• 한국대기환경학회지
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• 제33권2호
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• pp.139-158
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• 2017

CMAQ (Community Multiscale Air Quality Model) simulations were carried out to estimate the potential range of contributions on surface $PM_{2.5}$ concentrations over the Seoul Metropolitan Area (SMA) with the gaseous precursors and Primary Particulate Matters(PPM) available from a recent national emissions inventory. In detail, on top of a base simulation utilizing the 2013 Clean Air Policy Supporting System (CAPSS) emission inventory, a set of Brute Force Method (BFM) simulations after reducing anthropogenic $NO_x$, $SO_2$, $NH_3$, VOCs, and PPM emissions released from area, mobile, and point sources in SMA by 50% were performed in turn. Modeling results show that zero-out contributions(ZOC) of $NH_3$ and PPM emissions from SMA are as high as $4{\sim}5{\mu}g/m^3$ over the region during the modeling period. On the contrary, ZOC of local $NO_x$ and $SO_2$ emissions to SMA $PM_{2.5}$ are less than $1{\mu}g/m^3$. Moreover, model analyses indicate that a wintertime $NO_x$ reduction at least up to 50% increases SMA $PM_{2.5}$ concentrations, probably due to increased HNO3 formation and conversion to aerosols under more abundant ozone and radical conditions after the $NO_x$ reduction. However, a nation-wide $NO_x$ reduction decreased SMA $PM_{2.5}$ concentrations even during winter, which implies that nation-wide reductions would be more effective to curtail SMA $PM_{2.5}$ concentrations than localized efforts.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제3권2호
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• pp.192-211
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• 2010

In most framed structures the nonlinearities and the damages are localized, extending over a limited length of the structural member. In order to capture the details of the local damage, the segments of a member that have entered the nonlinear range may need to be analyzed using the three-dimensional element (3D) model whereas the rest of the member can be analyzed using the simpler one-dimensional (1D) element model with fewer degrees of freedom. An Element-Coupling model was proposed to couple the small scale solid 3D elements with the large scale 1D beam elements. The mixed dimensional coupling is performed imposing the kinematic coupling hypothesis of the 1D model on the interfaces of the 3D model. The analysis results are compared with test results of a reinforced concrete pipe column and a structure consisting of reinforced concrete columns and a steel space truss subjected to static and dynamic loading. This structure is a reduced scale model of a direct air-cooled condenser support platform built in a thermal power plant. The reduction scale for the column as well as for the structure was 1:8. The same structures are also analyzed using 3D solid elements for the entire structure to demonstrate the validity of the Element-Coupling model. A comparison of the accuracy and the computational effort indicates that by the proposed Element-Coupling method the accuracy is almost the same but the computational effort is significantly reduced.

• Computers and Concrete
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• 제27권2호
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• pp.111-130
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• 2021

In the present work, an extensive study for predicting efficiency parameters (��i) of various simulated nanocomposites including Polymethyl methacrylate (PMMA) as matrix and different structures including various sizes of graphene platelets (GPLs), single, double, and multi-walled carbon nanotubes (SWCNTs-DWCNTs-MWCNTs), and single and double-walled boron nitride nanotubes (SWBNNTs-DWBNNTs) are investigated. It should be stated that GPLs, carbon and boron nitride nanotubes (CNTs, BNNT) with different chiralities (5, 0), (5, 5), (10, 0), and (10, 10) as reinforcements are considered. In this research, molecular dynamics (MDs) method with Materials studio software is applied to examine the mechanical properties (Young's modulus) of simulated nanocomposite boxes and calculate η1 of each nanocomposite boxes. Then, it is noteworthy that by changing length (6.252, 10.584, and 21.173 nm) and width (7.137, 10.515, and 19.936) of GPLs, ��1, ��2, and ��3 approximately becomes (0.101, 0.114, and 0.124), (1.15, 1.22, and 1.26), (1.04, 1.05, and 1.07) respectively. After that efficiency parameters of SWCNTs, DWCNTs, and MWCNTs are calculated and discussed separately. Finally efficiency parameters of SWBNNTs and DWBNNTs with different chiralities by PMMA as matrix are determined by MD and discussed separately. It is known that the accurate efficiency parameters helps a lot to calculate the properties of nanocomposite analytically. In particular, the obtained results from this research can be used for analytical work based on the extended rule of mixture (ERM) in bending, buckling and vibration analysis of structure in future study.

• 대기
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• 제32권4호
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• pp.341-351
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• 2022

Recently, interest in the possibility of a washout effect using artificial rain enhancement technology to reduce high-concentration fine dust is growing. Therefore, in this study, the reduction rate of PM₁₀ concentration according to the amount of artificial rain enhancement was calculated during Asian Dust event which occurred over the Korean Peninsula on March 29, 2021 using air quality model [i.e., Community Multiscale Air Quality (CMAQ)] combined with the mesoscale model for artificial rain enhancement (i.e., WRF-MMS). According to WRF-MMS, the washout effect lasted 5 hours, and the maximum precipitation rate was calculated to be 1.5 mm hr^-1. According the CMAQ results, the PM₁₀ reduction rate was up to 22%, and the affected area was calculated to be 6.4 times greater than that of the artificial rain enhancement area. Even if the maximum amount of precipitation per hour is lowered to 0.8 mm hr^-1 (about 50% level), the PM₁₀ reduction rate appears to be up to 16%. In other words, it is believed that this technique can be used as a direct method for reducing high-concentration fine dust even when the artificial rain enhancement effect is weak.

• 한국정보기술학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.103-114
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• 2019

주파수변조연속파형(FMCW) 레이더 시스템을 사용하는 이동 객체탐지가 최근 각광을 받고 있다. 레이더 객체탐지는 탐지범위 내 존재하는 고정된 객체 및 클러터들로부터 반사되는 잡음신호로 인해 매우 도전적인 문제이다. 본 논문에서는 FCMW 레이다를 이용하여 잡음배경하 이동객체탐지를 위해 강인한 주성분분석법(RPCA)을 이용한다. 먼저 원 레이더 입력신호에 보상과 보정을 적용한다. 다음 경사하강법을 사용하는 RPCA가 저계수의 성질을 갖는 잡음배경 모델을 구하기 위해 사용된다. 본 논문에서는 RPCA 계산을 위해 소요계산량이 적은 새로운 업데이트 알고리즘을 제안한다. 마지막으로 이동객체는 자동 다중스케일에 기반한 피크 탐지법에 의해 정위한다. 모든 단계는 슬라이딩 윈도우 방법 기반하여 처리된다. 제안된 방법을 타 RPCA 기반의 방법들과 다양한 실험 시나리오 상에서 비교했을 때, 처리 속도와 정확도 척도에서 우수한 결과를 보였다.

• 한국환경과학회지
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• 제32권8호
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• pp.595-611
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• 2023

The purpose of this study is to improve the daily prediction results of PM2.5 from the air quality diagnosis and evaluation system operated by the Busan Institute of Health and Environment in real time. The air quality diagnosis and evaluation system is based on the photochemical numerical model, CMAQ (Community multiscale air quality modeling system), and includes a 3-day forecast at the end of the model's calculation. The photochemical numerical model basically has limitations because of the uncertainty of input data and simplification of physical and chemical processes. To overcome these limitations, this study applied DNN (Deep Neural Network), a deep learning technique, to the results of the numerical model. As a result of applying DNN, the r of the model was significantly improved. The r value for GFS (Global forecast system) and UM (Unified model) increased from 0.77 to 0.87 and 0.70 to 0.83, respectively. The RMSE (Root mean square error), which indicates the model's error rate, was also significantly improved (GFS: 5.01 to 6.52 ug/m³ , UM: 5.76 to 7.44 ug/m³ ). The prediction results for each concentration grade performed in the field also improved significantly (GFS: 74.4 to 80.1%, UM: 70.0 to 77.9%). In particular, it was confirmed that the improvement effect at the high concentration grade was excellent.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.137-145
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• 2014

본 논문에서는 브리징 스케일 분해를 기반으로 멀티스케일 문제에 대한 설계민감도 해석법을 개발하였다. 나노 기술의 급속한 발전으로 인해 나노 수준의 해석의 필요성이 지속적으로 증가하고 있다. 최근 분자동역학과 연속체역학의 연성문제에서 많은 해석 방법들이 개발되었다. 본 논문에서는 연성시스템 해석을 위해 브리징 스케일 기법을 사용한다. 전체 영역의 분자동역학 시스템의 해석은 많은 양의 계산 비용이 들기때문에 분자동역학과 연속체 시뮬레이션의 연성시스템을 선호한다. 분자동역학과 연속체 수준 사이의 정보 교환은 분자동역학과 연속체의 경계에서 일어난다. 브리징 스케일 법에서 일반화된 랑지벵 방정식은 축소된 영역의 분자동역학 시스템 해석을 위하여 요구되고, 시간이력 커널을 사용하여 구한 GLE 힘은 분자동역학 시스템에서 경계에 있는 원자들에 작용한다. 그러므로 분자동역학과 연속체 수준의 시뮬레이션을 분리해서 해석할 수 있으며 계산 과정을 가속시킬 수 있다. 연성문제의 시뮬레이션 이후에는 설계의 최적화를 위해 설계민감도 해석의 필요성이 자연스럽게 나타나며 전체 시스템의 성능은 나노 스케일의 효과를 고려해서 최적화된다. 설계구배 기반 최적화에서 설계민감도가 요구되지만 유한차분법으로 구한 민감도는 문제가 대형화될 때 계산비용의 제한때문에 비실용적이나 해석적 설계민감도는 효율적인 강점을 갖는다. 본 연구에서는 연성된 분자동역학-연속체 멀티스케일 문제에서 해석적 설계민감도를 유도하여 정확성과 향후 최적설계로의 활용 가능성을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.423-430
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• 2013

본 연구에서는 탄소나노튜브와 폴리프로필렌 기지 간 계면결합력과 나노튜브의 국부적 응집에 따른 나노복합재의 탄소성 거동 변화에 대한 파라메트릭 연구를 수행한다. 나노복합재의 탄소성 거동 예측을 위해 분자동역학 전산모사를 수행하고, 분자동역학 결과와 Mori-Tanaka 모델을 적용한 비선형 미시역학 모델을 연계하여 나노복합재 내 흡착계면의 탄소성 거동을 역으로 도출하는 2단계 영역분할 기법을 적용하였다. 미시역학 모델에서는 시컨트 계수방법을 Mori-Tanaka 모델에 적용하여 나노복합재의 비선형 거동을 예측하는 방법을 적용하였으며, 나노튜브와 기지 간 재료계면의 불완전 결합을 고려하기 위해 변위 불연속 조건을 적용하였다. 흡착영역을 고려한 미시역학 모델을 통해 흡착계면의 유무 및 재료계면 결합력 변화 그리고 나노튜브의 국부적 응집현상에 따른 나노복합재의 응력-변형률 관계를 예측하였다. 그 결과 나노튜브의 국부적 응집이 나노복합재의 강화효과를 저하시키는 가장 중요한 변수임을 확인하였다.

• 한국대기환경학회지
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• 제33권5호
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• pp.480-496
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• 2017

CMAQ (Community Multiscale Air Quality)-HDDM (High-order Direct Decoupled Method) simulations with MICS-Asia 2010 and INTEX-B 2006 emissions inventories were performed to investigate the impact of Chinese $NO_x$ and VOC emissions on 1-hr ozone concentrations over South Korea during May to July in 2014. Chinese $NO_x$ and VOC emissions in MICS-Asia 2010 were 60% higher and 100% lower than those in INTEX-B 2006 during the simulation period. It makes the ratio of Chinese VOC to $NO_x$ emissions in INTEX-B 2006 (Case 1) is 3.2 times higher than that in MICS-Asia 2010 (Case 2). When the observed period mean 1-hr ozone concentration averaged across 106 air monitoring sites in the SMA (Seoul Metropolitan Area) was 37.6 ppb, the modeled values were similar to each other; 37.3 ppb for Case 1, and 40.4 ppb for Case 2. Both cases show that daily maximum 1-hr ZOC (Zero-Out Contribution) of Chinese $NO_x$ and VOC emissions were as high as 55 ppb and 35 ppb for the episode respectively. Correlation coefficients between ZOC of Chinese $NO_x$ and VOC emissions and the SMA daily maximum 1-hr ozone were 0.49~0.69. It indicates that Chinese emissions occasionally affect the SMA daily ozone peaks. On the other hand, Case 2 predicted 7 ppb and 1 ppb higher ZOC of Chinese $NO_x$ and VOC emissions than Case 1, when simulated ozone in the SMA is over 80 ppb. It implies that upwind $NO_x$ emissions would be more important than upwind VOC emissions for the long-range transport of ozone in Northeast Asia.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.16-24
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• 2023

본 논문에서는 복합재료의 섬유와 기지사이의 경계면 손상을 고려한 멀티스케일 점진적 피로 손상 모델을 제안한다. 먼저 점진적인 경계면 손상을 고려하기 위해 서로 다른 4개의 경계면 상태를 정의한 미소구조 모델을 도입하였다. 각각의 상태에 대한 부피분율은 피로 하중의 사이클 수가 증가함에 따라 온전한 상태의 계면에서 완전 박리 상태의 계면으로의 전환이 일어난다. 손상된 경계면의 에쉘비 텐서(Eshelby's tensor)를 계산하기 위해 선형 스프링 모델이 사용되었으며 균질화 방법을 통해 복합재료의 유효 물성을 얻었다. 또한 복합재료의 피로거동을 묘사하기 위해 교번 응력에 대한 섬유, 기지, 그리고 섬유-기지 간의 계면 각각에 대한 손상 변수들이 정의되었고 이를 chaotic firefly 알고리즘을 통해 손상 변수를 특성화 하였다. 제안된 모델은 유한요소해석프로그램 ABAQUS의 UMAT subroutine으로 구현되어 AS4/3501-6 복합재료의 단일방향 라미네이트(unidirectional laminate) 시편들([0]₈, [90]₈,[30]₁₆)을 통해 성공적으로 검증되었다.