• 한국해양공학회지
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• 제37권2호
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• pp.49-57
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• 2023

Since Chappelear developed a Fourier approximation method, considerable research efforts have been made. On the other hand, Fourier approximations are unsuitable for deep water waves. The purpose of this study is to provide a Fourier approximation suitable even for deep water waves and a numerical method to determine the Fourier coefficients and the wave properties. In addition, the convergence of the solution was tested in terms of its order. This paper presents a velocity potential satisfying the Laplace equation and the bottom boundary condition (BBC) with a truncated Fourier series. Two wave profiles were derived by applying the potential to the kinematic free surface boundary condition (KFSBC) and the dynamic free surface boundary condition (DFSBC). A set of nonlinear equations was represented to determine the Fourier coefficients, which were derived so that the two profiles are identical at specified phases. The set of equations was solved using Newton's method. This study proved that there is a limit to the series order, i.e., the maximum series order is N=12, and that there is a height limitation of this method which is slightly lower than the Michell theory. The reason why the other Fourier approximations are not suitable for deep water waves is discussed.

• Journal of Ship and Ocean Technology
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• 제8권2호
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• pp.61-69
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• 2004

Unsteady nonlinear wave motions on the free surface over a plane beach of constant slope are numerically simulated using a finite difference method in rectangular grid system. Two-dimensional Navier-Stokes equations and the continuity equation are used for the computations. Irregular leg lengths and stars are employed near the boundaries of body and free surface to satisfy the boundary conditions. Also, the free surface which consists of markers or segments is determined every time step with the satisfaction of kinematic and dynamic free surface conditions. Moreover, marker-density method is also adopted to allow plunging jets impinging on the free surface. The second-order Stokes wave theory is employed for the generation of waves on the inflow boundary. For the simulation of wave breaking phenomena, the computations are carried out with the plane beach of constant slope in surf zone. The results are compared with other existing experimental results. Agreement between the experimental data and the computation results is good.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권4호
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• pp.419-430
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• 2012

도로 배수시설 설계시 수리 및 수문요소 분석이 적절하게 적용되어야 하지만, 현재는 계산의 복잡함 때문에 충분히 고려되지 못하고 있다. 본 연구에서는 강우지속시간이 10분 이하인 도로배수유역에 적합한 분단위 강우강도식의 개발, 국내 도로배수유역의 지형 특성을 사실적으로 반영할 수 있는 운동파 모형 이론을 접목한 표면 박류 강우-유출 모형의 개발및검증, 노면배수시설설계, 암거단면규격산정및각종수로설계등의모형개발, 개발된 모형들을 도로설계자가 쉽게 익혀서 신속 정확하게 활용할 수 있도록 사용자 편의를 고려한 도로배수설계 전산프로그램을 개발하였다. 개발된 모형을 이용하여 적용성 검토를 수행하였으며, 현행 설계 방법과 개발된 설계 방법을 비교한 결과 노면 배수시설의 설치 간격은 6~65% 짧게 계산되었으며, 횡단 배수시설의 단면 크기는 6~140% 크게 계산되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.195-205
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• 2000

도달시간 산정에 있어 고려되어야 할 요소에는 유역형상과 흐름상태, 유출특성 등이 있다. 한편 Singh(1976)은 지표면흐름을 Kinematic Wave 이론으로 해석하였으며 유역형상을 평면형상과 수렴형상, 발산형상으로 분류하여 유역형상에 따른 도달시간 산정식을 제시하였다. 본 논문에서는 Singh이 제시한 평면형상에서의 도달시간 산정식에 기초하여 불투수 지표면 유출에서의 도달시간 산정을 다루었다. 이를 위한 이론식 유도는 흐름을 개수로 흐름(층류, 완난류, 전난류)으로 파악하여 수행하였고 각 개수로 흐름상태에 대한 이론식을 제시하였다. 또한 강우강도를 주요 인자로 고려하여 재현기간별 강우강도를 포함한 근사식 즉 복합형 도달시간 산정식을 개발하였다.

• 물과 미래
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• 제27권2호
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• pp.147-154
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• 1994

지체시간 내의 누가강우량이 특정 사면경사를 지나게 될 때 발생하는 토석류의 생기조건은 경사면에서의 흐름에 대한 식을 사용하여 구할 수 있으며, 이때의 토석류가 발생하는 한계 누가강우량을 산정하기 위하여 유역의 시스템적 분석 기법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 토석류가 발생하는 한계 누가강유량의 산정 과정을 제시하였으며, 이 방법을 최근 폭발한 운젠 화산의 토석류에 적용하여 신뢰성을 검토하였다. 한편 토석류의 유량은 수리학적 방법인 Kinematic Wave방법을 이용하여 계산하였으며, 이 때의 단면적은 유량에 대한 함수관계에 있다고 가정하였다. 이 방법에 의한 계산치와 사쿠라지마 및 운젠 화산 지역의 관측치의 수문곡선은 대체로 잘 일치하였으며, 토석류의 유출강도를 강우강도와 누가강우량의 조합에 따른 식으로 산정하여 다른 지역에서의 토석류 계산에 이용할 수 있게 하였다.

• 한국ITS학회 논문지
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• 제12권3호
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• pp.103-113
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• 2013

충격파모형은 교통류에서 운동학적 파동이 전파되는 속도이며, Lighthill과 Whitham(L-W)에 의해 처음 제시되 이래 지금까지 많은 교통류 문제에 적용되어지고 있다. 최근의 한 논문은 실재상황에서 발생되지 않는 충격파가 L-W모형에서 예측되는 모순을 지적하였고, 이러한 모순이 발생되는 원인과 이를 해소하는 새로운 점진적충격파모형을 제시한 바 있다. 그러나 이 모형은 교통류 흐름 중 감속하는 교통류에 대해 한정하여 유도 되었으며 반대상황 즉 가속하는 교통류에 대한 모형은 아직 제시되지 못하고 있다. 본 연구에서는 가속 교통류에 대한 점진적 충격파모형을 유도하고 이를 검증하고자 한다. 이를 위해 가속상태의 교통류에서 추종차량의 가속에 따른 차량간의 간격이 Greenshield의 모형을 충실히 따르도록 한정하고 이를 바탕으로 충격파모형을 유도하였다. 그 결과 본 연구에서 제시된 모형은 L-W모형의 모순이 해소됨을 확인하였고, 사례교통량을 적용해 기존모형들과의 결과 차이를 정량적으로 확인하였다. 한편 모형간의 차이가 분명하고도 구조적인 것을 확인하였고 이에 대한 추가적인 향후 연구의 필요성을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.454-458
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• 2007

Nonpoint source (NPS) pollution is a serious problem causing the degradation of soil and water quality. Concentrated overland flow is the primary transport mechanism for a large amount of NPS pollutants from hillslope areas to downslope areas in a watershed. In this study, a soil erosion model, nLS model, to identify transitional overland flow regions (i.e., ephemeral gully head areas) was developed using the kinematic wave overland flow theory. Spatial data, including digital elevation models (DEMs), soil, and landcover, were used in the GIS-based model algorithm. The model was calibrated and validated using gully head locations in a large agricultural watershed, which were identified using 1-m aerial photography. The model performance was better than two previous approaches; the overall accuracy of the nLS model was 72 % to 87 % in one calibration subwatershed and the mean overall accuracy was 75 to 89 % in four validation subwatersheds, showing that the model well predicted potential transitional erosion areas at different watersheds. However, the user accuracy in calibration and validation was still low. To improve the user accuracy and study the effects of DEM resolution, finer resolution DEMs may be preferred because DEM grid is strongly sensitive to estimating model parameters. Information gained from this study can improve assessing soil erosion process due to concentrated overland flow as well as analyze the effect of microtopographic landscapes, such as riparian buffer areas, in NPS control.

• 대한공간정보학회지
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• 제18권1호
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• pp.11-20
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• 2010

지금까지 국내에서 개발된 분포형 강우-유출모형은 입력 자료의 구축에 많은 시간과 노력이 필요하며, 유출과정에서 운동역학적인 이론에 근거하여 물의 흐름을 수치해석으로 추적해 나가는데 많은 계산시간이 소요되는 단점이 있었다. 그래서 지금까지 분포형모형의 적용유역은 대부분 일정규모 이내의 유역에 국한되어 적용되어왔다. 하지만, 최근 유역관리 개념의 변화에 따라 통합유역관리의 필요성이 증대되면서 댐의 상.하류를 포함한 유역전체의 유출계산이 요구되었다. 본 논문은 자체개발한 GIS기반의 물리학적 분포형 강우-유출모형인 K-DRUM을 국내 대유역인 금강권수계 전체를 대상으로 모의하여 홍수유출시 대유역에 대하여 분포형모형의 실무에서의 적용 가능성을 검토하였다. GIS수문매개변수를 DEM, 토지피복도, 토양도 등의 기본 GIS자료들로부터 추출하여 모형의 입력인자로 사용하였으며, 초기 토양함수조건을 설정하는데 있어서 자동보정기법을 적용함으로써 기존의 시행착오법으로 인해 소요되는 시간과 부정확한 설정으로 인해 발생될 수 있는 문제점을 해결하였다. 태풍 "에위니아"를 대상으로 용담, 대청, 공주 지점에서의 유출량 모의 결과 체적오차백분율은 13.3~25.6%, 첨두유량오차백분율은 5.4~22.8%, 총유출량오차는 7.3~12.5%로 실무적용 가능성이 충분한 것으로 판단된다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.219-232
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• 2020

The slip-weakening model developed by Ohnaka and Yamashita is extended over the breakdown zone by equating the scaling relationships for the breakdown zone and the whole rupture area. For the extension, the study uses the relationship between rupture velocity and radiation efficiency, which was derived in the theory of linear elastic fracture mechanics, and the definition of f_max given in the specific barrier model proposed by Papageorgiou and Aki. The results clearly show that the extended scaling relationship is governed by the ratio of rupture velocity to S wave velocity, and the velocity ratio can be determined by the ratio of characteristic frequencies of a Fourier amplitude spectrum, which are corner frequency, f_c, and source-controlled cut-off frequency, f_max, or vice versa. The derived relationship is tested by using the characteristic frequencies extracted from previous studies of more than 130 shallow crustal events (focal depth less than 25 km, M_W 3.0~7.5) that occurred in Japan. Under the assumption of a dynamic similarity, the rupture velocity estimated from f_max/f_c and the modified integral timescale give quite similar scale-dependence of the rupture area to that given by Kanamori and Anderson. Also, the results for large earthquakes show good agreement to the values from a kinematic inversion in previous studies. The test results also indicate the unavailability of the spectral self-similarity proposed by Aki because of the scale-dependent rupture velocity and the rupture velocity-dependent f_max/f_c; however, the results do support the local similarity asserted by Ohnaka. It is also remarkable that the relationship between the rupture velocity and f_max/f_c is quite similar to Kolmogorov's hypothesis on a similarity in the theory of isotropic turbulence.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.842-848
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• 2013

Developments of Solid-State Gyroscopy during last decades are impressive and were based on thin-walled shell resonators like HRG or CRG made from fused quartz or leuko-sapphire. However, a number of design choices for inertial-grade gyroscopes, which can be used for high-g applications and for mass- or middle-scale production, is still very limited. So, considerations of fundamental physical effects in solids that can be used for development of a miniature, completely solid-state, and lower-cost sensor look urgent. There is a variety of different types of bulk acoustic (elastic) waves (BAW) in anisotropic solids. Shear waves with different variants of their polarization have to be studied especially carefully, because shear sounds in glasses and crystals are sensitive to a turn of the solid as a whole, and, so, they can be used for development of gyroscopic sensors. For an isotropic medium (for a glass or a fine polycrystalline body), classic Lame's theorem (so-called, a general solution of Elasticity Theory or Green-Lame's representation) has been modified for enough general case: an elastic medium rotated about an arbitrary set of axes. Travelling, standing, and mixed shear waves propagating in an infinite isotopic medium (or between a pair of parallel reflecting surfaces) have been considered too. An analogy with classic Foucault's pendulum has been underlined for the effect of a turn of a polarizational plane (i.e., an integration effect for an input angular rate) due to a medium's turn about the axis of the wave propagation. These cases demonstrate a whole-angle regime of gyroscopic operation. Single-crystals are anisotropic media, and, therefore, to reflect influence of the crystal's rotation, classic Christoffel-Green's tensors have been modified. Cases of acoustic axes corresponding to equal velocities for a pair of the pure-transverse (shear) waves have of an evident applied interest. For such a special direction in a crystal, different polarizations of waves are possible, and the gyroscopic effect of "polarizational precession" can be observed like for a glass. Naturally, formation of a wave pattern in a massive elastic body is much more complex due to reflections from its boundaries. Some of these complexities can be eliminated. However, a non-homogeneity has a fundamental nature for any amorphous medium due to its thermodynamically-unstable micro-structure, having fluctuations of the rapidly-frozen liquid. For single-crystalline structures, blockness (walls of dislocations) plays a similar role. Physical nature and kinematic particularities of several typical "drifts" in polarizational BAW gyros (P-BAW) have been considered briefly too. They include irregular precessions ("polarizational beats") due to: non-homogeneity of mass density and elastic moduli, dissymmetry of intrinsic losses, and an angular mismatch between propagation and acoustic axes.