• 한국지반공학회논문집
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• 제40권2호
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• pp.95-103
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• 2024

세계 인구의 지속적인 증가와 주거 공간 부족에 대한 대응으로, 인류 거주 영역의 새로운 대안과 해양 환경의 활용 방향을 제시하기 위해, 해저 공간 개발에 대한 연구가 수행되고 있다. 석션 케이슨 기초는 해저 공간 개발을 위해 연구되고 있는 기초 유형 중 하나이다. 본 연구에서는 유한요소해석을 통해 해양 환경하에 조합하중이 가해진 석션 케이슨 기초의 파괴포락선을 산정하였다. 유한요소해석의 지반은 깊이에 따라 강도가 선형적으로 증가하는 점토 지반으로 가정하였으며, 점토의 구성모델로 von Mises 모델을 적용하였다. 전반적으로 파괴포락선의 형태는 기울어진 타원의 형태를 나타냈다. 깊이에 따른 비배수전단강도의 증가 추세가 커지는 경우, 파괴포락선은 장축과 단축의 비율은 유지되며 크기가 증가하였다. 길이 대 직경비가 다른 두 석션 케이슨 기초의 파괴포락선을 비교했을 때, 길이대 직경비가 증가함에 따라 석션 케이슨 기초의 파괴포락선의 장축과 단축의 비율이 증가하는 경향을 보였다. 본 해석 결과는 해양 환경에서 석션 케이슨 기초의 설계에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제37권1호
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• pp.7-14
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• 2024

이중 롤러는 Gap block 설계에 따라 동일한 크기와 하중 조건에서도 다양한 변형 양상을 가질 수 있다. 이러한 특성을 활용하여, 본 연구에서는 제품 이송 과정에서 발생되는 주름과 같은 결함을 최소화하기 위한 Carbonfiber reinforced plastic (CFRP) 이중 롤러의 Gap block 설계 방법을 제안한다. 가장 먼저, Gap block에 대한 주요 설계 변수와 공정 정밀도를 고려한 분석 case들을 선정하고, 유한 요소 해석을 활용하여 CFRP 이중 롤러의 변형 양상을 추출한다. 여기서, 본 연구의 목적을 만족하는 최적의 Gap block 설계를 수행하기 위해, 제품과 롤러가 접촉하는 지점들 간의 변형 편차에 기반하여 CFRP 이중 롤러의 변형 양상들을 비교 분석한다. 그 결과, 본 연구에서 제안한 Gap block 설계 방법을 통해, 롤러의 직경 또는 길이와 같은 전체적인 크기 변화없이 제품 이송 시 결함을 크게 감소시킬 수 있는 최적화된 CFRP 이중 롤러를 구축할 수 있었다.

• 문화기술의 융합
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• 제10권3호
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• pp.839-844
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• 2024

본 연구는 인접굴착공사, 지반열화 및 지하수위의 변화에 따른 지하구조물 변위거동이 궤도 손상에 미치는 영향을 해석적으로 분석하였다. 연구대상인 콘크리트궤도는 침목플로팅궤도(STEDEF)와 사전제작형궤도(B2S)를 대상으로 분석하였다. 침목플로팅궤도는 콘크리트 도상과 침목이 분리된 궤도구조이다. 사전제작형궤도는 프리캐스트 슬래브를 이용하여 레일 및 체결장치를 조립하여 레일의 탄성거동을 유도하는 궤도구조이다. 수치해석을 위해 콘크리트 궤도별로 레일부터 콘크리트 도상까지 모두 3차원 요소로 모델링하였다. 또한 지하구조물 변위거동을 변수로 설정하여 콘크리트 도상의 손상영향을 분석하였다. 수치해석을 이용하여 융기 및 침하에 따른 콘크리트 도상 응력을 분석하였으며, 인장강도 및 전단강도와 비교하여 균열 발생 수준을 분석하였다. 분석결과, 동일한 융기 및 침하발생 시 사전제작형궤도보다 침목플로팅궤도가 취약한 것으로 분석되었다. 또한 최대 융기 및 침하부 기준으로 침목플로팅궤도의 균열발생 영향범위가 큰 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.169-189
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• 2024

본 연구에서는 Shield TBM 터널 근접 시공으로 인한 기 존재하는 단독말뚝 및 군말뚝의 공학적 거동을 파악하기 위해 다양한 보강조건을 고려한 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 수치해석에서는 말뚝 절단, 지반보강 및 기초판 보강을 고려하여 말뚝의 거동을 분석하였으며, 터널굴착으로 유발되는 지반침하, 말뚝두부 침하, 말뚝의 축력 및 말뚝-지반 사이 경계면에서 발생하는 전단응력을 고찰하였다. 말뚝선단이 풍화암에 지지되는 모든 말뚝에서는 전단응력의 분포가 비슷한 경향을 보였으며, 말뚝선단이 절단되는 말뚝의 경우 말뚝의 상대적 위치에 따라 인장력 혹은 압축력이 동시에 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 말뚝선단이 풍화암에 지지된 경우 약 70%가 주면마찰력에 지지되며, 나머지 약 30%가 말뚝선단에 지지되는 것으로 분석되었다. 추가적으로 보강을 고려하지 않은 말뚝의 경우 그라우팅 보강을 실시한 말뚝에 비해 최종침하가 약 70% 크게 발생하였다. 말뚝선단 절단 및 보강조건 유무에 따라 지반 침하와 말뚝 침하가 큰 영향을 받는 것으로 조사되었으며, 본 연구를 통해 말뚝절단, 지반보강 및 기초판 보강 조건에 따른 단독말뚝 및 군말뚝의 거동에 영향을 미치는 주요인자를 심도있게 고찰하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.191-208
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• 2024

본 연구에서는 방사성폐기물 처분구조물의 안전성 및 건전성 평가를 위해 손상연동 수리-역학 복합 거동 해석 모델을 개발하였다. 콘크리트나 암반과 같은 취성재료의 파괴 모사에 널리 사용되는 Mazars 손상 모델을 선정하여 수리-역학 해석에 연동하였고, 예제 및 정해를 기반으로 개발된 해석 모델을 검증하였다. 개발된 해석 모델의 손상 입력 인자를 도출하기 위해 처분구조물 콘크리트 배합비로 제작한 시료를 대상으로 건조/포화 양생 조건에서 일축압축강도 및 간접인장강도 시험을 수행하였다. 실내 시험을 통해 도출한 입력 인자는 경주 월성 원자력 환경관리센터의 동굴처분 콘크리트 사일로를 모사한 2차원 유한요소해석에 적용하여 손상 고려 유무, 해석 기법 및 폐기물 하중 재하 조건에 따른 영향을 분석하였다. 연구를 통해 개발된 수리-역학-손상 모델은 향후 고준위 방사성폐기물 처분을 위한 심층처분장의 장기 거동 및 안정성 해석에 적용할 계획이다.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제11권1호
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• pp.83-103
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• 2024

Adhesive bonding is currently widely used in many industrial fields, particularly in the aeronautics sector. Despite its advantages over mechanical joints such as riveting and welding, adhesive bonding is mostly used for secondary structures due to its low peel strength; especially if it is simultaneously exposed to temperature and humidity; and often presence of bonding defects. In fact, during joint preparation, several types of defects can be introduced into the adhesive layer such as air bubbles, cavities, or cracks, which induce stress concentrations potentially leading to premature failure. Indeed, the presence of defects in the adhesive joint has a significant effect on adhesive stresses, which emphasizes the need for a good surface treatment. The research in this field is aimed at minimizing the stresses in the adhesive joint at its free edges by geometric modifications of the ovelapping part and/or by changing the nature of the substrates. In this study, the finite element method is used to describe the mechanical behavior of bonded joints. Thus, a three-dimensional model is made to analyze the effect of defects in the adhesive joint at areas of high stress concentrations. The analysis consists of estimating the different stresses in an adhesive joint between two 2024-T3 aluminum plates. Two types of single lap joints(SLJ) were analyzed: a standard SLJ and another modified by removing 0.2 mm of material from the thickness of one plate along the overlap length, taking into account several factors such as the applied load, shape, size and position of the defect. The obtained results clearly show that the presence of a bonding defect significantly affects stresses in the adhesive joint, which become important if the joint is subjected to a higher applied load. On the other hand, the geometric modification made to the plate considerably reduces the various stresses in the adhesive joint even in the presence of a bonding defect.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제23권1호
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• pp.9-16
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• 2024

본 연구에서는 지중 구속압과 말뚝-지반 경계면 전단 특성의 관계를 평가하기 위하여 기존의 실험결과와 강도감소계수가 적용된 해석 결과를 비교하였다. 유한요소해석에서 말뚝-지반 경계면의 전단거동 모사는 강도감소계수를 적용하였다. 해석 결과, 세립분 함유율이 증가할수록 구속압의 영향이 낮아지면서 최대 인발저항력은 감소하였다. 이 해석결과의 경향은 기존 실험 결과와 유사한 것으로서, 경계면 강도감소계수가 적용된 유한요소해석 모델은 적절하게 모사된 것으로 평가되었다. 경계면 강도감소계수의 변화를 분석한 결과, 구속압 50kPa의 경우에는 세립분 함유율이 증가할수록 경계면 강도감소계수의 증가가 확연하게 나타난 반면에, 구속압이 100kPa 및 150kPa의 경우에는 그 증가폭이 낮은 것을 알 수 있었다. 따라서 말뚝-지반 경계면의 전단 거동을 평가하기 위한 유한요소해석은 구속압과 세립분 함유율이 고려되어야 한다.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권6호
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• pp.705-720
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• 2024

Analyzing the collapse behavior of thin-walled steel structures holds significant importance in ensuring their safety and longevity. Geometric imperfections present on the surface of metal materials can diminish both the durability and mechanical integrity of steel shells. These imperfections, encompassing local geometric irregularities and deformations such as holes, cavities, notches, and cracks localized in specific regions of the shell surface, play a pivotal role in the assessment. They can induce stress concentration within the structure, thereby influencing its susceptibility to buckling. The intricate relationship between the buckling behavior of these structures and such imperfections is multifaceted, contingent upon a variety of factors. The buckling analysis of thin-walled steel shell structures, similar to other steel structures, commonly involves the determination of crucial material properties, including elastic modulus, shear modulus, tensile strength, and fracture toughness. An established method involves the emulation of distributed geometric imperfections, utilizing real test specimen data as a basis. This approach allows for the accurate representation and assessment of the diversity and distribution of imperfections encountered in real-world scenarios. Utilizing defect data obtained from actual test samples enhances the model's realism and applicability. The sizes and configurations of these defects are employed as inputs in the modeling process, aiding in the prediction of structural behavior. It's worth noting that there is a dearth of experimental studies addressing the influence of geometric defects on the buckling behavior of cylindrical steel shells. In this particular study, samples featuring geometric imperfections were subjected to experimental buckling tests. These same samples were also modeled using Finite Element Analysis (FEM), with results corroborating the experimental findings. Furthermore, the initial geometrical imperfections were measured using digital image correlation (DIC) techniques. In this way, the response of the test specimens can be estimated accurately by applying the initial imperfections to FE models. After validation of the test results with FEA, a numerical parametric study was conducted to develop more generalized design recommendations for the stainless-steel shell structures with the initial geometric imperfection. While the load-carrying capacity of samples with perfect surfaces was up to 140 kN, the load-carrying capacity of samples with 4 mm defects was around 130 kN. Likewise, while the load carrying capacity of samples with 10 mm defects was around 125 kN, the load carrying capacity of samples with 14 mm defects was measured around 120 kN.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제18권1호
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• pp.37-45
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• 2024

본 논문에서는 쿼드로터형 드론의 제자리 비행 상태에서 제어부에 전달되는 수직 방향 진동을 저감하기 위한 수동적 진동 제어 방법에 따른 설계 방법을 제시하였다. 쿼드로터형 드론의 진동 해석을 위해 유한요소 기반 이산화 모델 및 번지 케이블을 이용한 지상진동시험 모사 모델을 구축하였다. 제자리 비행 상태에서의 하중을 부여하여 동특성 평가 및 공진 회피 설계를 위한 모드 해석을 수행하여 결과를 분석하였으며, 강제진동응답해석을 수행하여 제자리 비행 상태의 운용주파수 범위 내에서의 정상상 태응답을 도출하였다. 또한 감쇠 재료의 유무에 따른 진동 저감 효과를 비교하기 위해 동일한 조건내에서 제어부에 전달되는 진동을 유발할 수 있는 위치에 점성 감쇠 테이프를 적용하여 이에 따른 정상상태응답을 도출하고 감쇠 재료를 적용하였을 경우의 진동 저감 효과 및 부착 위치에 따른 진동 저감 효과를 평가하였다.

• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.170-178
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• 2024

본 연구에서는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)에 얇은 구리 필름(Cu film)이 배치된 hybrid composite이 제안되었으며, 두께방향 열전도도가 최대가 될 수 있는 Cu film 배치조합을 도출하는데 양자 어닐링(Quantum Annealing)이 적용되었다. CFRP의 각 ply와 Cu film간의 상관관계 분석이 유한요소 해석을 통해 수행되었으며, 수행된 결과를 바탕으로 조합 최적화 문제가 정의되었다. 정의된 문제를 양자 어닐링에 임베딩하기 위한 공식화 과정이 진행되었으며 이를 통해 CFRP의 각 ply에 투입될 수 있는 Cu film 수량에 관한 목적함수와 제약조건이 수식으로 구현되었다. 공식화된 수식은 D-Wave 양자 어닐러에 임베딩되기 위해 Ocean SDK(software development kit)와 Leap을 통해 프로그래밍 되었으며, 양자 어닐링 과정을 통해 두께 방향 열전도도가 최대를 만족하는 최적의 Cu film 배치 조합이 도출되었다. 도출된 배치 조합은 투입될 수 있는 Cu film의 수량이 적어질수록 단순한 배치 형태를 나타내었으며, 수량이 많아질수록 세밀한 배치를 보였다. Cu film의 배치 수량에 따라 생성된 최적 조합들은 두께 방향으로의 고유 열전도 경로를 나타내었으며, Cu film의 횡방향 배치 자유도가 두께 방향 열전도도 결과에 민감하게 나타날 수 있음을 보였다.