요소해석을 통해 검증하였다. 이를 통해 응력집중 완화 방안을 제시하여 적절한 캡 플레이트 두께와 캡플레이트 확장 길이를 제시하여 응력집중 현상을 완화하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제2권3호
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• pp.1-13
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• 1982

원구멍과 타원구멍을 갖는 두 개의 강판(鋼板)에 완전교번하중(完全交番荷重)(completely reversed load, completely alternating load ;같은 크기의 인장(引張) 압축(壓縮)의 반복)을 가할 때 유한요소법(有限要素法)을 써서 강복요소(降伏要素)가 발생하는 단계마다 각 절점(節點)의 변위(變位), 각 요소(要素)의 응력(應力) 및 변형률(變形率), 하중(荷重)의 크기 등을 계산하여 파괴력학적(破壞力學的)인 검토를 행하였다. 이로부터, 강판(鋼板)의 파괴기구(破壞機構)를 밝히는 데에 핵심이 된다고 생각되는 응력확대계수(應力擴大係數)를 계산할 수 있는 토대가 마련되었으며, 흠선단(先端)의 응력집중(應力集中)현상과 소성역(塑性域)의 변화과정이 밝혀졌다. 또, 재하(載荷) 중에 강복(降伏)을 경험한 부분에서는 강하(降荷)때에 영구변형(永久變形)(잔류변형(殘留變形))이 남게 되고 이것이 나머지의 제하(除荷)를 구속(拘束)하여 반대방향의 재하(載荷)의 효과를 일으킴으로서 흠선단(先端)에 가까운 부분에는 인장(引張) 후의 제하(除荷) 때에 심지어 압축재강복(壓縮再降伏)까지, 압축(壓縮) 후의 제하(除荷) 때에는 심지어 인장재강복(引張再降伏)까지 일으키며 이들이 인장(引張) 및 압축(壓縮)의 재하(載荷) 중의 강복(降伏)과 교번(交番)으로 반복됨으로써 흠선단(先端)에 파로(波勞)현상을 초래하게 된다는 사실을 예견할 수 있었다. 아울러 흠이 원구멍일 때와 타원구멍일 때의 계산결과를 비교하여 홈이 예리한 균열에 가까워질수록 빨리 파괴에 달하게 된다는 사실을 확인할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.106-111
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• 2017

본 연구에서는 해양구조물의 상부(top side) 구조물을 설치할 때 필요한 장치인 LMU(Leg Mating Unit)의 강성을 구조해석을 통하여 검토하였다. 이것은 구조물의 지지 점에 장착되어 설치 시 충격을 흡수하고 안정적으로 구조물을 지지하는 데 사용된다. LMU는 가운데가 비어있는 원통형 구조로서 수직 하중을 지지하기 위해서 일래스토머릭 베어링(Elastomeric Bearing, 이하 EB)과 철판을 여러 층으로 적층한다. EB의 강성은 기본적으로 베어링의 크기에 영향을 받지만, 동일한 크기에서도 내부 보강판의 적층 수에 따라 강성이 변하게 된다. 일반적으로 보강판과 압축 강성 사이의 관계를 분석하여 적합한 설계를 한다. EB의 강성은 변위를 제어하면서 반력을 산출하는 방식으로 분석을 한다. 먼저 보강판의 크기와 압축 강성 관계를 검토하고, 보강판의 적층 수와 압축 강성 관계를 검토한다. LMU는 장착되는 지점마다 다른 하중이 요구된다. 해석을 통해 각 지점에서 동일한 변형이 발생하도록 압축 강성을 다르게 설계하는 것이 목표이다. 본 연구의 유한요소해석을 위하여 상용 프로그램인 ANSYS를 이용하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.83-91
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• 2017

말뚝지지 전면기초에서 침하량을 산정할 경우 기초판-말뚝-지반간 상호작용을 고려해야 하며, 단순 해석법으로는 이러한 복잡한 상호작용을 고려하여 해석하는 것이 어렵다. 본 연구에서는 말뚝지지 전면기초의 침하량 해석을 위해 기초판-말뚝-지반간 상호작용을 고려한 근사해석법(HDPR)을 개발하였다. 기초판은 Mindlin 판이론을 이용하여 유한요소로 모델링 하였고, 지반 및 말뚝은 기초판에 연결된 스프링으로 모델링되었다. 지반 스프링의 경우 다층지반을 고려한 선형 스프링을 적용하였고, 말뚝은 비선형 스프링을 적용하였으며, 각각의 스프링은 기초판-말뚝-지반간 상호작용이 반영되었다. 본 연구에서의 해석기법 검증을 위해 3차원 유한요소해석, 기존에 개발된 근사해석방법 및 실제 현장 계측결과와 비교분석을 수행하였다. 그 결과, 개발된 기법이 말뚝 및 기초판의 침하량을 합리적으로 예측하는 것으로 나타났다. 이를 통해 실제 말뚝지지 전면기초 해석 및 설계 시 실용적인 측면에서 적용이 가능함을 확인할 수 있었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제12권1호
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• pp.67-74
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• 2006

선체를 구성하는 판부재는 일반적으로 면내하중과 횡하중의 조합하중이 작용하게 된다. 면내하중으로서는 주로 전체적인 선체거더의 휨과 비틀림에 의한 압축하중 및 전단하중이 있다. 횡하중은 수압과 화물압력에 의해서 작용하게 된다. 이러한 하중의 요소들은 항상 동시에 작용하는 것은 아니지만 한 개 이상의 하중이 존재하고 상호작용하게 된다. 그러므로, 좀 더 합리적이고 안정적인 선박구조의 설계를 위해서는 이러한 조합하중이 선체판에 작용할 경우에 발생하게 되는 좌굴 및 최종강도거동의 상호관계를 좀 더 자세히 분석할 필요가 있다. 실제로 선체판은 슬래밍과 팬팅과 같은 충격하중을 제외하고는 상대적으로 작은 수압이 작용하게 된다. 본 연구에서는 조합하중을 받는 선체판부재의 거동에 있어서 최종한계상태 설계법에 기반을 둔 탄소성대변형 유한요소해석을 수행하였다. 본 연구에서는 압축하중과 횡하중이 판부재에 작용하였을 경우 횡하중의 크기에 따른 2차좌굴 거동의 영향을 탄소성대변형 유한요소해석(ANSYS)으로 분석하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.122-129
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• 1997

외판곡가공 과정의 역학적해석에 사용되는 열탄소성 해석은 계산시간이 많이 소요된다. 선상가열작업의 최적공정을 구하기 위하여는 시뮬레이션과 유한요소해석 사이에 상당수의 반복계산이 필요하다. 그러므로 요구되는 천문학적인 계산시간으로 인하여 선상가열의 수치시뮬레이션은 많은 제약을 받고 있다. 따라서 선상가열의 시뮬레이션에 소요되는 역학해석 계산시간을 크게 줄이는 방안이 필요하다. 외판곡가공에서의 역학적 정보를 효율적으로 구하기 위하여, 본 논문에서는 먼저 선상 가열 작업에 영향을 끼치는 요소들을 살펴보았으며, 역전파 방식의 인공 신경망을 이용하여 일종의 추론기구를 구현하였다. 신경망은 은닉층의 갯수와 은닉층에 있는 뉴런의 갯수를 바꿔 주며 수치해석 결과들을 학습시켰다. 그 결과 두개의 은닉층을 가진 인공 신경망의 경우 각 은닉층에 뉴런의 갯수가 충분하다면 학습 예제들을 쉽게 학습하였고, 또 학습된 결과로부터 새로운 해를 도출해 낼 때 그 값은 실제 값과 비교해 볼 때 비교적 작은 오차를 보였다. 결과적으로 구하고자 하는 문제영역 근처에 충분한 학습 예제가 마련된다면 비교적 실제 값에 근사하는 결과를 보인다는 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여, 수치해석결과의 학습방법을 기초로한 인공신경망은 곡면가공의 시뮬레이션단계에서 필요한 역학적 해석정보의 경제적인 산출에 적용가능함이 확인되었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권7호
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• pp.1259-1266
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• 2022

최근, 구조설계 기준 및 평가방법의 전문화로 인하여, 선급 규칙의 통합화가 이뤄졌었다. 그 좋은 일례가 국제공통규칙(CSR, Common Structural Rule)이다. 그러나, 종강도 하중이 크게 작용하는 화물창 구역에만 국한하여 세부규정이 제시되어 있고, 선수와 선미부 구조에는 별다른 평가 지침이 없다. 언급한 구역의 구조설계는 조선사의 설계 경험에 의존하여 진행하고 있으며, 선급에서도 명확한 기준이 없으므로 구조 손상 문제가 발생하더라도 근본적인 원인을 파악하기가 힘들다. 본 연구에서는 선미부에 주로 발생하고 있는 좌굴 손상의 대표적인 사례에 대한 근본적인 원인을 파악하기 위한 엔지니어링 기반의 해법을 제시하였다. 유한요소해석 모델링 기반 구조 강도 검증을 위하여, 하중 조건, 경계조건, 모델링 방법 그리고 평가 기준에 대한 합리적인 해법을 제시하였다. 선미부에 작용하는 휨 모멘트에 의하여 높이 방향으로 압축하중에 의해서 좌굴이 발생할 가능성이 있으며, 좌굴 강성 증가를 위하여 판 두께 증가 혹은 수직 보강재의 추가가 필요하다. 앞으로도 이 결과는 유사 운반선의 선미부 구조 강도 검토 시 도움을 줄 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권6A호
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• pp.513-523
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• 2010

I-거더 형식의 연속교 교각 부근에서는 큰 부모멘트가 작용하게 되며 이로 인하여 소성힌지가 생성된다. 소성힌지가 형성됨에 따라 교각 부근의 부모멘트는 감소하게 되며, 정모멘트부의 휨모멘트는 반대로 증가하게 된다. 이러한 모멘트 재분배가 원활히 발생하기 위해서는 소성힌지가 충분한 휨연성 혹은 단면회전 능력을 가지고 있어야 한다. 하지만 고강도 강재에 있어 재료연성이 다소 떨어지는 경향이 있고, 재료의 항복응력이 증가할수록 I-거더의 탄성 변형량은 이에 비례하여 증가하므로, 소성변형 능력 및 휨연성이 감소하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 고강도 강재를 I-거더 형식의 연속교에 적용할 때 동일한 수준의 휨연성을 확보할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 유한요소해석 및 실험 연구를 통하여 항복강도 680 Mpa급 강재 적용 I-거더의 휨연성 평가 및 휨연성 확보 방안에 대하여 연구를 수행하였다. 연구 결과 재료의 인장 강도가 증가함에 따라 탄성 변형이 증가하며 소성 변형 능력이 저하됨으로 I-거더의 휨연성이 현저하게 감소하는 것으로 나타났으며, I-거더의 휨연성 확보를 위하여 부등간격으로 가로보를 배치하는 방안을 제안하였다. 최종적으로 가로보부등배치가 I-거더의 휨연성에 미치는 영향을 실험적으로 검증하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권4호
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• pp.363-371
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• 2023

한 척의 선박을 건조하기 위해서는 다양한 크기의 블록(block)들을 이동 및 탑재해야 한다. 이러한 과정에서 블록의 체결 방법 및 각 조선소 설비 특성에 맞는 다양한 기능에 부합하는 러그를 사용하고 있다. 블록 구조의 중량 및 형태에 따라서 러그의 크기와 형상이 다양하며, 샤클(shackle)이 체결되는 홀 주변에 부족한 강성을 보완하기 위하여 덧판(doubling pad)을 용접하여 구조를 보강한다. 리프팅(lifting) 조건별 러그의 설계를 하는 방법은 보 이론(beam theory)에 의한 수계산 방법과 유한요소해석 모델링을 이용한 구조해석을 수행하고 있다. 해석적 방법의 경우, 요소의 종류와 모델링 방법에 따라서 결과 차이가 발생하여 표준화된 평가법의 정립이 필요한 상황이다. 이러한 모호한 방법론 적용 시 블록의 이동 및 반전(turn-over) 과정 중에서 심각한 안전 문제를 유발할 가능성이 있다. 본 연구에서는 러그의 실제 탑재공정에 따른 구조 응답을 평가할 수 있는 모델링 조건, 평가법을 확정하고자 다양한 변수의 영향을 수치 구조해석을 통하여 비교 및 분석하였다. 러그 홀(hole) 주변 덧판부와 용접 비드(bead)를 표현한 모델링 기법이 가장 실제적인 거동 결과를 주고 있다. 실제 러그와 동일한 조건(용접부 비드만 주재료와 연결)의 모델링에 등가하중을 적용한 결과는 MPC 하중 적용 결과보다 낮은 최종강도를 나타낸다. 더불어 해석 시간 단축을 위해서 2차원 쉘(shell) 요소를 적용한 경우, 덧판 두께를 85% 수준으로 감소시켜서 안전사용하중을 예측할 수 있음을 확인하였다. 논문에서 검토한 다양한 변수의 영향들 결과는 러그 설계 및 안전사용하중 예측에 근거 자료로 활용될 것으로 기대된다.