• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.289-308
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• 2021

본 연구에서는 열-수리-역학적 복합거동 수치해석을 활용하여 국내 고준위방사성폐기물 처분장의 완충재의 설계 기준 온도가 100℃ 및 125℃인 경우, 처분 간격에 따른 처분시스템의 최고 온도를 계산하고, 역학적 안정성을 확보하기 위한 암반의 조건을 도출하였다. 완충재의 설계 기준 온도를 현재와 같이 100℃로 유지할 때, 처분터널 간격이 40 m, 처분공 간격이 5.5 m인 경우와 처분터널 간격이 30 m, 처분공 간격이 6.5 m인 경우, 처분용기와 완충재가 접하는 점에서 최고 온도가 각각 99.4℃ 및 99.8℃로 계산되었다. 완충재의 설계 기준 온도를 125℃로 향상시킨 경우, 처분터널 간격을 30 m, 처분공 간격을 4.5 m까지 감소시켜 처분 면적을 KRS⁺ 기반 처분시스템 대비 55%까지 감소시킬 수 있었다. 다양한 처분 간격에 대해 암반에서의 역학적 안정성을 평가한 결과, 암반파괴가 발생하지 않기 위해서는 KRS⁺ 기반 처분시스템은 암반의 RMR 분류법의 Good rock에 해당하는 RMR 72.4 이상의 조건이어야 했다. 처분 간격이 감소할수록 암반의 RMR이 더 높아야 했으며, 처분터널 간격 30 m, 처분공 간격 4.5 m인 경우에는 RMR 87.3 이상이 되어야 암반의 파괴를 방지할 수 있었다. 그러나, 처분 이후 지하수 유입 시 벤토나이트 완충재 및 뒤채움재의 팽윤에 따른 구속압에 의한 암반 강도의 증가를 고려하면, 해석을 수행한 모든 처분 간격에 대해 암반의 RMR이 75 이상이면 역학적 안정성을 확보할 수 있었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.225-243
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• 2014

단독의 파력발전 변환장치(WEC)를 설치하는 경우 경제성이 떨어지는 문제점이 있으므로 기존 혹은 신설의 방파제에 WEC를 적용하여 파랑제어와 파랑에너지의 이용을 동시에 도모하는 방식이 많이 추진되고 있다. 본 연구는 방파제로 연구 개발된 압축공기 주입식 방파제에 진동수주형 파력발전시스템을 탑재한 경우 방파제로의 기능과 파력발전장치로의 기능을 병행하여 검토한다. WEC로써의 기능을 검토하기 위해서는 압축공기실에서 유출되어 WEC로 유입되는 압축공기 흐름속도가 정확히 평가될 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 선형속도포텐셜이론에 기초한 경계요소법을, 압축공기 흐름해석에 Boyle법칙과 단열변화과정에 기초한 상태방정식을 각각 적용하여 수치시뮬레이션을 수행한다. 이로부터 얻어진 해의 타당성은 여러 형태의 구조물에 대한 기존의 수치해석결과 및 실험결과와의 비교로부터 검증되며, 실제의 수치해석에서는 진동수주형 파력발전시스템을 탑재한 고정식 및 부체식의 방파제에서 여러 파라미터들의 변화에 따른 파랑변형율, 구조물의 운동 및 공기흐름속도의 특성을 규명한다. 또한, 풍력발전시스템을 본 구조물에 복합적으로 적용할 수 있으므로 파력과 풍력을 동시에 구비한 복합발전시스템의 방파제로도 기대될 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권3호
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• pp.275-282
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• 2014

입자강화 금속기지 복합재는 입자와 기지재간의 열팽창계수 차이와 탄소성 강성도의 차이에 따라 변형률 구배가 발생하고 이로 인한 기하적 필수 전위가 입자 주위에 형성됨에 따라 변형시 입자 크기 의존 길이 스케일에 의한 강화 효과를 가지고 있다. 본 연구에서는 유한요소법을 활용하여 복합재를 압밀 성형할 때 입자 주위에 펀칭되는 기하적 필수 전위에 의한 강도 증가를 입자 주위 영역에 부가시켜 입자 의존 길이 스케일이 복합재의 입자 경계 파손 및 기지재의 연성 파손에 미치는 영향을 살펴 보았다. 파손 거동은 입자의 크기와 체적비를 달리하고, 특히 분리 에너지와 강도 등의 경계 파손 물성값을 변화시켜가는 매개변수적 계산을 수행하여 관찰하였다. 두 개의 파손 모드는 서로 영향을 미치면서 입자 크기 의존 길이 스케일에 밀접하게 연관됨을 보였다. 즉 입자의 크기가 작은 경우에 입자의 크기가 큰 경우에 비하여 입자를 둘러싸고 있는 기하적 필수 전위가 상대적으로 더 집적됨으로 인해 입자경계와 기지재의 연성 파손에 의한 복합재의 파손 개시가 지연되고 파손이 진행되는 동안의 유동 응력 감소도 상대적으로 작은 것을 보였다.

• Composites Research
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• 제36권4호
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• pp.246-252
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• 2023

멤브레인 형 LNG 화물창시스템(Cargo containment system, CCS) 내 유리섬유 강화 복합재료 기반 2차 방벽 설치 시 본딩 자동화 머신(automatic bonding machine, ABM) 활용한 prolonged 구조임과 동시에 양단 접착 고정 사이 비 접착(non-bonding, N-B) 영역의 복합재에서 극저온 열 수축 기인한 상당한 열 응력이 발생하기 때문에 이를 고려한 구조 안전성평가 관점에서 수행된 연구가 있으나 실제로 무한히 긴 길이 고려한 기계적 물성 평가를 수행한 연구는 찾아볼 수가 없었다. 해당 복합재는 파단강도 분산이 큰 세라믹 재료 취성 파괴임을 고려하여 2-파라미터 Weibull 통계분석을 통해 실제 길이 대상 신뢰도 있는 기계적 물성치 값을 표준화 하였으며 LNG 운반 환경을 고려한 극저온 환경까지의 특정 온도별 단축 인장실험을 수행하였다. 실험결과, -70℃에서 기계적 강도가 -20℃에 비해 약 1.5배 급증하고 초기 권축 섬유 신장의 비선형 거동이 억제되었다. 또한, 극저온 환경까지 온도가 낮아질수록 기계적 강도는 계속해서 증가하였으나 반대로 연신은 줄어드는 저온 취성의 현상이 확인되었다. 본 연구에서 제시하는 기계적 물성치 데이터는 멤브레인 형 LNG 화물창 구조 안전성 평가 시 신뢰도 높은 해석 지원 물성치 확보 측면에서 유용하게 적용되어지리라 사료된다.

• 한국가스학회지
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• 제13권1호
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• pp.21-27
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• 2009

본 논문은 특별한 주름을 갖는 멤브레인 패널로 제작한 LNG 저장탱크용 예응력 콘크리트(PC) 외부탱크에 대한 강도안전성 연구를 수행하였다. 강도안전성을 유한요소법으로 해석하기 위해 멤브레인 패널로 제작한 내부탱크가 파손되면서 저장된 LNG가 PC 외부탱크로 누설되었다고 가정한다. 본 연구는 누설 LNG에 의해 발생하는 유체정압과 자중량, 온도차 하중, PC 구조물의 자중량, 증발가스 압력에 의해 형성되는 5가지의 복합하중에 대해 외부탱크에 작용하는 응력과 변형거동을 해석하였다. FEM 해석결과에 의하면, 멤브레인으로 제작된 내부탱크로부터 LNG가 누설되어도 200,000$m^3$의 저장용량을 갖는 LNG 외부탱크(PC 콘크리트 구조물)는 충분한 강도안전성을 갖지만, 누설 LNG에 의한 초저온 하중이 더욱 증가하게 되면 PC 외부탱크 구조물의 강도안전성은 계속 떨어지고, 궁극적으로 외부탱크의 붕괴로 발전할 수 있다는 점에 주의해야 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.245-259
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• 2003

본 논문은 강관 다단 그라우팅 터널 보강에 대한 메카니즘 규명에 대한 연구이다. 본 보강공법을 구성하고 있는 보강요소들의 복잡한 기하학적 특성과 각 보강요소들이 전체 보강 메카니즘에 기여하는 정도의 불명확성에 기인하여 본 공법으로 보강된 터널을 합리적으로 해석하기란 무척 어려운 문제로 여겨지고 있다. 따라서 본 연구에서는 균질화 기법을 도입하여 본 공법으로 보강된 지반매질을 하나의 복합체로써 정의하고 수치 모델화하여, 이를 기반으로 3차원 탄소성 유한요소코드를 개발하였다. 이때 균질화 기법과 연계된 굴착단계별 해석 등과 같은 터널해석을 위해 요구되는 다양한 실용적인 알고리즘들 또한 제안되었다. 이러한 과정으로 개발된 3차원 탄소성 유한요소코드를 이용하여 본 보강공법의 이방성 보강 메카니즘에 관하여 고찰되었으며, 이를 위해 다양한 주요 설계인자들에 대한 매개변수 연구가 수행되었다. 이를 통해 유도된 복합 보강 지반체의 역학적 거동특성은 각 구성 매질들의 기하학적 특성과 기여도 등을 잘 모사하고 있는 것으로 판단되었다.

• Composites Research
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• 제29권2호
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• pp.60-65
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• 2016

본 연구에서는 Type IV 수소 압력용기 시제품의 충격하중 조건에 따른 구조 건전성을 분석하고자 유한요소해석과 FBG 센서 삽입을 통한 실시간 모니터링 실험을 수행하여 결과를 분석하였다. 플라이 모델링 기법을 활용한 유한요소해석을 통해 FBG 센서를 삽입할 수소 압력용기의 취약부 선정 및 가압 조건을 제시하였으며, 실험을 진행할 기초 정보를 확보하였다. 실제 용기제작에 앞서 시편 실험을 통해 FBG 센서의 삽입방식 신뢰성을 확보하였으며, 이후 해당 결과를 활용하여 필라멘트 와인딩 공정에 적용하였다. 비충격 가압 피로실험과 총 4회의 충격 피로실험을 수행하였다. 실험결과 비충격 가압 피로실험에서는 해석과 동일한 거동을 보였으며, 4회의 충격 피로실험에서는 용기의 충전 시간이 점진적으로 증가하고 충전률은 감소하는 것을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권5호통권66호
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• pp.591-601
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• 2003

파형강판은 파형 형상으로 가공된 강판으로 높은 면내, 면외 방향의 강성을 갖으며, 건물, 교량 등으로 적용도가 높아지고 있다. 파형강판을 플레이트 거더나 프리스트레스트 박스거더교의 복부판으로 적용하면, 파형강판의 Accordion효과에 의해 플랜지가 휨응력을 복부판이 전단응력을 대부분 지지하는 효율적인 구조를 얻을 수 있다. 전단응력을 받는 파형 강판은 전체좌굴, 국부좌굴, 및 연성좌굴에 의해 내하력을 상실할 수 있다. 좌굴 강도에 미치는 기하학적인 인자들의 영향을 파악하기 위하여 유한요소해석법을 이용한 좌굴해석이 수행되었다. 해석결과는 복부판의 좌굴강도와 좌굴형상이 개개 인자들에 의존할 뿐만 아니라 패널의 세장비와 같은 두 개의 변수가 상호작용하는 복합변수에 의존하는 것을 보여주었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.72-79
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• 2015

이 논문에서는 해안구조물에 대한 실질적이고 효율적인 구조신뢰성평가 기법을 제시하였다. 제안기법은 파랑, 조류 등의 하중관련 변수 그리고 콘크리트의 탄성계수와 압축강도, 지반정수 및 경계조건 등과 같은 저항관련 설계변수의 불확실성을 명확히 고려한 복잡한 해안구조물의 신뢰성을 평가할 수 있다. 라틴 하이퍼큐브 샘플링(LHS), 몬테카를로 시뮬레이션(MCS) 및 유한요소법을 합리적으로 결합한 제안기법에서 LHS기반 MCS는 신뢰성평가에 필요한 샘플링 수를 대폭 줄여주므로 계산노력이 획기적으로 감소된다. 검증예제를 통하여 제안기법이 상대적인 정확도를 보장하며 계산상의 효율성이 우수한 것으로 확인되었다. 또한 실제의 케이슨형식 방파제 구조물을 대상으로 한 수치예제를 통하여 그 적용성과 효율성을 입증하였다. 특히 유한요소법 또는 유한차분법과 같은 알고리즘 형태의 암시적 한계상태함수를 갖는 경우와 비선형해석, 복합재료, 다양한 기하형상 등을 복잡한 구조거동을 고려해야 하는 실제적인 구조물의 신뢰성평가에 적합한 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권3호
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• pp.149-154
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• 2019

국내 고층 아파트의 구조시스템은 크게 다수의 벽체가 분산적으로 배치되어 있는 내력벽 시스템과 중앙 코어벽 시스템으로 구분할 수 있다. 각각 시스템에 따른 횡방향 거동을 분석하기 위해 본 연구는 국내 고층 아파트 중 대표적인 평면을 갖는 대상 건물을 선정하고, 비선형 정적해석을 수행하여 붕괴메커니즘을 살펴보았다. 비선형 정적해석을 통해 도출된 힘-변위관계로부터 지진응답에 있어서 중요한 요소인 초과강도계수 및 연성도계수를 산정하여 반응수정계수를 평가하였다. 중앙 코어벽 시스템은 연성도는 작지만, 풍하중에 의해 지배되어 초과강도가 크게 산정돼 초과강도계수에 의해 반응수정계수가 산정되었고, 내력벽 시스템은 벽량이 많아 연성도가 크기 때문에 상당힌 큰 반응수정계수가 산정된다.