• 지구물리와물리탐사
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• 제14권1호
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• pp.98-104
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• 2011

탐사 지구물리학에서 수치 모사는 지하매질에서의 탄성파 전파 현상을 이해하는데 중요한 통찰력을 제공한다. 탄성파 모사는 음향파 근사에 의한 수치 모사보다 계산시간이 많이 소요되지만 전단응력 성분을 포함하여 보다 현실적인 파동의 모사를 가능하게 한다. 그러므로 탄성파 모사는 탄성체의 반응을 탐사하는데 적합하다고 할 수 있다. 계산 시간이 길다는 단점을 극복하기 위해 본 논문에서는 그래픽 프로세서(GPU)를 이용하여 탄성파 수치 모사 시간을 단축하고자 하였다. GPU는 많은 수의 프로세서와 광대역 메모리를 갖고 있기 때문에 병렬화된 계산 아카텍쳐에서 사용할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서 사용한 GPU 하드웨어는 NVIDIA Tesla C1060으로 240개의 프로세서로 구성되어 있으며 102 GB/s의 메모리 대역폭을 갖고 있다. NVIDIA에서 개발된 병렬계산 아카텍쳐인 CUDA를 사용할 수 있음에도 불구하고 계산효율을 상당히 향상시키기 위해서는 GPU 장치의 여러 가지 다양한 메모리의 사용과 계산 순서를 최적화해야만 한다. 본 연구에서는 GPU 시스템에서 시간영역 유한차분법을 이용하여 2차원과 3차원 탄성과 전파를 수치 모사하였다. 파동전파 모사에 가장 널리 사용되는 유한차분법 중의 하나인 엇갈린 격자기법을 채택하였다. 엇갈린 격자법은 지구물리학 분야에서 수치 모델링을 위해 사용하기에 충분한 정확도를 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서 제안한 모델링기법은 자료 접근 시간을 단축하기 위해 GPU 장치를 메모리 사용을 최적화하여 가능한 더 빠른 메모리를 사용한다. 이점이 GPU를 이용한 계산의 핵심 요소이다. 하나의 GPU 장치를 사용하고 메모리 사용을 최적화함으로써 단일 CPU를 이용할 경우보다 2차원 모사에서는 14배 이상, 3차원에서는 6배 이상 계산시간을 단축할 수 있었다. 세 개의 GPU를 사용한 경우에는 3차원 모사에서 계산효율을 10배 향상시킬 수 있었다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.75-85
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• 2019

차량하중에 의해 옹벽에 전달되는 수평토압은 등가상재하중높이로 표현하며, 표준트럭의 축하중 크기와 위치에 따라 그 영향이 달라진다. 한계상태설계법은 2015년부터 국내 도로교 설계에 적용되어 왔다. 하지만 우리나라 실정을 고려한 토압하중계수(등가상재하중높이)가 제시되어 있지 않아 설계에 적용하는데 어려움이 있다. 본 연구에서는 국내 표준트럭의 축하중 크기 및 위치를 반영한 등가상재하중높이를 산정하였다. 3차원 수치해석 방법으로 등가상재하중높이를 산정하였으며, AASHTO 기준치와 차별화된 등가상재하중 높이를 제시하였다. 우리나라 표준트럭의 축하중은 미국과 달리 축하중이 집중되는 구조를 가지고 있어 옹벽의 높이가 낮은 경우 등가상재하중높이가 AASHTO에서 제안한 값보다 다소 크게 평가 되었다. 따라서 우리나라 교통하중으로부터 도출된 등가상재하중높이는 옹벽 구조물의 장기 안정성을 확보하는 측면에서 AASHTO 기준치보다 보수적으로 제시하는 것이 합리적일 것이다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제9권4호
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• pp.291-298
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• 2006

전기비저항 탐사법은 저수지 누수구간 탐지에 매우 효과적이고 실질적인 물리탐사법이다. 일반적으로 저수지 제체의 마루에서 수행되는 전기비저항 탐사는 저수지가 2차원 구조를 갖고 있다고 가정한다. 하지만 저수지 제체에서 수행되는 전기비저항 탐사 자료는 저수지의 3차원 지형에 의해 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 유한요소법을 사용하는 3차원 전기비저항탐사 모델링 프로그램을 통하여 저수지의 3차원 구조가 전기비저항 탐사자료에 미치는 영향을 평가하였다. 제체의 상류사면, 상류쪽 마루, 마루중앙, 하류쪽 마루와 하류사면에 위치한 측선에서 얻어진 전기비저항 탐사자료를 비교하였다. 3차원 효과는 측선의 위치에 따라 서로 다른 양상을 보였으며, 측선이 하류사면 쪽에 위치할 경우 그 영향이 더 크게 나타났다. 또한 지형효과보다는 저수지를 구성하는 요소들의 전기비저항 값이 전기비저항 탐사자료에 더 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 마지막으로 누수구간이 존재하는 제체에 대한 3차원 모델링 자료에 대하여 2.5차원 역산을 수행하여 2차원 전기비저항 탐사법을 이용한 누수구간 탐지의 가능성을 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.41-70
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• 1999

쏘일네일 또는 지반앵커와 같은 보강재는 지하굴착 및 사면의 안정성 확보를 위해 효율적으로 적용될 수 있음이 여러 지반공학자들에게 널리 알려져 있다. 그러나 경우에 따라서는, 쏘일네일과 지반앵커를 굴착면 상하 또는 좌우에 복합적으로 적용하여 지반굴착이 진행되는 시공사례가 종종 있어 왔다. 본 연구에서는 한계평형적 접근에 근거하여, 이와같은 상하 또는 좌우 쏘일네일-지반앵커 복합 지지시스템의 전체적인 안정성을 평가할 수 있는 해석법을 제시하였다. 이 과정에서 예상 파괴흙쐐기의 형상은 $FLAC^{2D}\; 및\; FLAC^{3D}$ 프로그램 해석결과를 토대로 결정하였다. 또한 관입전단파괴에 대한 안정성 확보를 위해 요구되는 본 쏘일네일-지반앵커 복합 지지시스템의 전면부 숏크리트 벽체의 두께를 검토하였다. 아울러 쏘일네일 구조체와 지반앵커 구조체가 서로 접하게 되는 경계영역에서는 응력집중, 상대변위 및 이로 인한 전단력 유발 등 전면벽체에 대한 추가 안정성 검토가 요구된다. 이를 위해, 경계영역에서의 상대변위를 예측키 위한 간편 유한요소해석기법을 제시하였으며, 또한 충분한 안정성 확보를 위해 숏크리트 전면벽체의 두께가 과도하게 요구되는 문제점을 적절히 해결하기 위해 수정된 지압판 시스템을 제시하였다. 아울러 관련 설계변수들의 영향에 대한 다양한 분석과 더불어, 예측된 상대변위를 $FLAC^{2D}$프로그램 해석결과와 서로 비교하여 제시된 간편 유한요소해석기법의 적용 가능성을 평가하였다.

• 대한치과보철학회지
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• 제48권3호
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• pp.181-188
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• 2010

연구 목적: 내부연결형 임플란트 고정체에 연결 방식이 다른 4종류의 지대주를 연결하여 교합력을 가하였을 때 각 구조에 발생하는 응력의 차이를 비교하고, 이들 연결방식이 임플란트 주위조직의 응력분포에 미치는 영향을 3차원 유한요소법을 통하여 알아보고, 지대주의 선택 기준을 마련하고자 하였다. 연구 재료 및 방법: 고정체로는 직경 4 mm, 길이 11.5 mm의 SS-$III^{(R)}$ (Osstem, Korea)를 사용하였으며, 사용된 지대주는 각각, 모델 1에서 Solid abutment, 모델 2에서 Com-Octa abutment, 모델 3에서 ComOcta Gold abutment, 모델 4에서 Octa abutment를 사용하였고, 네 가지 하중조건으로 치관중심와 (central fossa)에 fixture 장축에 평행하게 점하중으로100N의 수직하중, 협측교두에 대하여 fixture 장축에 평행하게 점하중으로 100N 수직하중, 치관중심와에서 설측으로 100N의 $30^{\circ}$ 경사하중, 협측교두 (buccal cusp)에 치아의 바깥쪽에서 내측으로 100N의 $30^{\circ}$ 경사하중을 주었고 3G.Author (Plasso Tech, USA)를 이용하여 분석하였다. 결과: 1. 골조직에서는 모든 모델에서 하중조건에 관계없이 가장 큰 응력이 고정체 상부에 집중되었고, 고정체 하부에서는 근단 부위에서 응력 집중을 보였으며, 그 외의 부위에서는 큰 응력 집중은 보이지 않았다. 2. 고정체에서의 응력은 모든 모델에서 하중조건에 관계없이 neck 부위에서 최대의 양상을 보였다. 3. 응력은 골에서보다 임플란트 내부에서 훨씬 높았다. 4. 중심와에 수직하중인 하중조건 1에서 가장 낮은 응력이 관찰되었으며, 이 때의 응력집중 현상도 가장 적게 나타났다. 서로 다른 지대주에서 응력분포 양상을 살펴본 결과, 같은 고정체를 사용한 경우에 지대주의 연결 형태에 따른 골조직에서의 응력 분포의 차이는 없었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.51-63
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• 2023

계절성 동토의 온도 변화에 따른 융해 및 동결작용에 의한 지반의 거동이 말뚝 기초의 변위 및 지지력에 끼치는 영향을 파악하기 위한 수치해석을 수행하였다. 수치해석은 온도 변화에 따른 지반-말뚝 상호작용을 모사하기 위해 유한요소법 기반의 TM 모델링(Thermo-Mechanical coupled Modeling)을 적용하였으며, 동결 지반은 온도 의존적 비선형 물성을 적용하였다. 지반의 구성 모델은 소성 거동을 모사하기 위한 MCR 모델(Mohr Coulomb with Rankine Tensile cut-off Model)과 HDP 모델(Nonlinear Hyperbolic Drucker-Prager Model)을 각각 적용하였으며, 말뚝의 길이 및 너비 조건을 선정해 수치해석 결과를 비교 및 분석하였다. 수치해석 결과는 HDP 구성 모델이 비교적 작은 지반 거동과 지지력을 보였으나, 전체적으로는 말뚝의 길이 및 너비 조건에 따라 지지력 및 말뚝 머리의 변위 결과의 양상과 그 크기는 유사하게 나타났다. 지반의 융해-동결작용으로 인한 말뚝 머리(pile head)의 수직 변위는 길이 조건이 짧을수록 변위의 변화 폭이 크게 나타났다. 수직 변위는 길이 조건에 따라 MCR 구성 모델에서는 최대 0.0387m의 융해 침하와 0.0277m의 동결 융기가 발생했으며, HDP 구성 모델에서는 최대 0.0367m의 융해 침하와 0.0264m의 동결 융기가 발생했다. 또한 두 탄소성 모델에 대한 말뚝의 지지력 결과는 말뚝의 길이 조건보다 너비 조건에서 더 큰 차이를 보였으며, 너비 조건 L에서 최대 약 14.7%, M에서 최대 약 5.4%, S에서 최대 약 5.3%가 발생하였다. 이에 말뚝 머리의 수직 변위와 말뚝의 지지력은 말뚝-지반의 접촉 면적에 영향을 크게 받으며, 지반 내 활성층의 활성도에 따라 차이를 보였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권1호
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• pp.61-70
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• 2013

인장구조물의 하중을 지지하는 인장재 사이에서 한쪽은 왼나사, 다른 쪽은 오른나사로 구성되어 장력을 조절하는 장치가 턴버클이다. 인장재의 종류 및 연결 형태에 따라 다양한 종류가 존재하지만, 보편적으로 사용되는 기존의 턴버클은 장력을 측정할 수 없는 단점을 지니고 있다. 이에 장력조절의 기능과 함께 장력측정도 가능한 측정용 턴버클을 개발하였다. 본 논문에서는 기 개발된 측정용 턴버클의 비선형해석을 통한 극한강도와 측정 신뢰성을 확인하고자 한다. 기 개발된 100kN, 200kN, 300kN급 측정한계하중을 가지는 턴버클의 극한강도를 살펴보면, 측정한계하중의 5배 이상의 극한강도를 나타내었다. 추가로 300kN 이상의 고장력을 측정하기 위한 턴버클 개발을 위하여 검토한 결과 턴버클의 경사부가 휨과 인장에 저항하기 때문에 크기가 거대해지는 경향이 나타났다. 이에 300kN급 턴버클을 병렬연결하여 설치를 하면 600kN까지 측정할 수 있을 것이라는 발상에서 병렬연결장치를 구상하여 실험을 실시하였고, 그 가능성을 실험결과로부터 확인할 수 있었다. 또한 실험적인 인장구조물을 설치하여 개발된 턴버클이 외기에 노출되었을 시에 초기 하중의 변화 및 부식의 정도를 살펴보았다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.49-63
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• 2014

모래지반의 지표면에 위치한 거친 바닥면을 가진 강체 연속기초와 원형기초에 대하여 수치해석을 이용하여 팽창각 변화에 따른 지지력계수 $N_{\gamma}$와 형상계수를 구하였다. 양해법(explicit method)에 기반한 유한차분해석을 이용하여 지지력계수를 산정하기 위한 수치모델과 해석절차를 개발하고, Mohr-Coulomb 소성모델을 이용하여 다양한 내부마찰각(${\phi}$)과 팽창각(${\psi}$) 범위에 대하여 지지력계수를 도출하였다. 팽창각이 감소됨에 따라 지지력도 감소하는 것으로 나타났으며, 보편적인 지지력계수 제안식들이 가정하고 있는 관련흐름법칙(associated flow-rule)이 적용된 경우(${\psi}={\phi}$)를 기준으로 비관련흐름법칙(nonassociated flow-rule)이 적용된 경우(${\psi}$ < ${\phi}$)의 상대적인 지지력 비율을 산출하였고, 일반적인 모래에 대한 관계식을 제안하였다. 원형기초의 형상계수는 연속기초의 평면변형률 조건의 고려 여부에 따라 크게 변하였으며, 평면변형률 조건을 고려하여 내부마찰각을 증가시킨 경우가 기존의 실험 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 형상계수 제안식들의 경향이 차이를 나타내는 원인에 대하여 고찰하고 설계시 적용 방안을 제시하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.63-74
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• 2017

쇄석다짐말뚝(GCP)은 수십 년 동안 사용되어 왔지만, 팽창, 전단파괴와 기타 현상과 같은 파괴가 여전히 발생하여 보다 정교한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 선행연구 분석과 수치해석을 통해 치환율과 지반강도에 따른 응력 및 침하거동을 분석하고자 하였다. 이를 위해 유한요소해석 프로그램 ABAQUS를 사용하여 GCP로 개량된 복합지반을 모델링하여 지반강도와 치환율에 따라 복합지반의 응력과 침하를 분석하였다. GCP로 개량된 복합지반에 대하여 유한요소법을 이용한 수치해석을 실시하였으며, 치환율과 지반강도에 따른 복합지반의 응력관련계수와 침하저감계수의 관계를 분석하였다. 분석결과, 지반강도와 치환율이 증가할수록 깊이 별 평균 응력관련계수와 응력분담비는 증가하는 경향이 나타났다. 상부에서의 응력관련계수는 동일하게 증가하는 경향이 나타났지만, 응력분담비는 감소하였다. 따라서 상부층에서의 값은 다른 깊이에서의 값들과 다른 경향이 나타나므로 상부층에서의 측정된 값으로 복합지반 설계 시 과오를 범할 수 있으니 주의가 필요하다. 또한 기존 침하저 감계수식과 수치해석을 통한 침하저감계수와 비교 분석하였는데, 기존 식과 수치해석을 통하여 구한 값은 유사하게 나타났다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.27-37
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• 2016

국내 GCP공법은 많은 선행연구가 진행되었으나, 설계자의 경험에 의해 의존하여 설계되고 있는 실정이므로 파괴사례가 종종 보고되고 있다. 이에 따라 명확한 파괴 원인규명 및 파괴예방대책 수립이 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 GCP공법의 합리적인 설계법의 제안을 위한 기초단계로써, GCP에 사용되는 최적배합비를 대형직접전단시험을 통해 결정하고, 내부마찰각의 변화에 따른 응력분담비의 변화 및 지반의 수직/수평 침하거동을 수치해석을 통하여 분석하였다. 직접전단 실험결과 쇄석과 모래의 최적배합비는 70:30으로 평가되었다. 수치해석결과 내부마찰각이 증가할수록 응력분담비가 증가하나 일정한 값으로 수렴하고 침하량이 감소하며, 최적배합비로 시공할 경우 측방유동 및 히빙현상의 감소를 유도할 것으로 판단된다.