• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제5권1호
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• pp.151-171
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• 2018

Transmission tower-line systems are commonly slender and generally possess a small stiffness and low structural damping. They are prone to impulsive excitations induced by cable rupture and may experience strong vibration. Excessive deformation and vibration of a transmission tower-line system subjected to cable rupture may induce a local destruction and even failure event. A little work has yet been carried out to evaluate the performance of transmission tower-line systems in mountain areas subjected to cable rupture. In addition, the control for cable rupture induced vibration of a transmission tower-line system has not been systematically conducted. In this regard, the dynamic response analysis of a transmission tower-line system in mountain areas subjected to cable rupture is conducted. Furthermore, the feasibility of using viscous fluid dampers to suppress the cable rupture-induced vibration is also investigated. The three dimensional (3D) finite element (FE) model of a transmission tower-line system is first established and the mathematical model of a mountain is developed to describe the equivalent scale and configuration of a mountain. The model of a tower-line-mountain system is developed by taking a real transmission tower-line system constructed in China as an example. The mechanical model for the dynamic interaction between the ground and transmission lines is proposed and the mechanical model of a viscous fluid damper is also presented. The equations of motion of the transmission tower-line system subjected to cable rupture without/with viscous fluid dampers are established. The field measurement is carried out to verify the analytical FE model and determine the damping ratios of the example transmission tower-line system. The dynamic analysis of the tower-line system is carried out to investigate structural performance under cable rupture and the validity of the proposed control approach based on viscous fluid dampers is examined. The made observations demonstrate that cable rupture may induce strong structural vibration and the implementation of viscous fluid dampers with optimal parameters can effectively suppress structural responses.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.31-38
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• 2010

본 연구에서는 교량 구조물-궤도 종방향 상호작용, 교량 구조물-차량 상호작용을 고려한 신뢰성 최적설계 방법을 제안하고, 알고리즘의 개발을 통하여 본 연구에서 제안한 방법의 효율성을 검증하였다. 구조해석 프로그램은 ABAQUS를 사용하였으며, 최적화 방법은 Automated Design Synthesis(ADS)에서 신뢰성면에서 우수한 ALM-BFGS방법을 사용하였다. 일반적으로 ALM-BFGS방법은 최적해 방향을 탐색하는데 있어 1방향 탐색을 하지 않으며 Push-Off Factor 값이 보통 0.1~0.2에서 대부분 수렴하나 본 연구에서는 'Heuristic Decision Method' 의하여 결정된 Push-Off Factor 값이 90일 때 1방향 탐색인 Golden Section Method의 적용이 필요하였으며, 알고리즘이 잘 수렴함을 확인하였다. 구조물-궤도 종방향 상호작용, 구조물-차량의 상호작용에 의한 응답을 제약조건으로 설정하여 단면 설계시 반영될 수 있도록 하였다. 본 연구는 구조물-궤도 종방향 상호작용 및 구조물-차량 상호작용을 고려한 설계기법에 대한 효율성 및 경제성을 증명하기 위하여 5${\times}$(1@50m) 2주형 강합성 거더교에 대한 최적설계를 수행하였으며, 본 연구에서 제안하는 상호작용을 고려하는 설계기법이 기존의 상호작용을 고려하지 않은 설계방법보다 경제적이며 효율적임을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.319-332
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• 2004

복합재료(FRP)는 재료적 고비강도, 고내구성 등으로 인하여 건설분야에 널리 사용되고 있어, 본 연구에서는 인발성형된 FRP 바닥판의 형상최적설계를 수행하였다. 최적설계의 정식화에서 목적함수는 단위모듈의 체적을 최소화하도록 하였으며, 설계변수는 바닥판 단면의 기하적 치수와 재료적 물성을 사용하였다. 반면 바닥판의 성능을 최대한 효율적으로 설계하기 위하여 설계 제약조건으로 처짐규정, 재료파괴 기준, 좌굴하중, 바닥판 최소두께와 응력을 사용하였다. 단면형상의 효율적 결정과 시공성을 고려하여 구조적 보조부재를 포함하지 않는 튜브 모양의 형상으로 제한하였으며, 최적화 알고리즘은 Index기법을 적용하여 수렴성을 극대화한 개선된 GAs를 사용하였다. 상용 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 구조해석 결과를 최적화 과정에 필요한 제약조건으로 활용하고, 민감도 분석을 수행하였다. 본 연구를 통하여 개발한 최적화 프로그램을 검증하기 위하여, 40m의 지간, 폭 12.14m에 주형 간격이 2.5m인 단순교를 대상으로 하였으며, 도로교 설계 기준을 만족하는 DB-24하중을 적용하였다. 복합재료의 재료로 E-glass섬유를 사용하였으며, 최적설계를 수행한 결과 인발성형공법에 의한 실용적인 단면을 제안하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권7호
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• pp.15-25
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• 2016

본 연구에서는 압밀을 고려한 고등 3차원 유한요소해석을 통하여 압밀이 진행 중인 지반에 근입된 단독말뚝 및 군말뚝의 거동을 연구하였다. 수치해석에서는 단독말뚝 및 말뚝 중심간의 간격이 2.5D인 $4{\times}4$ 및 $6{\times}6$ 군말뚝을 고려하였다. 여기서 D는 말뚝의 직경을 의미한다. 부마찰에 의한 말뚝의 침하 및 부마찰력은 압밀초기 단계에서 비교적 빠르게 발생하는 것으로 분석되었다. 그러나 압밀도가 50~75%를 초과하는 경우 말뚝의 침하 및 부마찰력의 증가량은 상대적으로 크지 않은 것으로 분석되었다. 성토층에서의 부마찰은 신속하게 발현되며 이후의 압밀 단계에서는 일정하게 유지된다. 말뚝에 작용하는 부마찰은 상대변위 및 유효지중응력에 좌우되는 것으로 분석되었다. 압밀 초기단계에서는 상대변위가 큰 영향을 미치는데 비해, 압밀 후반기에서는 유효지중응력이 큰 영향을 주는 것으로 분석되었다. 말뚝-인접지반에서의 전단응력 전이로 인해 말뚝과 인접한 흙의 유효수직응력이 감소하며 이러한 현상은 군말뚝에서 특히 현저하다. 부마찰이 영향을 미치는 영역의 범위는 흙의 유효수직응력의 분포를 고려할 경우 말뚝으로부터 수평으로 20D 정도 되는 것으로 분석되었다. 이에 비해 말뚝에 작용하는 유효수평응력은 far field 조건의 응력과 거의 유사한 것으로 분석되었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.207-216
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• 2013

콘크리트궤도가 부설된 철도교량 단부의 궤도구성품(레일 및 체결구)에는 교량 단부회전에 의해 상향력 및 압축력과 같은 궤도-교량의 상호작용력이 작용하여 손상 및 성능저하가 유발된다. 이러한 교량의 휨거동에 기인한 단부 궤도의 상호작용에 따른 문제를 해결하고자 본 연구에서는 횡단궤도시스템을 개발하고 그 성능을 입증하였다. 횡단궤도시스템의 구조안정성 검토를 위해 3차원 유한요소해석을 통한 시간이력해석을 실시하고 그 결과를 독일의 성능요구조건 및 관련기준과 비교하였다. 또한, 교량-궤도 상호작용 분석을 위한 시험체를 제작하여 실내시험을 수행하고 횡단궤도시스템의 적용 효과를 평가하였다. 연구결과 횡단궤도시스템의 정, 동적 구조안정성 및 횡단궤도 적용 후 교량 단부 궤도의 상호작용력(레일변위, 레일저부응력 및 체결구 응력)이 크게 저감될 수 있음을 실험적으로 입증하였다.

• 대한치과보철학회지
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• 제46권2호
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• pp.157-168
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• 2008

연구목적: 골유착성 임플랜트를 이용한 치료가 초기의 완전 무치악 증례에 도입된 이후 장기간의 임상 관찰 결과 높은 성공률이 보고되고 있으며, 점차 부분 무치악 및 단일치 상실 증례 등의 다양한 영역으로 확대되고 있다. 하지만 이러한 임플랜트에 가해지는 저작압은 임플랜트와 주위 골에 축 방향 힘 (axial force)과 다양한 측방 모멘트 (bending moments)를 일으키는데 이러한 응력의 적절한 분산이 치료의 성공에 큰 영향을 미치게 한다. 이번 연구의 목적은 하악 구치부가 부분 무치악일 때 외측연결 방식과 내측연결 방식의 임플랜트로 수복함에 있어 상부 보철물의 연결 (splinting)이 임플랜트와 주위 골로의 응력분산에 미치는 영향을 삼차원 유한요소 분석을 통해 비교해보고자 하였다. 연구재료 및 방법: 외측연결 방식과 내측연결 방식의 대표적인 2종의 임플랜트를 선정하였고 각각 8.5mm와 13mm 길이에 대하여 실험하였다. 임플랜트는 외측연결 방식을 대표하는 브레네막 시스템을, 내부연결 방식을 대표하는 ITI 임플랜트를 연구재료로 선택하였다. 각각의 임플랜트는 구치부에서 골양이 허용되는 한 추천되는 넓은 직경 (wide diameter)의 임플랜트 (4.8-5.3mm)를 이용하였다. 이러한 4종류의 임플랜트 모형에서 제1대구치와 제2대구치 금관의 연결 여부에 따라 총 8개의 실험 군으로 분류하였다. 하중은 수직하중 및 수평하중을 각각 100N씩 하악 제1대구치 임플랜트 보철부위 (금관부)에 가하였고 금관의 연결여부에 따라 임플랜트와 주위골에 응력이 분산되는 양상을 관찰하였다. 삼차원 유한요소분석을 위한 하악골모형 제작에는 Hypermesh (Altair Engineering Inc., Troy, MI, USA)를 사용하였고 응력해석을 위해서는 PAM-CRASH 2G version 2005 (ESI, France), 포스트프로세싱을 위해서는 PAM-VIEW version 2005 (ESI, France)을 이용하였다. 여러 응력값 중에서 대표적인 등가응력 (von Mises stress)을 이용하여서 응력분포를 비교분석하였다. 연구결과: 내부연결방식과 외부연결방식 모두 상부의 금관을 연결함에 따라 임플랜트와 주위골로 전해지는 응력값이 감소하였다. 그리고 응력값이 감소하는 정도는 외부연결방식에서 더 크게 나타났다. 하지만 두 방식 모두 금관연결에 따른 응력 감소 효과는 임플랜트 길이 증가에 의해 영향 받지는 않았다. 이번 실험에서 상부 보철물이 연결되지 않은 상태에서 제1대구치 부위에 수직방향 또는 수평방향의 하중을 가했을 때 외부연결방식에서 더 많은 양의 응력이 주변 피질골의 상부 좁은 부위로 전달되었다. 하지만 상부 보철물을 연결한 상태에서 하중을 가한 경우에는 외부연결방식에서 하중 측인 제1대구치 부위에서 나타나던 상부 피질골에서의 응력 집중이 많이 감소한 것을 보여주었다. 또 한 비하중 측인 제 2대구치 부위에서의 응력분산도 외부연결방식에서 더 많은 것으로 나타났다. 이에 비해 내부연결방식에서는 하중 측인 제 1대구치 부위에서 지대주 나사를 따라 높게 나타나던 응력값의 중등도 감소 효과를 나타내었고 연결된 제2대구치 부위로의 응력분산 효과도 작았다. 결론: 하악 구치부가 결손한 하악골에 내부연결방식과 외부연결방식을 대표하는 두 가지 종류의 임플랜트를 선택하여 상부 금관의 연결이 임플랜트와 주위 골의 응력 분산에 미치는 영향에 대하여 삼차원 유한요소분석을 하였다. 이러한 실험 결과를 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 8.5mm와 13mm에 대해서 응력 분포는 거의 동일하게 나타나고, von Mises stress 최대값 또한 거의 유사하였다. 2. 수직하중에서는 근심측에서 응력이 집중되었고 수평하중에서는 근, 원심측이 비슷한 크기의 응력을 보였다. 3. 내부연결방식에서는 지대주 나사의 벽면을 따라서 응력이 분산되는 양상을 보였으나 외부연결방식에서는 지대주에 눌리는 임플랜트 상부 부위에 응력이 집중되었다. 4. 금관을 연결함에 따라 임플랜트와 주위골로 전달되는 응력 값은 두 방식 모두 감소하는 모습을 보였으나 응력 값이 감소하는 정도는 내부연결방식에 비해 외부연결방식에서 더 크게 나타났다.

• 구강회복응용과학지
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• 제23권1호
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• pp.55-68
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• 2007

The purpose of this study was to analyze the distribution of stress in the surrounding bone around implant placed in the first and second molar region. Two different three-dimensional finite element model were designed according to vertical bone level around fixture ($4.0mm{\times}11.5mm$) on the second molar region. A mandibular segment containing two implant-abutments and a two-unit bridge system was molded as a cancellous core surrounded by a 2mm cortical layer. The mesial and distal section planes of the model were not covered by cortical bone and were constrained in all directions at the nodes. Two vertical loads and oblique loads of 200 N were applied at the center of occlusal surface (load A) or at a position of 2mm apart buccally from the center (load B). Von-Mises stresses were analyzed in the supporting bone. The results were as follows; 1. With the vertical load at the center of occlusal surface, the stress pattern on the cortical and cancellous bones around the implant on model 1 and 2 was changed, while the stress pattern on the cancellous bone with oblique load was not. 2. With the vertical load at the center of occlusal surface, the maximum von-Mises stress appeared in the outer distal side of the cortical bone on Model 1 and 2, while the maximum von-Mises stress appeared in the distal and lingual distal side of the cortical bone with oblique load. 3. With the vertical load at a position of 2 mm apart buccally from the center, there was the distribution of stress on the upper portion of the implant-bone interface and the cortical bone except for the cancellous bone, while there was a distribution of stress on the cancellous bones at the apical and lingual sides around the fixture and on the cortical bone with oblique load. 4. With the changes of the supporting bone on the second molar area, the stress pattern on the upper part of the cortical bone between two implants was changed, while the stress pattern on the cancellous bone was not. The results of this study suggest that establishing the optimum occlusal contact considering the direction and position of the load from the standpoint of stress distribution of surrounding bone will be clinically useful.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제13권6호
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• pp.2402-2411
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• 2018

Fluoronitriles-$CO_2$ gas mixtures are promising alternatives to $SF_6$ in environmentally-friendly gas-insulated transmission lines (GILs). Insulating gas heat transfer characteristics are of major significance for the current-carrying capacity design and operational state monitoring of GILs. In this paper, a three-dimensional calculation model was established for a GIL using the thermal-fluid coupled finite element method. The calculated results showed close agreement with experimentally measured data. The temperature distribution of a GIL filled with the Fluoronitriles-$CO_2$ mixture was obtained and compared with those of GILs filled with $CO_2$ and $SF_6$. Furthermore, the effects of the mixture ratio of the component gases and the gas pressure on the temperature rise and current-carrying capacity of the GIL were analyzed. Results indicated that the heat transfer performance of the Fluoronitriles-$CO_2$ gas mixture was better than that of $CO_2$ but worse than that of $SF_6$. When compared with $SF_6$, use of the Fluoronitriles-$CO_2$ gas mixture caused a reduction in the GIL's current-carrying capacity. In addition, increasing the Fluoronitriles gas component ratio or increasing the pressure of the insulating gas mixture could improve the heat dissipation and current-carrying capacity of the GIL. These research results can be used to design environmentally-friendly GILs containing Fluoronitriles-$CO_2$ gas mixtures.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.5-16
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• 2017

본 연구에서는 압밀을 고려한 고등 3차원 유한요소해석을 통하여 압밀이 진행중인 지반에 근입된 단독말뚝의 거동을 지배하는 주요인자에 대한 검토를 실시하였다. 일반적으로 실무에서 고려되는 최소 및 최대 범위의 성토고 및 연약지반의 탄성계수를 가정하여 단독말뚝을 고려하였다. 성토고가 높을수록 그리고 점토의 탄성계수가 작을수록 말뚝에 작용하는 부마찰은 증가하는 것으로 나타났으며, 부마찰력 및 침하는 성토고 보다는 점토의 탄성계수에 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 부마찰에 의한 말뚝의 부마찰력 및 침하는 압밀 초기 단계에서 비교적 빠르게 발생하는 것으로 분석되었다. 정마찰은 압밀 초기에는 발현되지 않았다가 압밀도 50% 이후부터 급격하게 증가하였다. 말뚝이 압밀이 상당히 진행된 압밀도 50% 이상인 지반에 설치되어도 비교적 큰 크기의 부마찰이 말뚝에 발생할 수 있는 것으로 분석되었다. 한편 부마찰이 발생 중인 말뚝에 하중을 작용시키면 그렇지 않은 경우에 비해 말뚝의 최종침하가 최대 약 95% 증가하는 것으로 나타났다. 부마찰이 작용하는 말뚝의 설계지지력은 부마찰이 작용하지 않는 말뚝에 비해 약 4-11% 감소하는 것으로 분석되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제3권3호
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• pp.27-37
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• 1983

본(本) 연구(硏究)는 경기도(京畿道) 설계심의회(設計審議會)에서 천마산(天馬山) 청소년(靑少年) 심신수련장(心身修練場) 현수교(懸垂橋) 설계심의시(設計審議時) 현수교(懸垂橋)의 동적(動的) 거동(擧動)에 대한 설계미비(設計未備)의 원인(原因)이 아직도 체계화(體系化)되지 못한 우리 나라 현수교(懸垂橋)의 설계자료(設計資料)와 지침(指針)의 불비(不備)함에 그 동기(動機)를 얻어, 유한요소법(有限要素法)을 적용(適用)하여 현수교(懸垂橋)의 비틀림진동(振動)에 대한 고유진동수(固有振動數)와 이에 상응(相應)하는 고유진동형(固有振動形)을 구(求)하였다. 실제(實際)로 현수교(懸垂橋)의 일반적(一般的) 거동(擧動)은 수직(垂直) 수평면(水平面) 내(內)에서의 연성(連成)된 운동(運動)으로 표시(表示)되지만 사용목적(使用目的)에 부합(附合)하여 그 진폭(振幅)을 미소(微小)하도록 제한(制限)하면 수직(垂直) 비틀림 진동(振動)은 단독(單獨)으로 비연성화(非連成化)할 수 있으며, 이에 따라 해석하였다. 1973년 6월에 개통된 Streamlined Box-Girder Type인 남해대교(南海大橋)와 Lateral Bracing으로 이루어진 단경간의 천마산(天馬山)의 현수교(懸垂橋)의 설계자료(設計資料)를 이용하여 수치해(數値解)를 얻었으며, 천마산(天馬山) 현수교(懸垂橋)의 경우(境遇) 보조(補助) 보강(補强)케이블의 유무(有無)에 따른 고유진동수(固有振動數)와 진동형(振動形)을 구(求)하여 비교(比較) 검토(檢討)하였다. 보강(補强)케이블의 유무(有無)에 따라 초기의 진동수(振動數) 등에서는 그 영향이 매우 뚜렷하였으나, 진동형(振動形)이 복잡해짐에 따라 보강(補强)케이블의 영향은 미약했거나 또는 오히려 역효과를 가져왔다. 남해대교(南海大橋)에 있어서 유한요소기법(有限要素技法)과 전자계산기에 의해 본(本) 연구(硏究)에서 구한 고유진동수(固有振動數)와 남해대교(南海大橋) 건설지(建設誌)에 있는 Frequency Equation으로 구한 값 또는 풍동실험(風洞實驗)에 의한 결과(結果) 등과 비교(比較) 검토(檢討)하였으며, 비교(比較) 결과(結果) 좋은 일치(一致)를 보여주었다.