• Earthquakes and Structures
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• 제27권1호
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• pp.31-39
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• 2024

The reliability-based seismic design of steel frames is a complex process that incorporates seismic demand with a structural capacity to attain safe buildings aligned with specified constraints. This paper introduces an efficient base shear force formulation to support the reliability-based design process of steel frames. The introduced base shear force equation combines the seismic demand statistics with the reliability objective to calculate a fictitious base shear force for linear static analysis. By concentrating on the seismic demand and promising to meet a certain level of reliability, the equation converts the reliability-based seismic design problem to a deterministic one. Two code-compliant real-size steel moment frames are developed according to different reliability objectives to demonstrate the competency of the proposed formula. The nonlinear dynamic analysis method is used to assess the seismic reliability of the constructed frames, and the numerical results validate the credibility of the suggested formulation. The base shear force calculation method regarding seismic reliability is the main finding of this study. The ease of use makes this approach a potent tool for design professionals and stakeholders to make rapid risk-informed decisions regarding steel moment frame design.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권6호
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• pp.405-419
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• 2022

홍수피해를 최소화하기 위한 수공구조물의 적정 규모 결정을 위해 사용되는 홍수빈도분석에는 통계적 분석절차에 따른 불확실성이 포함된다. 따라서 불확실성이 포함된 범주 내에서 가장 적절한 설계홍수량(design flood)을 결정하는 과정은 수공구조물의 최종단계에서 중요하게 다루어져야 하는 부분이나 이를 제시한 연구는 많지 않다. 비용-편익 분석기법을 홍수빈도분석 절차에 도입하여 구성되는 총 기대비용함수(total expected cost function)는 설계홍수량 중 최적설계홍수량(optimal design flood)을 결정하기 위한 새로운 접근방식이다. 이 절차는 UNCODE (UNcertainty COmpliant DEsign)로 명명되어 사용된 바 있으나, 국내에서는 아직 적용 결과가 소개되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 UNCODE의 수학적 구성 절차를 소개함과 함께 북한강수계에 위치한 수력발전댐(화천댐, 춘천댐, 의암댐, 청평댐)의 연최대유입량을 사용하여 최적설계홍수량을 산정하고 이 결과를 기존 홍수빈도분석 결과와 비교하였다. 불확실성이 고려된 총 기대비용함수로부터 확률분포함수들(Gumbel 및 GEV)의 모수를 추출하는 과정에서 Metropolis-Hastings 알고리즘을 사용하여 불확실성의 범위를 추정하였으며, 비용-편익 분석기법에 사용되는 비용 및 피해함수는 수학적 구성의 편의성을 위하여 1차 선형함수로 가정되었다. 4개의 발전용댐, 2개의 확률분포 및 2개의 재현기간에 대하여 최적설계홍수량의 중앙값이 기존 홍수빈도분석 절차에 의해 산정된 설계홍수량보다 일정 정도 큰 값으로 산정됨을 알 수 있었다. 향후에는 본 연구에서 적용된 절차를 간단한 수식형태로 함수화하여 발전용댐 운영의 실무업무나 하천기본계획의 수립 등에 있어 비용-편익분석 기법의 적용성을 높이기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제2권2호
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• pp.115-135
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• 2012

The very low natural frequencies of tension leg platforms (TLP's) have raised the concern about the significance of the action of hydrodynamic wave forces on the response of such platforms. In this paper, a numerical study using modified Morison equation was carried out in the time domain to investigate the influence of nonlinearities due to hydrodynamic forces and the coupling effect between surge, sway, heave, roll, pitch and yaw degrees of freedom on the dynamic behavior of TLP's. The stiffness of the TLP was derived from a combination of hydrostatic restoring forces and restoring forces due to cables and the nonlinear equations of motion were solved utilizing Newmark's beta integration scheme. The effect of wave characteristics such as wave period and wave height on the response of TLP's was evaluated. Only uni-directional waves in the surge direction was considered in the analysis. It was found that coupling between various degrees of freedom has insignificant effect on the displacement responses. Moreover, for short wave periods (i.e., less than 10 sec.), the surge response consisted of small amplitude oscillations about a displaced position that is significantly dependent on the wave height; whereas for longer wave periods, the surge response showed high amplitude oscillations about its original position. Also, for short wave periods, a higher mode contribution to the pitch response accompanied by period doubling appeared to take place. For long wave periods, (12.5 and 15 sec.), this higher mode contribution vanished after very few cycles.

• Ocean Systems Engineering
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• 제4권4호
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• pp.327-342
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• 2014

The tension leg platform (TLP) is one of the compliant structures which are generally used for deep water oil exploration. With respect to the horizontal degrees of freedom, it behaves like a floating structure moored by vertical tethers which are pretension due to the excess buoyancy of the platform, whereas with respect to the vertical degrees of freedom, it is stiff and resembles a fixed structure and is not allowed to float freely. In the current study, a numerical study for square TLP using modified Morison equation was carried out in the time domain with water particle kinematics using Airy's linear wave theory to investigate the effect of changing the tether tension force on the stiffness matrix of TLP's, the dynamic behavior of TLP's; and on the fatigue stresses in the cables. The effect was investigated for different parameters of the hydrodynamic forces such as wave periods, and wave heights. The numerical study takes into consideration the effect of coupling between various degrees of freedom. The stiffness of the TLP was derived from a combination of hydrostatic restoring forces and restoring forces due to cables. Nonlinear equation was solved using Newmark's beta integration method. Only uni-directional waves in the surge direction was considered in the analysis. It was found that for short wave periods (i.e., 10 sec.), the surge response consisted of small amplitude oscillations about a displaced position that is significantly dependent on tether tension force, wave height; whereas for longer wave periods, the surge response showed high amplitude oscillations that is significantly dependent on wave height, and that special attention should be given to tethers fatigue because of their high tensile static and dynamic stress.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.335-335
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• 2011

Instability of a thin film attached to a compliant substrate often leads to emergence of exquisite wrinkle patterns with length scales that depend on the system geometry and applied stresses. However, the patterns that are created using the current techniques in polymer surface engineering, generally have low aspect ratio of undulation amplitude to wavelength, thus, limiting their application. Here, we present a novel and effective method that enables us to create wrinkles with a desired wavelength and high aspect ratio of amplitude over wavelength as large as to 2.5:1. First, we create buckle patterns with high aspect ratio of amplitude to wavelength by deposition of an amorphous carbon film on a surface of a soft polymer poly(dimethylsiloxane) (PDMS). Amorphous carbon films are used as a protective layer in structural systems and biomedical components, due to their low friction coefficient, strong wear resistance against, and high elastic modulus and hardness. The deposited carbon layer is generally under high residual compressive stresses (~1 GPa), making it susceptible to buckle delamination on a hard substrate (e.g. silicon or glass) and to wrinkle on a flexible or soft substrate. Then, we employ glancing angle deposition (GLAD) for deposition of a high aspect ratio patterns with amorphous carbon coating on a PDMS surface. Using this method, pattern amplitudes of several nm to submicron size can be achieved by varying the carbon deposition time, allowing us to harness patterned polymers substrates for variety of application. Specifically, we demonstrate a potential application of the high aspect wrinkles for changing the surface structures with low surface energy materials of amorphous carbon coatings, increasing the water wettability.

• 한국음향학회지
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• 제16권2호
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• pp.10-15
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• 1997

수중 청음기는 진동하는 물체 위에 설치되어 다양한 외부 잡음 원이 유입되는 환경에 노출되어 있다. 외부 잡음 원으로는 수중 청음기가 설치된 구조물 자체의 진동, 프로펠러 잡음, 그리고 유동 유기 잡음들이 있고, 이들 외부 잡음원은 실제 강도가 상당히 높아서 센서의 정확한 작동에 장애가 되고 있다. 본 연구에서는 외부 잡음에 무관한 고 정밀도, 저 잡음 특성을 갖는 수중 청음기를 개발하기 위하여 유한 요소법(FEM)을 사용하여 잡음 전달 특성의 분석 및 air pocket과 음향 감쇠층의 다양한 조합으로 이루어진 개선된 구조의 수중 청음기를 설계하고, 내 잡음성 평가를 하였다. 그 결과 센서 측면 하단부에 잡음 원이 위치할 경우 가장 큰 잡음 신호로 작용하므로 구조를 변경한 결과 기존 수중 청음기에 비해 59% 이상 내 잡음성을 증진 시켰다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.93-101
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• 2024

Code-compliant seismic design should be essentially applied to realize the so-called emulative performance of precast concrete (PC) lateral force-resisting systems, and this study developed simple procedures to design precast industrial buildings with intermediate precast bearing wall systems considering both the effect of seismic and blast loads. Seismic design provisions specified in ACI 318 and ASCE 7 can be directly adopted, for which the so-called 1.5S_y condition is addressed in PC wall-to-wall and wall-to-base connections. Various coupling options were considered and addressed in the seismic design of wall-to-wall connections for the longitudinal and transverse design directions to secure optimized performance and better economic feasibility. On the other hand, two possible methods were adopted in blast analysis: 1) Equivalent static analysis (ESA) based on the simplified graphic method and 2) Incremental dynamic time-history analysis (IDTHA). The ESA is physically austere to use in practice for a typical industrial PC-bearing wall system. Still, it showed an overestimating trend in terms of the lateral deformation. The coupling action between precast wall segments appears to be inevitably required due to substantially large blast loads compared to seismic loads with increasing blast risk levels. Even with the coupled-precast shear walls, the design outcome obtained from the ESA method might not be entirely satisfactory to the drift criteria presented by the ASCE Blast Design Manual. This drawback can be overcome by addressing the IDTHA method, where all the design criteria were fully satisfied with precast shear walls' non-coupling and group-coupling strength, where each individual or grouped shear fence was designed to possess 1.5S_y for the seismic design.

• 대한토목학회논문집
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• 제5권1호
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• pp.21-30
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• 1985

Tension Leg Platform (TLP)이란 평행위치로부터 일정 범위내에서 움직임으로 인하여 외 력의 효과를 완화시키는 compliant 구조물인 동시에, 기인장력을 받고 있는 연직 anchor cable 이 있으므로 부력이 자중을 초과하게 되는 안정한 platform 이다. 일반적으로 부체는 해상조건이 험할수록, 그리고 수심이 깊어질수록 동요가 심해지는데 TLP는 기인장 cable로 인하여 심해에서도 비교적 동요가 작아서 최근 대수심구조물의 총아로 각광받고 있다. 일찌기 Paulling 등이 TLP 거동의 예측을 위하여 수정된 Morison 방정식을 사용하는 선형동유체력합성방법을 발표하였다. 그러나 만일 TLP의 각 부재가 Morison 방정식의 가정이 성립할 수 없을 정도로 크다면 새로운 해석이 필요하다 하겠다. 일본의 Tanaka는 이런 경우에 McCamy-Fuchs 이론의 결과치를 이용하였으나, 완전한 해석이라기 보다는 일종의 간편법이라 하겠다. 본고에서는 큰 배수용적을 가진 연직부체가 있고, 이론적 해석의 결과를 검토해 볼 수 있는 수리모형 실험 결과가 있는 Deep Oil Technology (DOT) 회사의 TLP를 대상으로 하였다. 이 TLP는 부력을 전담하고 있는 연직축대칭 원통과 이들을 연결하고 있는 세부재로 이루어져 있어 축대칭부분에는 축대칭 Green 함수를 사용하여 동유체력을 구하고 세부재는 종래의 수정된 Morison 방정식의 항력항을 선형화하여 동유체력을 구하였다. 그리하여 부재의 각 미소부분에서 구한 힘들을 TLP의 중심에 원점을 둔 좌표계로 옮겨 동적응답을 구한 것이다. 본 해석에서 부재 상호간의 작용은 무시하였으며 단지 부재간의 거리효과만 고려하였다. 따라서 사용된 좌표계는 전체 (Global) 좌표계, 지점 (Local) 좌표계 및 파랑 (Wave) 좌표계 등이었고 각 좌표계간의 변환식이 필요하였다. 전체적인 해석정도는 선형이론으므로 케이블의 강성도 역시 선형적으로 구하였으며, 앞서 언급했다시피 Morison 방정식의 비선형항인 항력항은 Fourier 해석으로 선형화 하였다. 이러한 Fourier 해석은 잘 알려져 있는 Lorentz 원리와 같다고 볼 수 있다. 세부재의 경우 접선력은 무시하였고 수입자의 운동에 의한 부채에 대한 수직력만 고려하였다. 여기서 파랑좌표계에서 지점좌표계로의 좌표변환이 주의를 요하고 있다. 이제 이렇게 구한 각 힘들을 전체좌표 계에서 6개의 자유도별로 운동방정식에 대입하면 각 자유도별 동적응답이 구하여지는 것이다. DOT TLP의 Surge mode에 대한 동적응답을 실험치와 비교하여 본 결과, 세부재에 대한 고려를 뺄 수 없음을 알 수 있었다. 이는 연직축대칭 부체의 크기가 그리 크지 않으므로 인한 것이며, TLP의 원형의 경우에는 보다 더 관성력이 지배적일 것으로 사료된다.

• 한국정밀공학회지
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• 제30권1호
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• pp.11-17
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• 2013

'Multi-scale mass-deployable cooperative robots' is a next generation robotics paradigm where a large number of robots that vary in size cooperate in a hierarchical fashion to collect information in various environments. While this paradigm can exhibit the effective solution for exploration of the wide area consisting of various types of terrain, its technical maturity is still in its infant state and many technical hurdles should be resolved to realize this paradigm. In this paper, we propose to develop new design and manufacturing methodologies for the multi-scale mass-deployable cooperative robots. In doing so, we present various fundamental technologies in four different research fields. (1) Adaptable design methods consist of compliant mechanisms and hierarchical structures which provide robots with a unified way to overcome various and irregular terrains. (2) Soft composite materials realize the compliancy in these structures. (3) Multi-scale integrative manufacturing techniques are convergence of traditional methods for producing various sized robots assembled by such materials. Finally, (4) the control and communication techniques for the massive swarm robot systems enable multiple functionally simple robots to accomplish the complex job by effective job distribution.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.82-92
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• 2022

본 연구의 목적은 3전극방식으로 전기화학적 임피던스분광법(EIS)를 활용한 콘크리트 속 철근의 분극저항을 측정할 때 전기화학 셀저항에 따른 인가전압의 변화를 실험적으로 확인하고, 안정적인 측정값을 획득을 위한 실험조건을 찾는 것이다. 본 연구에서는 셀저항을 구성하는 요소 중 콘크리트 건조상태, 전극의 커플링상태(접촉저항) 및 상대전극의 면적을 주요변수 설정하였다. 본 연구에서는 지름 200mm인 정사각형 콘크리트 실험체 중심에 D22 철근이 부분적으로 매입된 실험체를 준비하여, 주요변수의 조합으로 구성된 다양한 실험조건에서 EIS을 수행하였으며 이때 포텐쇼스탯에서 인가된 전압을 측정하였다. 본 연구의 실험결과를 통하여, 3전극 방식으로 콘크리트 속 철근의 부식속도를 측정할 경우, 측정장치의 추종전압보다 측정 시 요구되는 인가전압이 충분히 큰 경우 셀저항의 변화는 EIS 측정에 큰 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. 참조전극과 기준전극을 콘크리트 표면에 부착된 상태에서 EIS에서 콘크리트의 건조상태 및 상대전극의 면적에 대한 영향에 비하여 전극과 표면의 접촉저항의 영향이 지배적인 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 해양환경에 노출된 콘크리트와 같이 침지 및 건조 반족 조건에 노출된 콘크리트에서 3전극방식의 EIS 측정으로 철근 부식속도 및 상태평가를 위한 센서 개발에 기본 데이터로 활용될 수 있다.