Newmark방법과 같은 직접시간적분법은 시간증분 구간 사이에서 하중이 변하더라도 하중값을 그 시간 구간에서 일정한 하중으로 사용하기 때문에 일정진폭하중과 같은 연속적인 하중함수를 불연속적인 하중함수로 가정하고 수치계산을 수행한다. 따라서 이러한 하중함수의 근사에 따른 오차로 인하여 정확한 수치결과를 계산할 수 없다. 이에 반해, Gurtin의 변분식 에 기초한 유한요소방정식은 하중함수를 시간이력에 대하여 합성적분하여 계산한다. 따라서 시간증분 구간에서 하중이 변하더라도 연속적인 하중함수의 곡선을 따라 가면서 계산하기 때문에 신뢰할 수 있는 수치결과를 구할 수 있다. 본 논문에서는 1차원 막대의 자유단에서 일정진폭하중을 받는 문제를 수치해석하여 Gurtin방법이 Newmark방법 보다 일정진폭하중을 받는 문제에 더 적합한 방법임을 보인다. 또한, Gurtin방법이 일정한 하중을 받는 문제보다 일정진폭하중을 받는 문제에 더 효과적인 방법임을 보인다. Gurtin방법을 FORTRAN으로 프로그래밍하여 해석한 수치결과와 해석용 소프트웨어인 ADINA의 Newmark방법에 의한 수치결과를 비교하여 제시된 수치해의 정확성과 타당성을 검증한다.
본 논문에서는 정류 상태의 정압시험에 대한 해석 방법 중 Moye 해석해를 고찰해 보았으며, 현장수리시험에서 정압시험에 대한 정류 상태의 해석과 부정류 상태의 해석에 대해 비교해 보았다. Moye 해석해로 산출한 수리전도도는 시험 구간의 크기가 작을수록 민감도가 커지기 때문에 시험 구간의 길이를 가능한 시험 조건에서 크게 설정하여 현장수리시험을 수행하는 것이 바람직하다. 특히 10-8 m/sec 이하의 수리전도도를 갖는 저투수성 매질에서는 부정류 상태의 해석 결과에 비해 Moye 해석해로 도출한 수리전도도의 값이 작게 도출되는데, 이는 Moye 식에서 가정한 방사성 흐름과 구상 흐름의 경계면을 조정할 경우 보완할 수 있었다. KURT내 연구용 시험공에서 수행한 정압시험 결과, 저투수성 매질에서 부정류 상태의 시험을 통해 도출한 투수성이 정류 상태의 결과에 비해 큰 값이 도출되었다. 이는 정압시험에 의해 형성되는 방사상 흐름에서 구상 흐름으로 바뀌는 지하수 흐름의 경계면이 Moye 식에서 가정한 '시험구간 길이의 절반'보다 작게 형성되었기 때문으로 판단되며, 결국 결정질 암반에서 수행한 정압시험을 해석할 때 단순히 정류 상태의 해석으로 매질의 수리지질특성을 판단하기보다는 정류 상태의 해석에서 수반되는 가정 조건을 고려하여 부정류 상태의 시험 결과와 함께 비교하여 해석한다면 매질의 수리지질특성을 보다 잘 이해할 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구의 검토대상 구간은 전력구 시공을 위한 쉴드 TBM 굴착 도중 터널 막장면을 통해 지하수 유출이 발생한 구간이다. 따라서 공사 전부터 지하수위의 변화가 발생되는 시점까지의 상황을 분석하기 위해 공사 중 관찰된 지하수위 변화를 토대로 주변 지반현황을 반영하여 3차원 수치해석을 수행하였다. 이를 통해 현장 주변에서 발생한 지하수위 변화와 터널공사의 상관성을 파악하였다. 본 연구의 수치해석결과는 대상지반에서 측정된 지하수위 계측결과와 유사하며 쉴드 TBM 막장면으로의 지하수 유출량 또한 실제 측정결과와 유사한 수준으로 나타나 본 연구에서 설정한 수치해석 방법과 모델링은 현장여건을 잘 반영하는 것으로 분석되었다.
감조하천은 조석의 영향을 받는 하천으로, 하루에 두 번 수위를 상승 및 하강시킨다. 감조하천에서는 홍수시 하천유속 보다 비홍수기 조석에 의한 유속이 구조물 설계에 보다 지배적인 인자가 될 수 있다. 본 연구는 한강 하류부 감조구간에서 비홍수기에 발생된 유속 및 수위 관측을 실시하고 수치해석의 검증자료로 활용하였다. 흐름해석을 위해 부정류 해석이 가능한 UNET모형을 이용하였다. 신곡수중보 아래 감조구간의 조도계수 추정을 위해 통계적인 방법이 사용되었다. 통계적 방법으로 실측수위와 계산수위 간의 불일치율을 이용하였다.
본 논문에서는 Common Mode Noise가 저감된 계통연계형 단상인버터에서 파워 소자의 도통손실을 줄일 수 있는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 단상인버터의 (+)양의 구간과 (-)음의 구간의 전류 회생모드 시 MOSFET 소자를 turn-on 시키는 동기 정류 방식을 사용하여 손실을 저감한다. 제안한 방법의 효용성을 PSIM 모의해석을 통하여 입증 하였다.
본 논문에서는 3차원 전자파 해석 툴인 Microwave Studio(MWS)와 Matlab을 이용한 케이블 누화 시뮬레이션 방법에 대해 소개하고 이를 이용하여 항공 및 군용에 사용되는 Twisted Wire Pair(TWP)로 구성된 케이블 조립체의 누화특성을 분석한다. TWP는 한 방향으로 길게 꼬여있는 구조로 3차원 전자파 해석 툴만을 이용하여 분석 시 Mesh의 기하급수적인 증가로 인해 메모리가 많이 필요해 해석이 불가능한 경우가 발생한다. 전달행렬(Transmission Matrix)은 주기적인 구조를 해석하는데 효율적이며, 단위 구조 결과를 캐스케이딩(Cascading)하여 전체 구조의 해석을 빠른 시간에 할 수 있어 구조가 반복적인 케이블 시뮬레이션에 적합하다. 본 논문에서는 케이블 누화 시뮬레이션 방법을 이용하여 케이블 조립체를 직선구간을 포함된 TWP로 모델링 하여 누화 특성을 분석하였다.
정압주입시험(Constant Head Injection Test, CHIT)은 결정질 암반의 구간별 수리전도도 및 투수계수를 구하는 전통적인 수리시험방법이다. 본 연구에서는 Visual Modflow 수치코드를 사용하여 정압주입시험에 대한 부정류 모의를 수행하였다. 수치모의 결과 주입공에서 매질로 시간별 주입되는 유량은 30분이 경과한 후부터 거의 일정하게 유지되는 양상을 확인할 수 있는데, 현장에서 정압주입시험을 할 때 적어도 30분 이상의 시첩을 실시해야 함을 알 수 있었다. 시험구간에 따른 수리전도도 값은 시험구간의 크기에 상관없이 거의 일정한 값을 보이고 있어, 시험구간의 크기는 정압주입시험에서 크게 유의하지 않아도 된다고 판단된다. 그러나, 시험구간별 주입 압력에 따른 수리전도도 값의 변화를 살펴본 결과, 시험 구간의 크기와 주입 압력 값이 클수록 산출되는 수리전도도 값이 매질의 수리전도도 값과 차이가 나는데, 현장조사에서 시험구간과 주입 압력 값에 대한 고려가 있어야 함을 지시한다. 매질의 수직적 이방성에 따른 모의결과 $K_{zz}$ / $K_{xx}$ and $K_{yy}$ 값이 작아질수록 수리전도도 값이 작아지는데, 현장조사 결과를 해석함에 있어 매질의 수직적 이방성은 주의를 기울여야 한다.
대중교통 시스템의 운행계획 수립과정에서 정류장의 간격과 위치설정은 매우 중요한 문제이다. 본 연구에서는 해석적인 방법을 통해 정류장의 간격과 위치를 결정하는 방법론을 제시하였다. 정류장의 간격은 접근통행속도, 정류장 정차로 인한 손실시간, 승객의 통행거리가 증가함에 따라 길어지고, 통행수요와 배차간격이 늘어남에 따라 짧아진다. 본 연구에서는 수요의 분포가 균일하지 않을 경우 이용자비용과 운영자비용을 합한 총 비용을 최소화시키는 최적 정류장 간격을 도출하는 방법론을 제사하였다. 본 연구의 결과를 보다 일반적으로 확장하기 위해서는 재차 승객의 통행비용을 고려해야 하는데 이에 대해 개념적 예시를 통해 결과의 변화를 논의하였다. 이때의 정류장 위치변화를 살펴본 결과 재차 승객이 많은 구간의 정류장 간격이 다소 넓어지고, 재차 승객이 적은 구간의 정류장 간격이 다소 짧아지는 것을 확인할 수 있었고, 재차 승객이 증가하는 구간보다 재차 승객이 감소하는 구간에 정류장이 보다 많이 배치되는 것을 확인하였다. 본 연구는 동적 프로그래밍을 통해 정류장 위치를 결정하는 복잡한 방법 대신 수요분포의 면적을 균등하게 분할하여 각 정류장의 위치를 결정하는 간단한 방법론을 제시하여 실용적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구를 일반적으로 해석할 경우 모든 간격 설정 문제에 적용될 수 있다. 도로의 간격, 노선의 간격 등의 모든 시설물의 간격을 결정하는 문제에서 적용될 수 있으며, 간격변수를 공간에서 시간으로 변경하게 되면 배차간격을 결정하는 문제에도 바로 적용될 수 있는 확장성을 갖는다.
철도차량 곡선구간 주행 시 곡선주행성능을 향상시키기 위한 능동형 철도차량 개발 분야에서 곡선구간을 실시간으로 인식하기 위한 기술 확보는 매우 중요하다. 그러나 고가의 전용 검측차량을 이용하거나 여러 가지 센서를 복합적으로 이용하는 기존의 곡률반경 추정방법은 실차에 적용하기에는 실용성이 미흡하다. 따라서 본 논문에서는 실차에 적용이 용이하고 경제적인 곡률반경 추정방법을 제안하였다. 새로운 방법은 철도차량 곡선구간 주행 시 발행하는 차체와 대차간의 상대변위를 측정하여 곡률반경을 실시간으로 추정할 수 있는 방법이다. 본 제안 방법의 타당성을 검토하기 위하여 모사해석 및 실차시험을 수행하였으며 그 결과, 제안한 곡률반경 추정방법의 타당성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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