• 한국항공우주학회지
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• 제48권1호
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• pp.23-33
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• 2020

본 연구에서는 표면 조도 분포가 항공기 결빙 수치 해석에 미치는 영향성에 대한 연구를 수행하였다. 기존의 항공기 결빙 해석 연구에서는 표면 조도의 크기에 초점이 맞춰져 있었으며, 표면조도의 효과 측면에서는 완전 난류 가정을 적용하여 난류 천이를 고려하지 못하고 있다. 또한 일부 연구에서, 표면 조도가 천이 과정에 미치는 영향이 선험적인 수식으로 나타났으나, 이러한 기법은 항공기 결빙 해석의 정확도를 낮추는 요인으로 여겨졌다. 따라서 본 연구에서는 표면 조도가 난류천이 및 열 경계층에 미치는 영향을 모두 고려할 수 있도록, 2-방정식 난류 모델을 기반으로 하는 난류 천이 모델을 적용하였다. 표면 조도의 효과를 고려할 수 있도록 표면 조도 증폭 파라미터를 수송 방정식 형태로 적용하였으며, 물리적인 특성을 고려하기 위해서 표면 조도 분포 모델을 적용하였다. 이를 검증하기 위하여 2차원 익형의 표면 조도, 대류 열전달 계수 및 결빙 형상을 획득하였으며, 실험 결과와 기존 기법들을 사용한 수치 해석 연구결과를 비교하였다. 그 결과, 앞전에서의 열전달 계수의 과도한 예측과 그에 따른 익형 아랫면에서의 얼음뿔 형상이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권11호
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• pp.893-900
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• 2021

본 연구에서는 산소의 흡수선을 검출하는 레이저 흡수 분광 시스템을 사용하여 좁은 시험 구간 내의 공기 밀도가 측정되었다. 13156.28과 13156.62 cm^-1에 존재하는 산소의 흡수선 한 쌍이 측정되었다. 높이 40 mm를 가지는 기체 챔버가 좁은 시험 구간으로 사용되었다. 레이저 진행 경로를 확장하여 흡수 세기를 증폭시키기 위해 삼각 나선 형태의 레이저 광경로가 기체 챔버 내에 구성되었다. 잘 알려진 로그 증폭기와 2차 증폭기를 사용하여 흡수선 신호를 전기적으로 증폭하였다. 로그 증폭기 이후 신호 포화 방지 및 노이즈 억제를 위해 AC 커플링이 적용되었다. 로그 증폭기 회로구성을 고려하여 출력 신호로부터 파수별 흡광도를 계산하는 과정이 소개되었다. 이론적으로 계산된 파수별 흡광도를 실험적으로 측정된 파수별 흡광도에 선 맞춤하여 공기의 밀도가 측정되었다. 부르돈 압력계를 사용하여 기체 챔버 내에 상온과 10~100 kPa 범위 내에서 다양한 압력을 가지는 시험 조건들이 만들어졌다. 삼각 나선 형태의 광경로 및 로그 증폭기를 사용한 흡수 신호 증폭을 통해, 16 %의 오차 이내에서 좁은 시험 구간의 공기 밀도가 측정될 수 있음이 확인되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.27-36
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• 2010

사질토의 상태정수를 현장시험으로부터 추정하기 위해 실내 챔버에 조성된 부산사에 대해 딜라토미터 시험을 수행하였다. 시험결과, 수평증폭계수($K_D/K_0$)와 상태정수($\Psi$)의 관계는 반대수축상에서 선형관계를 보였으나, 응력이력에 의한 잔류수평응력의 영향으로 과압밀 시료가 정규압밀 시료에 비하여 동일한 상태정수에서 수평증폭계수의 값이 작게 평가되었다. 유효응력으로 정규화된 딜라토미터 계수($E_D/\sigma_m'$)와 상태정수의 관계는 반대수축상에서 선형관계를 만족하였으며, 다소의 분산은 있으나 응력이력에 관계없이 하나의 관계식으로 표현 기능하였다. 다만 응력수준의 영향으로 과압밀 상태보다 정규압밀 상태의 분산이 약간 크게 발생되었으며 구속압이 증가할수록 관계곡선이 하향 이동하는 경향이 나타났다. 기존에 연구된 Ticino sand 및 Toyoura sand와 비교한 결과, $K_D/K_0-\Psi$ 관계는 혼재되어 분포하였으나, $E_D/\sigma_m'-\Psi$ 관계는 시료 압축성의 영향으로 Toyoura sand가 Ticino snad 및 부산사의 상부에 위치하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.287-301
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• 2009

최근 고성토 및 장지간 개착식 터널구조물의 구조적 안정성을 확보하기 위하여 리브 보강형 프리캐스트 아치 세그멘트를 이용한 개착식 터널공법이 연구 개발되어 시공되고 있다. 이러한 개착식 터널 구조물은 비개착식 터널 구조물에 비해 토피고가 상대적으로 작기 때문에 지진등에 의한 뒤채움 지반의 동적 거동에 의한 피해가 발생되는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 리브 보강형 프리캐스트 아치 개착 터널에 대한 내진 해석을 수행하여 지진동에 대한 리브 보강의 효과와 개착 터널의 동적 거동 특성을 분석하고자 하였다. FLAC2D를 이용하여 2차로 규모의 일반 현장타설 복개 아치 터널, 리브 보강형 프리캐스트 아치 복개 터널에 대한 동적 내진해석을 수행하였다. 또한 토피고, 굴착사면, 성토사면 조건에 따른 동적 거동특성을 비교 분석하였다. 리브 보강으로 인한 터널 구조물의 강성증가는 지표면으로 전달되는 지진동의 증폭현상을 감소시키는 것으로 평가된다. 합리적인 동적 내진해석을 통해 리브 보강형 프리캐스트 아치 복개 터널이 일반 현장 타설식 복개 터널보다 동적 하중에 대하여 보다 효과적임을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권4호
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• pp.295-306
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• 2010

암석과는 달리 절리암반은 변형률 의존적 변형특성(탄성계수 및 감쇠비)을 나타낸다. 탄성파를 이용한 현장실험을 통해 미소변형률 수준에서 암반의 최대탄성계수를 얻을 수 있으며 이를 내진 설계에 반영하고 있으나, 미소 변형률 이상의 중변형률($10^{-4}{\sim}0.5%$) 영역의 동적거동에 대한 실험적인 규명과 이에 대한 수치적 적용은 전무한 실정이다. 본 연구에서는 변형률 의존적 전단탄성계수 및 감쇠비의 비선형 거동 특성을 반영하여 동적해석을 수행할 수 있는 FLAC3D 해석 모듈을 개발하였다. 리커 웨이브의 파동 변화를 분석하여 개발된 모듈에 대한 검증을 수행하였다. 절리 암반의 탄성파 전파특성과 동적 거동특성을 모사할 수 있는 절리암반 공진주 시험장비를 통하여 현장에서 채취한 절리암반의 변형률 의존적 전단탄성 계수의 감쇠 특성과 감쇠비의 증폭 특성을 획득하였다. 개발된 비선형 해석 모듈에 실험으로부터 획득된 거동 특성을 반영하여 수직구와 사갱의 접속부에 대한 내진 안정성 평가를 수행하였다. 내진해석 결과, 비선형 해석이 선형 해석보다 더 큰 연직변위와 수평변위 결과를 나타냈다. 라이닝의 휨압축응력은 수직구과 사갱의 접속부에서 집중되는 것으로 나타났으며 비선형해석의 경우 라이닝에 더 큰 휨압축응력이 발생되는 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 변형률 의존적 절리암반의 비선형 거동특성을 보다 깊이 있게 이해하고 해석 및 설계시 고려할 수 있을 것으로 사료된다.

• 터널과지하공간
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• 제19권6호
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• pp.490-497
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• 2009

최근 발생한 5개의 중규모 지진으로부터 관측된 지반진동 파형을 이용하여 응답스펙트럼을 분석하고 결과를 국내 원자력 관련 구조물의 내진설계 기준과 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준과 각각 비교하였다. 연구에 이용된 지반진동 개수는 수평성분 및 수직성분 각각 74개 및 89개이며 주파수별 지반응답을 구하고 최대 지반 가속도 값를 이용하여 정규화 분석을 수행하였다. 본 연구결과를 국내 원자력시설물의 내진기준으로 이용되고 있는 Reg. Guide 1.60과 비교한 결과 특히 약 1 Hz 이상의 전체 고주파수 영역에서 수평 성분 스펙트럼 이 Reg. Guide 1.60 보다 높은 값을 보여 주었다. 수직성분은 약 7~8 Hz 부근에서 약간 초과하였다. 또한 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준인 표준 설계응답스펙트럼을 3개 지반조건에 적용한 결과를 분석 자료와 동시에 비교한 결과 특히 약 2초(0.5 Hz) 이하의 단주기 영역의 전체 대역(SE 지반조건)에서 수평 성분 자료처리 결과가 기준을 크게 초과하는 현상을 보여 주었다. 수직성분은 전체 주기 영역에서 SD 지반조건의 기준과 유사한 특징을 보여 주었다. 물론 이러한 현상은 국내 지각의 주파수별 감쇠 및 부지 직하부의 감쇠 특성 등과 복합적으로 관련되어 발생한 현상으로 판단된다. 향후 국내 지진활동 실정에 적합한 내진설계 기준 마련을 위해 관측자료의 질적 향상 및 양적인 축적 등을 통하여 특히 수평 성분의 약 1 Hz 이상의 고주파수 대역에서 응답스펙트럼 기준의 보수성을 심각하게 고려할 필요가 있다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권6호
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• pp.11-25
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• 2009

본 연구에서는 지진파의 푸리에 가속도스펙트럼(Fourier Acceleration Spectrum)에 기반한 계측진도 평가방법(Sokolov and Wald, 2002)을 국내에 적용하기 위해 국내 지진 MMI ${\leq}$ IV 범위에 대한 진도별 FAS 통계특성(평균과 표준편차) 모델을 기상청 발표 진도자료로 부터 도출된 65개 지진에 대한 등진도구역도(Isoseismal Maps)와 등진도구역도 상의 일관된 부지특성을 갖는 580개 수평성분 FAS 자료를 기반으로 경험적으로 도출하였다. 일관된 부지특성을 갖는 FAS는 특정 지진관측소에서 관측된 FAS를 국내 지반물성을 대표할 수 있는 D 등급관측소(연관희와 서정희, 2007)의 부지증폭특성을 갖도록 변환하여 도출하였다. 국내 지진의 MMI ${\leq}$ IV의 FAS 평균값은 로그영역에서 진도에 비례하는 선형성을 나타내었으며, 진도 IV에 대한 FAS 평균은 전 세계 모델과 유사한 특징을 보였다. 또한 진도 MMI ${\leq}$ IV의 FAS 표준편차는 진도 V 이상의 전 세계적인 모델의 표준편차 보다는 크게 평가되었으나, 진도 IV에 대한 전 세계적인 모델의 표준편차보다는 현저히 낮은 값을 나타내었다.

• 터널과지하공간
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• 제20권6호
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• pp.399-407
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• 2010

최근 발생한 19개의 중규모 지진으로부터 관측된 지반진동 파형을 이용하여 수평 응답스펙트럼을 분석하고 결과를 국내 원자력 관련 구조물의 내진설계 기준과 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준과 각각 비교하였다. 연구에 이용된 지반진동은 수평성분 130 개이며 고유진동수별 지반응답을 구하고 최대 지반 가속도 값을 이용하여 정규화 분석을 수행하였다. 연구결과에 의하면 진앙거리 의존성이 대단히 큼을 보여주었다. 또한 국내 원자력시설물의 내진기준으로 이용되고 있는 Reg. Guide 1.60과 비교한 결과 특히 약 5 Hz 이상의 높은 고유진동수 영역에서 Reg. Guide 1.60 보다 높은 값을 보여 주었다. 또한 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준인 표준 설계응답스펙트럼을 3개 지반조건에 적용한 결과를 분석 자료와 동시에 비교한 결과 약 0.3초 이하의 단주기 영역의 전체 대역(SD 지반조건)에서 수평 성분 자료처리 결과가 기준을 크게 초과하는 현상을 보여 주었다. 물론 이러한 현상은 국내 지각의 고유진동수별 감쇠 및 부지 직하부의 감쇠 특성 등과 복합적으로 관련되어 발생한 현상으로 판단된다. 향후 국내 지진활동 실정에 적합한 내진설계 기준 마련을 위해 관측자료의 질적향상 및 양적인 축적 등을 통하여 특히 수평 성분의 약 5 Hz 이상의 고주파수 대역에서 수평응답스펙트럼 기준의 보수성을 심각하게 고려할 필요가 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.583-603
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• 2023

최근 기계식 터널 굴착기술의 발전과 수압을 받는 해저철도 터널의 특성 상 쉴드TBM 공법이 해저철도 터널 설계 및 시공에 널리 적용되고 있다. 해저철도 터널은 일반적인 지중응력상태에서 거동하지 않고 외부 수압이 상시재하되는 상태이며 지진 시 지진파의 증폭에 의한 영향을 받게 된다. 특히 연약지반, 연약토사-암반 복합지반, 단층파쇄대 등 다양한 지반조건 하에서 작용하는 지진하중은 터널 변위 및 지보재 응력의 급격한 변화를 초래하여 터널 안전성에 큰 영향을 미친다. 또한 지진하중의 주기특성, 지진파형, 최대가속도 등의 재하조건에 따라 지반 및 터널의 동적 응답이 달라지며 이는 지반조건과 결합하여 더욱 복잡한 지반-터널 구조물계의 거동을 보여주게 된다. 본 연구에서는 해저철도 터널의 동적거동 평가를 위하여 수압을 고려하여 지반-터널 구조물계 전체를 유한차분해석 기법으로 모델링 하고 상호 지진 시 구조물 응답을 분석하였다. 해저철도 터널의 지진 시 동적 거동에 영향을 미치는 주요 인자는 지반조건과 지진파이므로 가상 지반조건에 따라 총 6가지의 해석 Case를 설정하였다. 가상 지반조건은 해석 대상영역의 지반이 모두 토사(풍화토)인 경우(Case-1), 모두 암반(경암)인 경우(Case-2), 터널 진행방향(종방향)으로 토사와 암반의 복합지반인 경우(Case-3), 암반 내 폭이 상대적으로 좁은 파쇄대(w = 2.0 m)를 터널이 통과하는 경우(Case-4), 터널 진행방향(종방향)으로 연약토사와 암반의 복합지반인 경우(Case-5), 암반 내 폭이 상대적으로 넓은 파쇄대(w = 10.0 m)를 터널이 통과하는 경우(Case-6)으로 구분하여 각각 모델링을 수행하였다. 해석 결과 지진에 의한 수평변위는 지반물성 증가에 따라 커지는 경향을 나타내었으나 주변 지반의 구속효과와 강성 세그먼트로 결합된 쉴드터널 구조물의 특성으로 인하여 다소 억제되는 경향도 함께 관찰되었다. 세그먼트의 부재력은 변위 발생 경향과는 달리 지반 강성이 약할수록 현저히 증가하는 경향을 나타내었으며 오히려 변위 억제 효과에 따른 부재력 증가가 뚜렷하게 관찰되는 특성을 확인하였다.