본 논문에서는 평면 형상에 대해 자연스러운 근사화와 효과적인 지역화를 제공하는 새로운 계층적 표현 방법인 MBO-tree를 제안하였다. 곡선 근사화 방법으로 알려진 Douglas-Peucker 알고리즘을 기반으로 곡선 분할점의 근사화 오차를 분할점과 함께 계층적 트리 노드에 저장함으로써 근사화 척도로 활용하였으며, 보다 자연스러운 형상 표현을 위해 오차 조정 알고리즘도 제안하였다. MBO-tree의 오타 조정은 자식 노드의 오차가 부모 노드의 오차보다 크지 않도록 제한하는 것으로 구현하였다. 지역화를 위해서는 MBR(Minimum Bounding Rectangle)을 단순 확장한 MBO(Minimum Bounding Octangle)를 경계 영역으로 사용하였다. MBO는 다른 계층적 표현 체계의 경계 영역들에 비해 대상 객체에 밀착하여 효과적으로 포함할 뿐만 아니라, 계층간 경계 영역 포함 관계도 만족하기 때문에 점 포함 테스트나 형상간 교차 테스트 등과 같은 계층적인 기하학 연산에 매우 유용하다. 실험을 통해서 본 논문에서 제안한 방법이 strip tree, arc tree, HAL tree등과 같은 다른 계층적 표현 체계에 비해 보다 자연스러운 근사화와 효과적인 지역화가 가능함을 확인하였다.
지표수와 하상 경계층에서 발생하는 흐름 교환은 하천, 호소, 연안, 해안 등 자연계에 존재하는 수환경시스템에서 일반적으로 나타나는 수리학적 특성으로서, 흐름 교환이 발생하는 경계층 아래 하상층 영역을 혼합대(hyporheic zone)라 부른다. 수질오염사고 등에 의해 외부의 오염물질이 하천 내 유입될 경우, 혼합대 흐름에 의해 하상층으로 침투되고 지표수 대비 유속이 느린 하상 내 공극 흐름에 의해 거동함에 따라 이들의 하천 내 체류시간이 증가하게 된다. 따라서, 본 연구에서는 지표수와 하상 흐름을 연계한 수치해석 방법을 적용하여 혼합대가 지표수 내 용질 체류시간에 미치는 영향을 분석하였다. 먼저 연직 2차원 Reynolds 평균 Navier-Stokes(RANS) 방정식과 Darcy 방정식을 연계하여 지표수와 하상 내 흐름을 해석하였다. 지표수 영역은 RANS 방정식을 이용하여 모의하였고, 지표수 흐름해석에서 얻어진 하상의 압력장을 경계조건으로 하여 Darcy 방정식과 함께 하상 내 흐름을 모의하였다. 여기서 하상의 형태는 자연계 하천에서 일반적으로 관찰되는 사련하상(Ripple bed)으로 모사하였다. 이후, 지표수-하상 연계모의를 통해 얻어진 흐름 결과를 바탕으로 지표수-하상 경계층에서 용질거동을 모의하였다. 흐름 모의결과를 과거 실험자료와 비교한 결과, 지표수 영역 내연직흐름 분포를 정확하게 재현하였고, 동시에 혼합대 흐름 구조에 큰 영향을 미치는 지표수-하상 경계층 압력 분포 역시 관측값과 유사하게 나타났다. 용질거동 해석을 통해 얻어진 용질의 체류시간을 분석한 결과, 혼합대 흐름이 고려된 경우(투수성 하상)와 고려되지 않은 경우(불투수성 하상)를 비교했을 때 전자에서 체류시간 분포의 감수곡선이 길어지고 첨두농도가 감소하는 것으로 나타났다. 아울러, 지표수 영역의 유입부 경계의 평균 유속이 증가함에 따라 최대 체류시간이 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 지표수-하상 경계층에서의 압력 경사가 커져 혼합대 내 유속이 증가함에 기인하는 것으로 분석되었다.
구의 일차원 압축거동을 잘 표현할 수 있는 확장멱함수 모형을 이용하여 비선형 압밀속도 모형을 개발하고, 비선형 유한요소 프로그램을 개발하여 침하량과 압밀속도를 계산하였다. 양산-물금 지구 4개 지점의 표준압밀시험 결과를 이용하여 확장적함수의 매개변수를 구하고, 압밀속도와 침하량을 계산한 결과를 비선형 압밀해석 프로그램인 CONSOL의 결과와 비교하였다. 본 모형에 의한 침하량과 압밀속도는 CONSOL의 결과와 잘 일치하고 있다. 본 모형과 CONSOL은 각의 압축성의 변화를 고려하고 있기 때문에 Terzaghi 압밀이론에 비해 빠른 압밀속도를 얻을 수 있었다. 본 모형에 의해 구해진 압밀곡선은 Terzaghi 압밀곡선과 CONSOL 결과의 중간형태를 띄고 있다. 유효응력의 증가속도가 빠른 배수경계 부근에서의 압밀곡선은 두 개의 포물선으로 구성되어 있으며 두 곡선의 교점, 즉 변곡점은 그 지점의 유효응력이 선행압밀하중에 다다를 때 나타난다. CONSOrt과 Terzaghi 압밀이론에서는 하중 크기에 상관없이 압밀곡선의 거동이 동일한 양상을 보이고 있지만 본 모형의 압밀곡선은 선행압밀하중보다 큰 하중에서만 변곡점이 발생된다. 이것은 본 모형이 하중 크기의 영향을 구현할 수 있다는 것을 보여주고 있다.
본 논문에서는 이동 중인 철도차량 제륜자의 두께, 편마모 및 제륜자와 차륜 사이의 거리를 자동으로 측정하는 시스템을 제안한다. 철도차량의 제륜자는 촬영 시스템이 설치된 곳을 지날 때 자동으로 촬영되며, 두께 등을 측정하기 위해 가장 먼저 영상 내에서 제륜자의 위치를 검출한다. 이는 제륜자의 위치가 영상 마다 다르기 때문이며 이를 적응적으로 찾기 위해, 제륜자와 차륜 사이에 나타나는 그림자 영역을 이용한다. 그림자 영역의 경계는 9차 다항식을 통해 모델링되며, 그 영역을 지나는 임의의 곡선 (초기 곡선)은 제약 곡선 피팅 방법을 통해 검출된다. 다음은 검출된 초기 곡선과 명암도 변화 정보를 이용하여 제륜자의 앞과 뒤, 차륜 상의 세 곡선 및 제륜자의 수직면을 지나는 직선을 검출한다. 최종적으로, 앞서 구한 곡선과 직선을 이용하여 제륜자의 두께, 편마모 및 제륜자와 차륜 사이의 거리를 측정한다. 실험에서는 제안된 방법을 실제 선로에서 촬영한 영상에 대해 적용해 보았으며, 그 결과 평균 0.654mm의 두께 측정 오차를 나타내었다.
본 연구에서는 습도 변화와 같은 물리적인 원인으로 보수체의 손상(표면 균열, 경계면 파괴)을 유발하는 표면 인장 응력과 기층과 보수층 단부 경계변의 연직 인장 응력 및 전단 응력이 해석적으로 조사되었다. 응력 계산 시에는 사용 재료의 비선형응력-변형률 곡선이 사용되었고, 특히 변형률 경화, 변형률 연화 특성이 고려되었다. 응력 계산은 보수층의 두께와 보수 재료를 변수로 하였다. 습도 변화에 의한 영향은 보수체가 장기간 공용된 후 수위 하강으로 인해 나타나는 현상(콘크리트 댐)과 보수 후 일정한 양생 기간 후에 거푸집을 제거했을 때 나타나는 현상의 두 가지 경우에 대해서 조사되었다 건조되기 전 보수체 표변의 초기 습도는 100%, 대기 습도는 55%로 가정하였고, 계산기간(양생+건조기간)은 30일간으로 하였다. 상기 두 가지 경우에 대해서 응력을 계산한 결과, 보수체 표면에서는 일부 보수체(CM20, ECM25)에서 단지 변형률 연화 단계의 가상 균열이 발생되었다. 한편 단부 경계면에서는 양생 중에 부착 강도를 약간 상회하는 일부 보수체(CM20)를 제외하고는 부착 전단 파괴는 발생치 않았다. 습도 변화에서도 단부 경계면의 들뜸현상(Peel-Off)이 보수체 손상의 주요원인으로 나타났고, 이를 유발하는 연직 인장 응력은 공용 중에 건조되는 경우에는 보수층 두께 dO=1cm에서만 부착 강도보다 낮은 값을 유지하고, 보수 작업시 양생 후 대기에 노출되는 경우에는 1.5일 이내에 발현된 부착 강도를 초과하였다.
일반적인 연안 해역에서 창조지속시간과 낙조지속시간은 거의 동일한 수준을 보여 조위곡선은 대칭적인 형태를 띠게 된다. 그러나 M4분조나 MS4분조와 같은 천해조가 발달된 해역에서는 그 모체가 되는 M2분조나 S2분조와의 상대적인 위상차에 따라 조위곡선이 비대칭적인 형상을 띠기도 한다. 창조지속시간이 길 경우 낙조시 최대조류속이 크게 되는 낙조우세가 형성되는 반면 낙조지속시간이 길 경우에는 반대로 창조우세가 형성된다. 소류사의 움직임은 유속의 6승에까지 비례하므로 이러한 최대조류속 차이에 따라 창조우세 또는 낙조우세 해역에서 소류사 이동량에는 큰 차이가 발생할 수 있다. 감조하천의 경우 상류로 갈수록 창조우세화하는 것이 일반적인 것으로 알려져 있으며 국내에서는 금강을 비롯한 군산해역이 대표적이다. 창조우세인 군산해역과 반대로 영산강하구 및 목포해역의 경우 낙조우세를 보이고 있는데, 그 근원은 황해에서의 순환특성과 함께 목포해역 인근의 드넓은 조간대에 기인하는 것으로 추정하고 있다. 특히 인접한 무안만에서는 낙조지속시간이 창조지속시간에 비해 2시간 이상 짧아 국내에서 가장 심한 수준의 낙조우세를 보이고 있으며, 영산강하구 낙조우세의 근원으로 평가되고 있다. 한편 조간대가 발달된 해역은 천해조 생성에 따라 낙조우세 경향이 있음과 관련하여 Kang and Moon(2001)은 조간대가 조석파의 전파와 천해조 발생에 미치는 영향성에 대하여 수치실험을 통해 연구한 결과 무안만의 낙조우세는 조간대의 발달에 기인함을 재확인한 바 있다. 따라서 낙조 우세를 수치모형을 통해 재현하기 위해서는 조간대 모의가 필수적임과 동시에 낙조우세를 재현하기 위해서는 천해조 개방경계 설정이 필요하다고 알려져 있다. 또한 이렇게 천해조가 발달된 하구에서 조석비대칭 현상은 퇴적물 이동에 직접적인 영향을 미치게 되는데 Kang et al.(2002)은 소류사 및 부유사 이동에서 이러한 영향성에 대한 연구를 수행한 바 있다. 그 결과 천해조가 발달된 이러한 해역에서 퇴적물 이동과 관련된 수치모의시 M2분조와 같은 천문조 경계조건에 부가하여 M4분조의 천해조까지 포함시킬 것을 제안한 바 있다. 이와 같이 하구역에서는 천해조 발달로 인해 조석비대칭이 두드러지게 발달되어 있는 경우가 많으며, 감조하천 상류로 갈수록 비대칭은 더욱 심화되는 경향이 있다. 따라서 감조하천 하류부에서 조석을 고려한 경계조건을 부여하여 하천의 흐름양상을 수치적으로 모의할 경우 천해조가 발달된 하구역에서는 천해조가 포함된 경계조건은 필수적이라 할 수 있다.
본 연구는 대용량 데이터베이스 분석을 통한 한국어의 운을 특성 규명을 시도하였다. 남녀 화자 1명씩 각각 낭독한 650개의 뉴스기사 문장 (총 1,300 개)은 분절음 레이블링과 운율 레이블링을 한 후, 각 운율단위의 성조유형과 크기, 상위운율단위의 크기와 하위 운율단위 수간의 상관관계, 그리고 강세구의 하강곡선과 상승곡선의 기울기와 F0 값에 대한 비교분석을 수행하였다. 운율단위의 지속시간, 어절수, 음절수와 하위 운율단위의 수는 화자뿐만 아니라 운율단위 위치에 따라서 차이를 보였으며 하위 운율단위의 수는 상위 운율단위의 음절수와 지속시간과 높은 상관관계를 보였다. 강세구 내의 하강곡선의 기울기는 강세구 음절수와 반비례 관계를 보였으며 강세구 첫 성조의 유형에 따라 기울기 값에 차이가 있었다. 이 차이는 고성조로 시작한 강세구 성조의 F0 상승과 성조 간 상승 폭의 차이로 설명할 수 있었다. 강세구 경계의 하강곡선은 일정하면서 강세구 내의 하강곡선에 비해 다소 급격한 기울기를 보였다. 강세구 내의 두 상승곡선은 유사한 기지값을 보였으나 강세구 시작 상승곡선의 F0 변화량이 끝 상승곡선의 F0 변화량보다 크게 나타났다. 그리고 하나의 상승곡선이 강세구를 이루는 L Ha의 경우에는 강세구의 음절수에 반비례 관계를 보였다.
아크축(arch axis)의 연장(extensibility) 및 회전관성(rotatory inertia)을 고려한 곡선보(curved beam)의 평면내(in-plane) 자유진동을 미분구적법(DQM)을 이용하여 다양한 경계조건(boundary conditions)과 굽힘각(opening angles)에 따른 진동수(frequencies)를 계산하였다. DQM의 결과를 다른 수치해석결과와 비교하였으며, DQM은 적은 요소(grid points)을 사용하여 정확한 해석결과를 보여주었다.
미분구적법을 이용하여, 전단변형을 고려하지 않은, 단면적이 변하는 비대칭 곡선 보의 면내 자유진동을 해석하였다. 다양한 경계조건 및 굽힘 각에 따른 진동수를 계산하였고, 그 결과를 다른 수치해석들과 비교하였다. 미분구적법은 비교적 적은 요소를 사용하고도 정확한 해석결과를 보여준다.
본 연구에서는 Poisson-Nernst-Plank (PNP) 식의 해를 구할 수 있는 Edison web-based Poisson-Nernst-Plank (EPNP) Solver를 이용하여 나노포어의 이온선택성 및 박막의 유전율, 그리고 이온 농도가 이온 전류와 이온전도도에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 계산 결과로부터 나노포어의 이온선택성에 의해 양이온이 이온전류에 미치는 영향이 매우 크며, top buffer와 bottom buffer의 농도가 증가할수록 이온 전도도 (ion conductance)가 비선형적으로 증가함을 알 수 있었다. top buffer와 bottom buffer 간에 농도 차가 있을 때는 농도 차와 나노포어의 이온선택성에 의해 형성되는 Nernst 전위의 영향으로 I-V 곡선이 비대칭적 형태임을 알 수 있었다. 또한, 나노포어의 상대 유전율을 증가시킬 때 I-V 곡선에서의 양이온 전류는 감소했지만 음이온의 전류는 증가하는 경향을 보였다. 이는 나노포어 내에 배열된 쌍극자에 의한 영향과 전하를 가진 입자가 유전경계 (dielectric boundary)에 접근하면서 형성되는 상전하에 의한 영향이 동시에 존재하기 때문임을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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