• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제19권10호
• /
• pp.121-127
• /
• 2018

액체침투탐상법(PT)을 이용한 직경 1 m, 길이 6 m의 초장대형 파이프내면 육성용접부의 표면결함 진단시스템을 개발하였다. 우선 CATIA를 사용하여 주요 유닛 및 PT machine 전체를 3D 모델링하였으며, 이를 구조강도 및 변형 해석에 사용하였고 또한 각 유닛의 동작 간섭현상을 체크하여 2차원 제작도면 생성으로 제작에도 사용하였다. ANSYS를 사용하여 구조강도 해석 및 변형 해석한 결과, 최대 등가응력은 44.901 MPa 발생하였고, 이는 PT machine의 재질인 SS400의 항복인장강도 200 MPa 보다 작으므로 안전하다고 판단되며, 또한 최대 변형은 0.15 mm 발생하였고, 이는 하중이 제거되면 원래대로 돌아간다고 판단된다. 개발된 장비의 성능을 검증하기 위하여 공작물의 최대이동속도 7.2 m/min., 최대회전속도 9 rpm, 반복위치정밀도 1.2 mm, 검사속도 $1.65m^2/min$. 등을 확인하였으며, 이 모든 검사 항목은 개발 목표치를 만족하였다. ASME SEC. V&VIII의 방법에 따라 육성용접층의 균열, 기공, 인더컷 등의 표면결함 유무를 확인하기 위하여 개발한 PT 자동검사시스템을 사용하여 PT검사를 실시한 결과, 표면층의 결함은 관찰되지 않았다. 부가적으로 육성용접부를 평가하기 위하여 ASTM G48-11의 방법으로 Ferric Chloride pitting test에 따라 육성용접층의 부식시험을 실시한 결과 weight loss는 $0.3g/m^2$으로 만족하였으며, 또한 ASTM A751-14의 방법에 따라 육성용접층의 화학성분을 분석 결과 모든 성분이 규격을 만족하였다.

• 문화기술의 융합
• /
• 제9권3호
• /
• pp.633-640
• /
• 2023

본 연구는 운행선 경전철 직결식 궤도 부설구간에서 발생한 도상블록의 변위거동 특성을 분석하여 적정 보강 방안을 도출하고자 현장조사를 바탕으로 한 수치해석을 수행하였다. 본 연구의 대상선로는 교량상 급곡선 직결식 콘크리트 궤도로서 교량바닥판에 부설된 도상블록이 종방향 및 횡방향으로 이동하는 문제가 발생하여 이에 대한 메커니즘을 분석하였다. 본 연구에서는 3D Solid요소를 이용한 궤도구조 모델링을 바탕으로 운행하중 조건에서 발생가능한 직결식 궤도의 거동을 분석하고 다양한 보강방안에 대한 보강효과를 해석적으로 분석하였다. 도상블럭의 보강 전, 후 횡변위 분석결과, 극한 횡압 작용 시 보강 후 최대 횡변위는 보강 전 대비 약 3% 수준(약 0.1mm)으로 크게 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 채움 모르타르, 교량 바닥판, 보강철근의 발생응력 검토결과, 모두 2.6 이상의 충분한 안전율을 확보하는 것으로 분석되어 보강방안에 대한 최적 조건을 도출하였다. 따라서 본 연구에서 검토한 앵커링 보강 수량 및 대칭형 앵커배치는 도상블록 횡방향 변위 발생 제어 및 교량, 도상블록의 구조적 건전성 확보에 효과적일것으로 판단된다.

• 한국방사선학회논문지
• /
• 제18권2호
• /
• pp.127-133
• /
• 2024

팔꿉관절은 3개의 뼈대가 조합하여 관절을 이루고 있으며 신체적 활동 및 외력에 의한 이상 시 X-선 등, 방사선 검사로 영상진단을 한다. 팔꿉 관절 선행연구에 의하면 전완부(forearm)의 Z축 거상에 의한 기울기 자세에서 영상평가 기준에 부합하는 새로운 검사법이 발표되어 이에 최적화된 기구를 설계하고 다른 상지 검사에서도 활용 가능한 보조기구를 개발하고자 하였다. 2D 도면 및 3D 모델링 설계로 디자인 후 4부분의 파트로 구분 된 디자인을 ABS 소재의 3D 프린팅 방법으로 출력 후 조립 단계를 거쳐 제품을 완성하였다. 개발된 보조기구는 Z축 거상 기울기 4단계 각도(0, 5, 10, 15도) 기능과 1도 단위로 360도 회전되어 고정하는 기능으로 구성하였다. 개발된 보조기구는 사용 빈도의 누적 및 신체적 활용에 의한 하중 문제에 대해 구조해석을 통하여 최대 등가응력(equivalent stress) 56.107 Pa, 변위(displacement) 1.6548e-5 mm 의 안전한 물성치 범위로 개발되었다. 또한 개발된 보조기구는 팔꿉관절의 X-선 검사뿐만 아니라 위팔뼈 회전에 의한 어깨 기능검사에서도 활용할 수 있으며 비금속 소재로 MRI, CT 검사에서도 적용이 가능하도록 개발되었다. 개발된 보조기구는 향후 다양한 장치 및 의료영상 검사의 임상 적용을 통하여 검사의 정확성 및 효율화에 기여하리라 판단한다.

• 한국의류산업학회지
• /
• 제24권6호
• /
• pp.667-685
• /
• 2022

본 원고는 소프트 로봇용 4D 프린팅 소재와 어그제틱 구조체에 대한 연구 동향을 정리한 것이다. 먼저 4D 프린팅 소재의 형상 변화 거동을 형상 변화와 형상기억 소재, 이중, 삼중, 다중 형상기억 효과, 접힘과 굽힘, 표면지형별로 구분하여 알아보았다. 형상 변화와 형상기억 소재 등 열이나 수분의 자극에 가역적/비가역적 혹은 규칙적/불규칙적 형상 변형이 가능할 수 있다. 다음으로, 차원별 형상이동 유형에 따른 특성과 물성에 대해 알아본 바, 1차원에서 다차원으로의 형상이동을 1D-1D 팽창/수축, 1D-2D 접힘/굽힘, 1D-3D 접힘 (1D-to-3D folding)으로 구분할 수 있다. 2차원에서 형상이동은 2D-2D 굽힙, 2D3D 굽힘/접힘/꼬임/표면말림/표면지형변화/굽힘과 꼬임, 3차원에서 다차원으로의 형상이동은 3D-3D 굽힙과 3D-3D 선형/비선형 거동으로 구분할 수 있다. 마지막으로 4D 프린팅 메타구조체 중 힌지 구조체를 적용한 KinetiX는 단일단위 터셀레이션과 다중단위 터셀레이션으로 모델링할 수 있고, 평면 및 공간 변환이 용이하고, 컨포머블 헬멧에 적용할 수 있다. 키리가미 구조체를 기본으로 한 공압형 어그제틱 구조체는 역설계 기반 구조체로써 굽힘각도를 제어하는 알고리즘으로 설계할 수 있다. 설계 후 3D 프린팅하여 TPU 멤브레인으로 프로토 타입을 제조하였고, 압력을 낮추면서 원하는 3차원 형상으로 완성될 수 있음을 확인하였다. 온도나 습도 등의 외부자극요소에 따라 형상이나 물성을 변화할 수 있는 재료를 사용하여 변형가능한 3차원 구조체로 성형한 4D 프린팅 소재를 이용하여 상지, 하지, 손, 발 등 소프트 로봇의 외골격(exoskeleton) 소재에 적용할 수 있을 것이다. 즉 자세제어, 상황인식, 동작신호 생성 등 다양한 환경에 대응하여 착용자의 움직임에 고하중, 고기동성, 운동지속성을 지원하는 기능을 갖는 소프트 로봇용 4D 프린팅 소재는 헬스케어 웨어러블 의류 제품화 개발로의 용도 전개가 가능할 것이다. 특히 4D 프린팅 소프트 소재 및 공정개발 분야는 일상 생할 보조용이나 재활치료용 의류를 개발하기 위한 3D 프린팅 소재 및 공정의 원천 기술에 해당하므로 이와 관련한 연구의 기초 자료로서 활용되기를 기대한다.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제24권4호
• /
• pp.23-29
• /
• 2017

본 연구에서는 선박이송용 트레슬의 표면에 부착할 수 있는 광섬유센서 패키지를 설계하고 파장다중분할방식에 기초한 센서 네트워크를 설계한 후, 모의 트레슬 유닛을 이용한 실험을 통하여 트레슬의 구조적 건전 모니터링을 위한 스마트 트레슬의 가능성을 확인하였다. 광섬유 브래그 격자 센서는 알루미늄 관으로 만들어진 원통형으로 패키징 되었다. 또한, 패키징 된 광섬유 센서를 폴리머 튜브에 삽입 한 후, 튜브 내부에 에폭시를 충전하여 센서가 해수에 대한 부식저항과 내구성을 갖도록 하였다. 패키지 된 광섬유 센서는 0.2 MPa 하의 수압테스트를 통하여 해수에서의 사용에 대한 신뢰성도 검증되었다. 트레슬의 변형에 관한 유한 요소 해석에 의해 얻어진 트레슬 부재의 변위가 큰 곳을 중심으로 트레슬에 부착할 브래그 격자의 수와 위치를 결정하였다. 최대 하중이 가해지는 트레슬 부재의 변형은 ${\sim}1000{\mu}{\varepsilon}$의 변형율로 분석되었으며, 그 때 트레슬에 걸리는 최대 하중으로 인한 센서의 브래그 파장 변화는 ~1,200 pm으로 계산되었다. 유한 요소 해석에서 얻은 결과에 따라 센서의 브래그 파장 간격을 3~5 nm로 결정하여 트레슬에 하중이 가해 졌을 때 센서 사이의 브래그 격자 파장값이 겹치지 않도록 설계하였다. 5개의 광섬유센서 패키지로 구성된 센서 모듈 5개를 연결하면 브래그 격자 센서 50개가 네트워크 될 수 있으므로, 브래그 격자 파장 검출기의 광원 중심 파장이 1550 nm에서 150 nm 광학 창 내에서 모두 검출될 수 있도록 하였다. 모의 트레슬 유닛에 부착 된 5개의 광섬유 센서 패키지의 브래그 파장 이동은 광섬유 루프미러를 사용하는 브래그 격자 파장검출기에 의해 잘 검출되었으며, 그 때 검출된 브래그 격자 센서의 값은 최대 변형률이 약 $235.650{\mu}{\varepsilon}$로 측정되었다. 센서 패키징과 네트워킹의 모델링 결과는 실험 결과와 서로 잘 일치하였다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
• /
• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
• /
• pp.37-38
• /
• 2017

최근 방제 및 예찰과 같은 농작업에 단일 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)시스템이 적용되고 있지만, 가반하중과 체공시간 등 기존시스템의 문제가 점차 대두되면서 작업 시간을 보다 단축시키고 작업 효율을 극대화 할 수 있는 농업용 멀티 UAV시스템의 필요성이 증대되고 있다. 본 논문에서는 작업자가 다수의 농업용 UAV를 효과적으로 제어할 수 있는 분산군집제어 알고리즘을 제안하며 알고리즘 검증 및 평가를 위한 시뮬레이터를 소개한다. 분산군집제어는 UAV 제어 계층, VP(Virtual Point) 제어 계층, 원격제어 계층으로 이루어진 3계층 제어구조를 가진다. UAV 제어 계층에서 각 UAV는 point mass로 모델링 되는 VP의 이상적인 경로를 추종하도록 제어한다. VP 제어 계층에서 각 VP는 입력 $p_i(t)=u^c_i+u^o_i+u^{co}_i+u^h_i$-(1)을 받아 제어되는데 여기서, $u^c_i{\in}{\mathbb{R}}^3$는 VP 사이의 충돌방지제어, $u^o_i{\in}{\mathbb{R}}^3$는 장애물과의 충돌방지제어, $u^{co}_i{\in}{\mathbb{R}}^3$는 UAV 상호간의 협조제어, $u^h_i{\in}{\mathbb{R}}^3$는 작업자로부터의 원격제어명령이다. (1)의 제어입력에서 충돌방지제어는 각 $u^i_c:=-{\sum\limits_{j{\in}{\eta}_i}}{\frac {{\partial}{\phi}_{ij}^c({\parallel}p_i-p_j{\parallel})^T}{{\partial}p_i}}$-(2), $u^o_c:=-{\sum\limits_{r{\in}O_i}}{\frac {{\partial}{\phi}_{ir}^o({\parallel}p_i-p^o_r{\parallel})^T}{{\partial}p_i}}$-(3)로 정의되면 ${\phi}^c_{ij}$와 ${\phi}^o_{ir}$는 포텐셜 함수를 나타낸다. 원격제어 계층에서 작업자는 햅틱 인터페이스를 통해 VP의 속도를 제어하게 된다. 이때 스케일변수 ${\lambda}$에 대하여 VP의 원격제어명령은 $u^t_i(t)={\lambda}q(t)$로 정의한다. UAV 시뮬레이터는 리눅스 환경에서 ROS(Robot Operating Systems)를 기반한 3차원 시뮬레이터인 Gazebo상에 구축하였으며, 마스터와 슬레이브 간의 제어 명령은 TCPROS를 통해 서로 주고받는다. UAV는 PX4 기반의 3DR Solo 모델을 사용하였으며 MAVROS를 통해 MAVLink 통신 프로토콜에 접속하여 UAV의 고도, 속도 및 가속도 등의 상태정보를 받을 수 있다. 현재 멀티 드론 시스템을 Gazebo 환경에 구축하였으며, 추후 시뮬레이터 상에 분산군집제어 알고리즘을 구현하여 검증 및 평가를 진행하고자 한다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제28권2호
• /
• pp.177-185
• /
• 2016

이 논문에서는 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)의 부재의 휨거동을 특성을 파악하고자 하였다. 하이브리드 강섬유보강 초고성능 콘크리트의 압축강도는 150 MPa이다. 부피비 1.5%의 하이브리드 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 휨거동 특성 실험을 수행하였다. 강섬유보강 콘크리트의 압축 및 인장거동 재료 특성은 구조거동 예측을 위해 매우 중요하다. 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 하중-균열개구변위 측정결과를 이용하여 인장거동 특성을 파악하였다. 실험결과는 하이브리드 강섬유 보강 UHPC는 균열제어에 유리한 것을 나타낸다. 또한, 강섬유 보강 UHPC 보의 연성지수는 1.6~3.0을 나타내어 연성거동에 효과적임을 나타낸다. 모멘트-곡률 관계 측정결과와 해석결과를 비교하였다. 휨철근을 배근하지 않은 UHPC 보에 대한 휨강도 예측결과는 측정 휨강도를 다소 과다평가하고 있다. 전반적으로 본 연구에서 제시한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트 재료 및 휨 거동 모델링 제안기법에 의해 압축강도 150 MPa 급의 강섬유 보강 콘크리트 보의 합리적인 휨성능 예측이 가능하다.

• Composites Research
• /
• 제27권6호
• /
• pp.248-253
• /
• 2014

본 연구에서는 발포 알루미늄으로 구성된 접착 구조물에서의 접합면에 대한 파괴 특성을 조사하기 위하여 각도를 변수로 정하고 TDCB 시험편을 설계하였다. 이 시험편들은 길이는 200 mm이고 시험편에 대한 접착면의 경사 각도는 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$와 $12^{\circ}$인 네 가지로 모델링을 하였다. 이 시험편들의 실험 및 해석을 분석한 결과, 경사면 각도가 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$와 $12^{\circ}$인 경우에 시험편들의 최대 하중은 각각 약 120 N, 137 N, 154 N과 171 N으로 발생하였다. 해석의 결과 값이 실험치에 가까워져 많은 차이를 보이지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이와 같은 연구 방법을 응용하여 실험 대신 시뮬레이션을 통하여 접착제로 접착된 알루미늄 폼으로 된 재료의 전단 거동에 관한 물성치를 효율적으로 파악할 수 있다고 사료된다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제47권8호
• /
• pp.582-589
• /
• 2019

헬리콥터 주로터 블레이드의 동적 밸런싱 시험은 헬리콥터의 비행시험 전 각 블레이드의 트랙과 피치로드 하중을 동일한 수준으로 조절하기 위해 수행되는 지상회전시험이다. 이러한 동적밸런싱 시험의 목적은 블레이드 간 특성차이로 인해 나타나는 주로터 시스템 진동을 감소시키기 위함이다. 고흥 항공센터의 훨타워 시험설비에서는 오랜 기간에 걸쳐 수리온 주로터 블레이드에 대한 동적밸런싱 시험을 수행하고 데이터를 축적해 왔다. 이에 데이터양이 점차 방대해짐에 따라 시험결과를 효율적으로 관리하기 위한 데이터베이스 프로그램의 개발의 필요성이 제기되어 왔다. 본 연구에서는 훨타워 시험설비에서 수행한 동적밸런싱 시험결과를 바탕으로 구축한 데이터베이스 시스템에 대해 기술하였다. 본 연구에서 구현된 데이터베이스 시스템은 동적밸런싱 시험 결과를 각 정보별로 논리적으로 모델링하고 각각의 데이터가 상호 관계를 이룰 수 있도록 연결하여 관계형 구조를 이루도록 설계되었다. 아울러 본 논문을 통해 기 설계된 데이터베이스 시스템이 동적밸런싱 시험 결과의 축적과 시험 결과 분석에 효과적으로 활용될 수 있음을 보였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제23권2호
• /
• pp.93-106
• /
• 2021

일반적으로 세그먼트 라이닝 터널은 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 연결하여 하나의 링을 구성하고 터널의 진행방향으로 링을 서로 결합하여 형성한 터널을 말한다. 세그먼트 라이닝의 구조적 특성은 세그먼트 이음부의 거동에 따라 크게 달라지므로 이음부를 적절하게 모델링해야 한다. 지반 하중을 받을 때 세그먼트 이음부는 회전에 저항하는 힌지로 작동하며, 모멘트-회전 관계는 비선형 거동을 보인다. 세그먼트 이음부가 라이닝 거동에 미치는 영향을 파악하기 위해 실제 설계에 통용되는 일본 기준 및 Janssen 모델을 적용하여 세그먼트 이음부의 모멘트-회전 관계를 설정하였다. 또한 이 논문은 지압강도를 기초로 세그먼트 이음부의 회전강성을 결정하는 방법을 제시하였다. 가상의 설계조건에서 기존 모델 및 제시된 방법을 적용해 세그먼트 이음부의 회전을 추정하고 세그먼트 라이닝과 이음부에서 발생하는 단면력을 계산하였다. 세그먼트 이음부의 회전이 증가할수록 이음부의 접촉 면적이 감소하므로 세그먼트 이음부의 지압강도를 확인해야 한다. 이 논문은 세그먼트 이음부의 지압강도를 검토하기 위해 세그먼트 이음부의 회전강성을 결정하고 지압강도를 계산하는 일관된 방법을 제시하였다.