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Spatial dispersion of aggregate in concrete a computer simulation study

  • Hu, Jing;Chen, Huisu;Stroeven, Piet
    • Computers and Concrete
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    • 제3권5호
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    • pp.301-312
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    • 2006
  • Experimental research revealed that the spatial dispersion of aggregate grains exerts pronounced influences on the mechanical and durability properties of concrete. Therefore, insight into this phenomenon is of paramount importance. Experimental approaches do not provide direct access to three-dimensional spacing information in concrete, however. Contrarily, simulation approaches are mostly deficient in generating packing systems of aggregate grains with sufficient density. This paper therefore employs a dynamic simulation system (with the acronym SPACE), allowing the generation of dense random packing of grains, representative for concrete aggregates. This paper studies by means of SPACE packing structures of aggregates with a Fuller type of size distribution, generally accepted as a suitable approximation for actual aggregate systems. Mean free spacing $\bar{\lambda}$, mean nearest neighbour distance (NND) between grain centres $\bar{\Delta}_3$, and the probability density function of ${\Delta}_3$ are used to characterize the spatial dispersion of aggregate grains in model concretes. Influences on these spacing parameters are studied of volume fraction and the size range of aggregate grains. The values of these descriptors are estimated by means of stereological tools, whereupon the calculation results are compared with measurements. The simulation results indicate that the size range of aggregate grains has a more pronounced influence on the spacing parameters than exerted by the volume fraction of aggregate. At relatively high volume density of aggregates, as met in the present cases, theoretical and experimental values are found quite similar. The mean free spacing is known to be independent of the actual dispersion characteristics (Underwood 1968); it is a structural parameter governed by material composition. Moreover, scatter of the mean free spacing among the serial sections of the model concrete in the simulation study is relatively small, demonstrating the sample size to be representative for composition homogeneity of aggregate grains. The distribution of ${\Delta}_3$ observed in this study is markedly skew, indicating a concentration of relatively small values of ${\Delta}_3$. The estimate of the size of the representative volume element (RVE) for configuration homogeneity based on NND exceeds by one order of magnitude the estimate for structure-insensitive properties. This is in accordance with predictions of Brown (1965) for composition and configuration homogeneity (corresponding to structure-insensitive and structure-sensitive properties) of conglomerates.

Direct numerical simulations of viscoelastic turbulent channel flows at high drag reduction

  • Housiadas Kostas D.;Beris Antony N.
    • Korea-Australia Rheology Journal
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    • 제17권3호
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    • pp.131-140
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    • 2005
  • In this work we show the results of our most recent Direct Numerical Simulations (DNS) of turbulent viscoelastic channel flow using spectral spatial approximations and a stabilizing artificial diffusion in the viscoelastic constitutive model. The Finite-Elasticity Non-Linear Elastic Dumbbell model with the Peterlin approximation (FENE-P) is used to represent the effect of polymer molecules in solution, The corresponding rheological parameters are chosen so that to get closer to the conditions corresponding to maximum drag reduction: A high extensibility parameter (60) and a moderate solvent viscosity ratio (0.8) are used with two different friction Weissenberg numbers (50 and 100). We then first find that the corresponding achieved drag reduction, in the range of friction Reynolds numbers used in this work (180-590), is insensitive to the Reynolds number (in accordance to previous work). The obtained drag reduction is at the level of $49\%\;and\;63\%$, for the friction Weissenberg numbers 50 and 100, respectively. The largest value is substantially higher than any of our previous simulations, performed at more moderate levels of viscoelasticity (i.e. higher viscosity ratio and smaller extensibility parameter values). Therefore, the maximum extensional viscosity exhibited by the modeled system and the friction Weissenberg number can still be considered as the dominant factors determining the levels of drag reduction. These can reach high values, even for of dilute polymer solution (the system modeled by the FENE-P model), provided the flow viscoelasticity is high, corresponding to a high polymer molecular weight (which translates to a high extensibility parameter) and a high friction Weissenberg number. Based on that and the changes observed in the turbulent structure and in the most prevalent statistics, as presented in this work, we can still rationalize for an increasing extensional resistance-based drag reduction mechanism as the most prevalent mechanism for drag reduction, the same one evidenced in our previous work: As the polymer elasticity increases, so does the resistance offered to extensional deformation. That, in turn, changes the structure of the most energy-containing turbulent eddies (they become wider, more well correlated, and weaker in intensity) so that they become less efficient in transferring momentum, thus leading to drag reduction. Such a continuum, rheology-based, mechanism has first been proposed in the early 70s independently by Metzner and Lamley and is to be contrasted against any molecularly based explanations.

삼팔면체 점토광물에 대한 분자동역학 시뮬레이션 연구 (A Molecular Dynamics Simulation Study of Trioctahedral Clay Minerals)

  • 이지연;이진용;권기덕
    • 한국광물학회지
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    • 제30권4호
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    • pp.161-172
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    • 2017
  • 점토광물은 지하수 바닥부터 산림에 이르는 지구의 얇은 표면에 해당하는 '크리티컬존(critical zone)'에 존재하는 금속원소의 지구화학적 순환에 중요한 역할을 한다. 입자 크기가 매우 작은 점토광물에 대한 원자 수준(atomistic scale)의 연구는 지구화학적 순환 과정에 대한 정확한 기작(mechanism)을 규명할 수 있을 뿐만 아니라 재료개발과 같은 산업분야에도 응용될 수 있다. 원자 간의 페어 퍼텐셜(pair potential)을 파라미터화한 힘 장(force field)을 사용하는 분자동역학(molecular dynamics) 컴퓨터 시뮬레이션은 원자 수준의 정보를 제공할 수 있기 때문에 실험과 함께 점토광물의 결정구조와 반응도 연구에 사용된다. 점토광물 시뮬레이션을 위한 힘 장으로는 이팔면체(dioctahedral) 광물을 기반으로 만들어진 ClayFF 힘 장이 보편적으로 사용된다. 삼팔면체(trioctahedral) 광물 시뮬레이션에도 ClayFF를 사용하는 연구가 보고되고 있으나, 같은 광물을 계산하더라도 각 연구마다 다른 파라미터 값을 사용하고 있기 때문에 파리미터 선택이 시뮬레이션의 정확도에 어떤 영향을 미치는지 체계적인 테스트가 필요하다. 이번 연구에서는 삼팔면체 광물인 수활석, 리자다이트, 활석을 대상으로 팔면체 마그네슘(Mg)의 원자간 페어 퍼텐셜을 나타내는 파라미터 'mgo'와 'mgh'를 각각 사용하여 분자동역학 시뮬레이션 계산결과를 비교하였다. 격자상수, 원자 간의 거리 등 삼팔면체 점토광물의 결정구조는 주어진 두 가지 파라미터에 관계없이 거의 일정한 결과를 보여주었지만, 진동 파워 스펙트럼(vibrational power spectrum)으로 계산한 수산기의 진동수는 파라미터에 따라 상대적으로 뚜렷한 차이를 보였다.

서울시 보도의 보행 LOS 진단 및 분석방법 개선에 관한 연구 (Improvement of Analysis Method for Pedestrian LOS on Sidewalk in Seoul)

  • 이신해
    • 대한교통학회지
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    • 제30권3호
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    • pp.7-15
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    • 2012
  • 보행시설의 보행 LOS 산정시 한국도로용량편람의 방법론을 주로 사용하고 있는데, 지나치게 양호한 결과가 도출된다는 문제점이 지속적으로 지적되어 왔다. 이에 본 연구의 목적은 현재 널리 이용되고 있는 한국도로용량편람의 보행 LOS 분석방법에 대한 문제점을 파악하고, 서울시 사례를 이용하여, 다양한 보행시설 중 보도의 보행 LOS 분석방법에 대한 개선방안을 제시하는 것이다. 한국도로용량편람의 분석방법에 의해 서울시 보도의 보행 LOS를 진단한 결과, 전체 대상지점의 90%이상이 LOS A로 판정되어 지나치게 양호한 결과가 도출되었는데, 이의 개선방안으로 유효보도폭의 절대적 값을 고려하는 방안을 제시하였다. 그 결과 LOS C 및 LOS D에서 많은 변화가 나타나는 것을 알 수 있었다. 지금까지 보도를 대상으로 한 보행 LOS 진단 연구가 한정된 지역에 국한되어 진행되었다면 본 연구는 서울시 전역을 대상으로 하여 보도의 보행 LOS를 진단했다는 면에서도 의의가 있다고 할 수 있다.

고차 불확실 시스템을 위한 시변 슬라이딩 평면의 설계 (Design of Time-varying Sliding Surface for Higher-order Uncertain Systems)

  • 김가규;최봉열
    • 전자공학회논문지S
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    • 제36S권6호
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    • pp.37-44
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    • 1999
  • 본 논문에서는 고차 불확실 시스템의 빠르고 견실한 추적을 위해 시변 다중근을 가지는 새로운 슬라이딩평면을 제안한다. 다중근은 슬라이딩 모드에서의 폐루프 시변 시스템을 안정화시키면서 목표로 하는 근을 향해 이동한다. 초기 다중근은 초기 오차에 대해 평면의 평행이동 거리가 최소화되도록 얻어지고 평면이 초기오차를 지나도록 절편이 생성된다. 허용되는 입력 하에서 빠른 평면의 평행이동과 다중근의 이동은 오차 수렴 속도가 증가될 수 있게 해준다. 제안되는 슬라이딩 모드 제어는 오차가 초기 시간부터 항상 슬라이딩 평면에 머물도록 하여 시스템은 매개변수 불확실성과 외란에 대해 더욱 둔감하게 해준다. 모의 실험에서 기존 방식과의 비교를 통해 제안된 타당성이 입증된다.

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저전압 저전력 듀얼 모드 CMOS 전류원 (Dual-mode CMOS Current Reference for Low-Voltage Low-Power)

  • 이근호
    • 한국정보통신학회논문지
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    • 제14권4호
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    • pp.917-922
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    • 2010
  • 본 논문에서는 혼성모드 집적회로에서 이용 가능한 저전력 듀얼모드 CMOS 전류원 회로를 제안한다. MOS 소자의 전자이동도가 온도변화에 반비례하는 음의 온도계수 생성회로와 비례하는 양의 온도계수 생성회로의 합을 통해 변화하는 외부 온도에 독립적인 특성을 갖는 방식을 이용하였다. 특히, 두 개 이상의 출력을 얻어낼 수 있는 듀얼 출력단을 통해 정전류원을 얻을 수 있었다. 전류 분배를 통해 얻을 수 있는 듀얼모드 출력 전류값을 통해 차동 입출력 구조의 소자 및 필터 설계 등 아날로그 회로 영역에서 응용가능하며, 더불어 다양한 서브 블록 시스템 동작에 활용할 수 있는 유용한 특성을 지니고 있다. 저전압 저전력 특성을 보유하고 있는 제안된 전류원 회로는 2V 공급 전압하에서 0.84mW의 전력 소모값을 나타내었으며, 최종 출력값은 각각 $0.38{\mu}A/^{\circ}C$$0.39{\mu}A/^{\circ}C$의 변화율을 보여주었다. 제안된 회로는 $0.18{\mu}m$ n-well CMOS 공정을 이용하여 hspice 시뮬레이션 하였다.

Fast Neutron Dosimetry with Two Threshold Detectors in Criticality Accidents of Nuclear Reactors

  • Ro, Seung-Gy
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제2권2호
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    • pp.85-95
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    • 1970
  • 두개의 threshold detector로서 인자로의 폭발사고시에 방출되는 속 중성자의 속도분포를 측정하고 그로부터 속 중성자의 인체흡수선량을 계산하였다. 이때 속 중성자의 속도분포는 하나의 스펙트럼 매개변수에 의하여 결정된다는 가정으로부터 얻어지는데 이 매개변수는 threshold detector의 반응율을 측정하므로서 구해진다. 속 중성자의 인체흡수선량은 속 중성자의 속도분포 변화에 따라 큰 변동이 없었으나 threshold detector의 평균반응단면적은 크게 변하였다. 따라서 속 중성자의 속도분포에 관계없이 threshold detector의 평균반응단면적을 고정된 값으로 취하여 속 중성자선량을 계산한다면 큰 오차를 일으키게 될 것이라는 것을 보여주었다. 한편 핵분열에서 방출되는 속 중성자의 속도분포에 대한 세 해석적 표현인 즉 Watt, Cranberg및 Maxwellian 공식들로부터 속 중성자 선량을 계산하여 서로 비교하였다. Watt 및 Cranberg 공식들로 부터 얻어진 속 중성자선량은 Maxwellian 공식으로부터 얻어진 그것보다 약간 높은 값을 보여 주었으며 Watt 공식에 의한 선량계산치는 Cranberg 공식에 의한 그것과 비슷한 값을 보여주었다.

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응력 특이점을 갖는 필릿 용접구조물의 피로해석을 위한 가상절점법을 이용한 구조응력 계산 기법 고찰 (A Study on the Fatigue Strength Evaluation for Fillet Weldment including Stress Singularity using Structural Stress with Virtual Node Method)

  • 하청인;강성원;김명현;김만수;손상용;허주호
    • Journal of Welding and Joining
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    • 제24권3호
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    • pp.27-33
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    • 2006
  • Structural stress approach is well known as a mesh-size insensitive fatigue assessment method by using finite element analyses. It is, however, difficult to estimate the structural stress (SS) at weld end points due to stress singularities when shell elements are used. In this study, fatigue evaluations with longitudinal load carrying box fillet weldment under out-of-plane bending load have been performed by using virtual node method (VNM) in order to avoid the problem, which is called the weld end effect. Various combinations of virtual node parameters, such as reference point and virtual node locations, are investigated for the estimation of proper structural stress values applying VNM in a systematic manner. The appropriate guidance of virtual node parameter has been offered for the fillet weldment considered in the study. The structural stress values obtained by VNM have also been validated by comparing the result with finite element model including weld bead. Moreover, the fatigue strength of the fillet weldment based on the equivalent structural stress is shown to be consistent with the master S-N curve.

Sparse and low-rank feature selection for multi-label learning

  • Lim, Hyunki
    • 한국컴퓨터정보학회논문지
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    • 제26권7호
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    • pp.1-7
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    • 2021
  • 본 논문에서는 다중 레이블 분류를 위한 특징 선별 기법을 제안한다. 기존 많은 특징 선별 기법들은 상호정보척도 등을 이용하여 특징과 레이블 사이의 연관성을 계산하여 특징을 선별하였다. 하지만 상호정보척도는 결합 확률을 요구하기 때문에 실제 전제 특징 집합에서 결합 확률을 계산하는 것은 어렵다. 따라서 소수의 특징만 계산이 가능하여 지역적 최적화만 가능하다는 단점을 가진다. 이런 지역적 최적화 문제를 피해, 주어진 특징 전체 공간에서 저랭크 공간을 구성하고, 희소성을 가진 특징들을 선별할 수 있는 특징 선별 기법을 제안한다. 이를 위해 뉴클리어 노름을 이용해 회귀 기반의 목적함수를 설계하였고, 이 목적 함수의 최적화 문제를 풀기 위한 경사하강법 방식의 알고리즘을 제안하였다. 4가지의 데이터와 3가지 다중 레이블 분류 성능을 기준으로 다중 레이블 분류 실험 결과를 통해 제안하는 방법론이 기존 특징 선별 기법보다 좋은 성능을 나타내는 것을 보였다. 또한 제안하는 목적함수의 파라미터 값 변화에도 성능 변화가 둔감한 것을 실험적인 결과로 확인하였다.

SUR 모형을 이용한 강수량과 대중교통 승객 수간 관계 분석 (Analyzing the Relationship Between Precipitation and Transit Ridership Through a Seemingly Unrelated Regression Model)

  • 신강원;최기주
    • 대한교통학회지
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    • 제32권2호
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    • pp.83-92
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    • 2014
  • 기상조건은 통행자의 수단선택 행위에 큰 영향을 미친다. 본 연구는 기상조건에 따른 여러 교통현상에 대한 가설 중 강수 시 대중교통수단의 승객수가 감소한다는 연구 가설을 실증하기 위해 수행되었다. 이를 위해 본 연구는 최근 24개월 동안 관측된 부산의 버스, 도시철도, 마을버스의 일일 승객 수와 일일 강수량의 관계를 외견상 무관해 보이는 회귀모형(SUR 모형)을 이용하여 분석하였다. 분석결과 일일 강수량이 10mm 이상일 때는 강수량이 증가함에 따라 각 대중교통수단의 승객 수는 감소하는 것으로 나타났다(강수량 1mm 증가 시 시내버스, 도시철도, 마을버스 승객 수는 각각 0.169%, 0.101%, 0.172% 감소). 이처럼 부산의 대중교통수단의 승객 수는 일일 강수량이 10mm 이상인 날 감소하나 도시철도 승객 수 감소는 교차방정식 제약검정 결과 강수량 증가에 상대적으로 둔감한 것으로 나타났다. 그러나 도시철도 승객 수 추정식의 강수량 계수부호는 음수로 부산의 대중교통수단 이용객들은 10mm 이상의 강수일에는 접근, 대기, 환승에 불편이 있는 대중교통수단간 수단 전환보다는 좀 더 쾌적한 통행을 할 수 있는 택시나 승용차로 수단을 전환하거나 통행을 포기하는 경향이 두드러진다고 판단된다.