• Smart Structures and Systems
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• 제31권3호
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• pp.213-227
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• 2023

A passive prismatic-shaped isolation platform (PIP) is proposed to realize enhanced quasi-zero stiffness (QZS) effect. The design concept uses a horizontal spring to produce a tunable negative stiffness and installs oblique springs inside the cells of the prismatic structure to provide a tunable positive stiffness. Therefore, the QZS effect can be achieved by combining the negative stiffness and the positive stiffness. To this aim, firstly, the mathematical modeling and the static analysis are conducted to demonstrate this idea and provide the design basis. Further, with the parametric study and the optimal design of the PIP, the enhanced QZS effect is achieved with widened QZS range and stable property. Moreover, the dynamic analysis is conducted to investigate the vibration isolation performance of the proposed PIP. The analysis results show that the widened QZS property can be achieved with the optimal designed structural parameters, and the proposed PIP has an excellent vibration isolation performance in the ultra-low frequency due to the enlarged QZS range. Compared with the traditional QZS isolator, the PIP shows better performance with a broader isolation frequency range and stable property under the large excitation amplitude.

• Smart Structures and Systems
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• 제20권6호
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• pp.769-780
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• 2017

Cable force monitoring is an essential and critical part of the safety evaluation of cable-supported bridges. A reasonable cable force monitoring scheme, particularly, sensor placement related to accurate safety assessment and budget cost-saving becomes a major concern of bridge administrative authorities. This paper presents optimal sensor placement for cable force monitoring by selecting representative sensor positions, which consider the spatial correlativeness existing in the cable group. The limited sensors would be utilized for maximizing useful information from the monitored bridges. The maximum information coefficient (MIC), mutual information (MI) based kernel density estimation, as well as Pearson coefficients, were all employed to detect potential spatial correlation in the cable group. Compared with the Pearson coefficient and MIC, the mutual information is more suitable for identifying the association existing in cable group and thus, is selected to describe the spatial relevance in this study. Then, the bond energy algorithm, which collects clusters based on the relationship of surrounding elements, is used for the optimal placement of cable sensors. Several optimal placement strategies are discussed with different correlation thresholds for the cable group of Nanjing No.3 Yangtze River Bridge, verifying the effectiveness of the proposed method.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제25권2_2호
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• pp.263-269
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• 2022

In this study, the optimal support position determination and stability determination of the wedge wire screen were performed for the production of the wedge wire filter screen with improved mesh screen. In order to manufacture a filter screen using a wedge wire, the support rod wedge wire is first installed according to the filtering capacity, and then spot welding is performed while rotating the profile wire. In the existing manufacturing method, it was manufactured using a 3m rod wedge wire and then cut according to dimensions, but it required the manufacture of a 6m cylindrical screen. Due to the increase in wedge wire length, it is difficult to manufacture stress concentration at sagging and fixed positions. In order to shorten the time of analysis, a single wedge wire was applied instead of a plurality of wedge wires. The reliability and validity of the interpretation were presented and the results were derived. After selecting the support point at the 2m position, structural analysis was performed on the entire filter screen to confirm stability.The purpose of this study is to identify the maximum deflection of the wire for the production of a 6m wedge wire screen and secure design basic data so that it can work safely through optimal support.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.243-248
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• 2022

본 논문에서는 1차원 오일러 보 요소(Euler-Bernoulli Beam Element)를 이용한 회전익기 축계에 대한 중량 최적설계를 수행하였다. 회전 축계의 특성을 고려해 비틀림(Torsion)과 베어링과 같은 축지지 강성 및 플랜지(Flange) 질량을 모두 고려하였고, 동적 안전성 확보를 위해 고유치 해석을 수행하여 임계속도(Critical Speed)와 기어박스로부터 오는 치 변형 가진을 회피할 수 있도록 하였다. 축의 길이는 고정된 상태에서 두께와 반경을 조절하여 중량 최적화를 수행하였으며, 최적화 과정은 2단계로 나누어 진행하였다. 1단계에서는 비틀림 강도를 제약조건으로 하여 중량을 최적화한 후 2단계에서는 축계 안정성 확보 기준(Headquarters, U.S. Army Material Command, 1974)에 따라 축의 비틀림 강도에 대한 제약조건을 만족시키며, 축의 1차 모드가 임계속도를 회피할 수 있도록 축 1차모드와 임계속도의 차이가 최대가 되도록 최적화를 진행하였다. 주어진 1차원 보 요소를 이용하여 최적설계를 한 결과를 3차원 유한요소 모델과 실제 제작된 축게의 시험결과와 비교하여 제안된 방법을 검증하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.343-350
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• 2015

천해역에서의 해상풍력터빈의 기초 형식으로 모노파일, 트라이포드, 재킷 등의 고정식 기초 사이의 최적의 지지구조물 선별에 대한 논의가 세계적으로 활발하게 되어왔다. 다양한 기초 형식 가운데 어떤 기초를 최종 선택하기 위해서는 경제성과 함께 동적설계 측면에서의 검토도 필요하다. 이 연구에서는 고정식 기초를 해상풍력터빈의 기초로 적용하는 경우 전체 구조물의 고유주파수에 미치는 하중 및 지반 물성치의 불확실성의 영향을 정량적으로 검토하였다. 연구결과, 모노파일의 고유주파수의 변동이 가장 심한 것을 알 수 있었고, 따라서 모노파일 기초를 설계에 반영하는 경우에는 지반 물성치의 불확실성을 최소화시키는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.495-503
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• 2001

기능 경사 복합재에서는 열적 탄성 거동이 성분의 구성분포에 의해 명백하게 구분되어지도록 두가지의 성분입자들을 특정한 체적분율 분포에 따라서 혼합한다. 따라서, 설계자는 주어진 제약조건에 대해 목적하는 성능에 적합한 기능 경사 복합재를 설계하기 위해서 최적의 체적분율 분포를 결정해야만 한다. 본 연구에서는 금속과 세라믹으로 구성된 내열 기능 경사 복합재의 2차원 체적분율을 최적화하기 위하여 내부벌칙함수법과 유한차분법을 사용한 수치 최적화기법을 제안하였다. 최적화 효율을 위해 단일 설계변수의 유한개의 균질 사각형 격자로 기능 경사 복합재의 영역을 나누었다. 그렇지만, 연속적인 체적분율을 구현하기 위하여 최적설계 후에 전체적으로 연속적인 이차원 선형함수로써 불연속적인 체적분율을 보간하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권3호
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• pp.309-316
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• 2011

일반적으로 카누는 목재나 FRP 등으로 제작된다. 그러나 소비자들은 기존의 재료에 비하여 염가이면서 친환경 재료를 선호한다. 특히, 선진국에서는 일부 선박에 대하여 FRP 선체 제조를 금지하는 법안을 발표하고 이에 따른 국제협약을 제정하였다. 폴리에틸렌은 식료품 용기나 의료용 용기로 널리 사용되는 재료로서 리사이클 가능한 재료이다. 본 연구에서는 카누 선체 재료로 폴리에틸렌으로 선정하였으며 선형설계는 상용 선형 설계 프로그램인 3D Boat Design을 이용하여 수행하였다. 카누 구조하중은 우선 ANSYS CFX R12.1을 이용하여 선체에 작용되는 압력 분포를 구하고 이것을 ANSYS WORKBENCH R12.1로 넘겨 선체 압력 하중과 패들러 하중을 동시에 고려하였다. 카누 각 치수를 설계변수화하여 응력과 무게를 최소화하는 최적화 과정을 반응표면방법과 만족도 함수를 이용하여 수행하였다. 개발된 카누는 운항시험에서 직진성이나 안정성은 우수하나 운반성과 선회성 및 속도는 보통인 것으로 판단된다.

• 한국융합학회논문지
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• 제9권5호
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• pp.145-150
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• 2018

공작기계의 주축은 황삭 가공에서 부터 정삭가공에 이르는 다양한 작업들이 가능해야 하고, 정속운동 또는 회전 위치결정의 기능을 수행해야 되므로 주축설계에 고려해야 할 변수들이 많다. 주축이동식자동선반은 고정식자동선반에 비해 샤프트가 가늘고 긴 핀 들을 작업할 때 좋은 선반이다. 고정식 자동선반에 비해 외경가공의 밀도가 매우 높다. 주축 이송형 선반은 주로 소형 제품을 정밀가공 할 경우에 사용되므로 가공 정밀도가 높아야 한다. 최대 외경 가공 한계 치수는 Ø32, 내경가공 한계 치수는 Ø6까지 가공이 가능하게 제작되어야 한다. 본 연구에서는 주축이동식 자동선반에 사용되는 SCM440 소재의 정 동적특성을 이동식 선반에 적용하여 분석하였다. 주축의 정,동적 특성에 영향을 미치는 인자들을 고려하여 고속화 및 고정밀도를 갖는 최적설계기술이 확보하기 위하여 수치해석을 이용하여 분석하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제34권4호
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• pp.467-485
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• 2020

Genetic Algorithm (GA) is a meta-heuristic algorithm which is capable of providing robust solutions for optimal design of structural components, particularly those one needs considering many design requirements. Hence, it has been successfully used by engineers in the typology optimization of structural members. As a novel approach, this study employs GA in order for conducting a case study with high constraints on the optimum mechanical properties of reinforced concrete (RC) beams under different load combinations. Accordingly, unified optimum sections through a computer program are adopted to solve the continuous beams problem. Genetic Algorithms proved in finding the optimum resolution smoothly and flawlessly particularly in case of handling many complicated constraints like a continuous beam subjected to different loads as moments shear - torsion regarding the curbs of design codes.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제7권1호
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• pp.173-179
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• 2003

실제 현장에서 사용하고 있는 고강도 콘크리트 배합의 단위시멘트량은 대부분의 경우 소요의 슬럼프를 확보하는데 필요한 양으로 결정된다. 이 방법은 보통 강도 콘크리트의 배합설계 개념을 적용한 것이기 때문에 필요 이상의 단위시멘트량을 사용하게 된다. 따라서 상대적으로 많은 양의 시멘트를 사용하게 되어 콘크리트의 내구성을 저하시키게 된다. 이에 본 연구에서는 고강도 콘크리트의 내구성과 시공성 및 강도를 동시에 고려한 적정 단위시멘트량을 분석하였으며, 적정 단위시멘트량을 사용함에 따른 혼화제 첨가량 및 적정잔골재율에 대해 검토하였다. 실험 결과, 본 연구의 실험조건에서 단위시멘트량을 $370kg/m^3$으로부터 $550kg/m^3$까지 사용하더라도 압축강도의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 따라서 콘크리트의 배합시 소요의 설계강도뿐만 아니라 내구성과 시공성을 동시에 만족하는 최소의 단위시멘트량을 결정하여 적용하여야 할 것으로 판단된다.