• 전산구조공학
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• 제8권1호
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• pp.95-106
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• 1995

지하철의 운행에 의한 소음과 진동은 운행로 주위의 주민을 괴롭히는 중요한 요소의 하나이다. 일반적인 건물의 진동은 횡방향의 진동을 많이 고려하고 있으나 지하철의 운행에 의한 건물의 진동은 수직방향의 진동을 주요하게 다루어야 한다. 수직방향의 진동을 고려하기 위한 구조물은 보의 진동이 고려된 모델이어야 한다. 따라서 구조물의 수평방향 진동을 고려하기 위하여 사용된 모델은 수직방향의 진동을 고려하기 위한 모델과 같이 사용될 수 없다. 건물의 수직진동을 고려한 해석을 수행하기 위해서는 보의 관성력을 충분히 고려할 수 있는 모델이 사용되어야 한다. 본 논문에서는 지하철의 운행에 의한 구조물의 수직방향진동을 고려하기 위한 구조물의 해석 모델기법에 대하여 연구한 결과 기둥의 경우 하나이상 보의 경우 두개 이상의 요소로 나누어 해석하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권1호
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• pp.37-46
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• 2017

가열된 표면에서의 액적은 일반적으로 내부에 마랑고니 유동이 발생하고, 이는 불균일한 침전물 패턴 형상을 구성하게 된다. 본 연구는 마랑고니 유동을 가시화하고, 수직진동을 사용해서 이를 제어하는 것을 주 목적으로 한다. 액적이 증발하는 동안, 액적의 접촉각 변화와 부피변화를 실험적으로 알 수 있었고, PIV(Particle Image Velocimetry) 실험 장치를 이용하여, 평판 온도별 마랑고니 유동의 내부 유동의 흐름을 가시화하였다. 그리고 평판에 각 주파수별 수직진동을 가해주는 실험을 진행하여, 그 결과 마랑고니 유동의 유동 방향과 수직진동의 유동 방향이 서로 반대인 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 증발하는 액적에 수직진동을 가해줌으로써, 액적의 하단부분에서 내부유동의 흐름변화를 관찰하였다. 마랑고니유동에 의해 발생하는 내부유동 방향과 수직진동으로 발생하는 내부유동의 방향이 서로 반대 방향이므로 가열된 평판에 진동을 가해주었을 때 액적 내부유동의 흐름이 변화가 발생하였고, 이는 곧 불균일한 침전물 패턴이 억제된 것을 증발 후 침전물의 패턴형상을 통해 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.476-476
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• 2014

서론: 저 전력 소모를 필요로 하는 무선 센서 네트워크 관련 기술의 급격한 발달과 함께 자체 전력 수급을 위한 진동 에너지 수확 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다양한 구조와 소재를 압전 외팔보에 적용하여 제안하고 있다. 그 중에서도 진동 기반의 에너지 수확 소자는 주변 환경에서 쉽게 진동을 얻을 수 있고, 높은 에너지 밀도와 제작 방법이 간단하다는 장점을 가지고 있어 많은 분야에 응용 및 적용 가능하다. 기존 연구에서는 2차원적으로 진동 에너지 수확을 위한 휜 구조의 압전 외팔보를 제안 하였다. 휜 구조를 갖는 압전 외팔보는 각각의 짧은 두 개의 평평한 외팔보가 일렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 하나의 짧고 평평한 외팔보는 진동이 가해지면 접선 방향으로 응력이 생겨 최대 휨 모멘텀을 갖게 된다. 그러므로 휜 구조를 갖는 외팔보는 진동이 인가됨에 따라 길이 방향과 수직 방향으로 진동한다. 하지만, 이 구조는 수평 방향으로 가해지는 진동에 대한 에너지를 수확하기에는 한계점을 가진다. 즉, 3축 방향에서 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확하기는 어렵다. 본 연구에서는 3축 방향에서 에너지를 효율적으로 수확할 수 있도록 헤어-셀 구조의 압전 외팔보 에너지 수확소자를 제안한다. 제안된 소자는 길이 방향과 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 진동하여 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있다. 구성 및 공정: 제안하는 소자는 3축 방향에서 임의의 진동을 수확하기 위해서 길이를 길게 늘이고 길이 방향을 따라 휘어지는 구조의 헤어-셀 구조로 제작하였다. 외팔보의 구조는 외팔보의 폭 대비 길이의 비가 충분히 클 때, 추가적인 자유도를 얻을 수 있다. 그러므로 헤어-셀 구조의 에너지 수확 소자는 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향을 통해서 3차원적으로 임의의 주변 진동 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 생성시킬 수 있다. 제작된 소자는 높은 종횡비를 갖는 무게 추($500{\times}15{\times}22{\mu}m3$)와 길이 방향으로 길게 휜 압전 외팔보($1000{\times}15{\times}1.7{\mu}m3$)로 구성되어있다. 공정 과정은 다음과 같다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 위에 탄성층을 형성하기 위해 LPCVD SiNx를 $0.8{\mu}m$와 LTO $0.2{\mu}m$를 증착 후, 각각 $0.03{\mu}m$과 $0.12{\mu}m$의 두께를 갖는 Ti와 Pt을 하부 전극으로 스퍼터링한다. 그리고 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 박막을 $0.35{\mu}m$ 두께로 졸겔법을 이용하여 증착하고 상부 Pt층을 두께 $0.1{\mu}m$로 순차적으로 스퍼터링하여 형성한다. 상/하부 전극은 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용해 건식 식각으로 패턴을 형성한다. PZT 층과 무게 추 사이의 보호막을 씌우기 위해 $0.2{\mu}m$의 Si3N4 박막이 PECVD 공정법으로 증착되고, RIE로 패턴을 형성된다. Ti/Au ($0.03/0.35{\mu}m$)이 E-beam으로 증착되고 lift-off를 통해서 패턴을 형성함으로써 전극 본딩을 위한 패드를 만든다. 초반에 형성한 실리콘 웨이퍼 위의 SiNx/LTO 층은 RIE로 외팔보 구조를 형성한다. 이후에 진행될 도금 공정을 위해서 희생층으로는 감광액이 사용되고, 씨드층으로는 Ti/Cu ($0.03/0.15{\mu}m$) 박막이 스퍼터링 된다. 도금 형성층을 위해 감광액을 패턴화하고, Ni0.8Fe0.2 ($22{\mu}m$)층으로 도금함으로써 외팔보 끝에 무게 추를 만든다. 마지막으로, 압전 외팔보 소자는 XeF2 식각법을 통해 제작된다. 제작된 소자는 소자의 여러 층 사이의 고유한 응력 차에 의해 휨 변형이 생긴다. 실험 방법 및 측정 결과: 제작된 소자의 성능을 확인하기 위하여 일정한 가속도 50 m/s2로 3축 방향에 따라 입력 주파수를 변화시키면서 출력 전압을 측정하였다. 먼저, 소자의 기본적인 공진 주파수를 얻기 위하여 수직 방향으로 진동을 인가하여 주파수를 변화시켰다. 그 때에 공진 주파수는 116 Hz를 가지며, 최대 출력 전압은 15 mV로 측정되었다. 3축 방향에서 진동 에너지 수확이 가능하다는 것을 확인하기 위하여 제작된 소자를 길이 방향과 수평 방향으로 가진기에 장착한 후, 기본 공진 주파수에서의 출력 전압을 측정하였다. 진동이 길이방향으로 가해졌을 때에는 33 mV, 수평방향으로 진동이 인가되는 경우에는 10 mV의 최대 출력 전압을 갖는다. 제안하는 소자가 수 mV의 적은 전압은 출력해내더라도 소자는 진동이 인가되는 각도에 영향 받지 않고, 3축 방향에서 진동 에너지를 수확하여 전기에너지로 얻을 수 있다. 결론: 제안된 소자는 3축 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확 소자를 제안하였다. 외팔보의 구조를 헤어-셀 구조로 길고 휘어지게 제작함으로써 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향에서 출력 전압을 얻을 수 있다. 미소 전력원으로 실용적인 사용을 위해서 무게추가 더 무거워지고, PZT 박막이 더 두꺼워진다면 소자의 성능이 향상되어 높은 출력 전압을 얻을 수 있을 것이라 기대한다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2003년도 추계학술대회논문집
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• pp.146-153
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• 2003

본 논문은 열차 곡선부 노선에서 발생하는 진동크기의 예측을 위한 것으로, 곡선부를 주행하는 틸팅 차량에 의해 발생하는 진동크기를 수치해석적으로 예측한 결과이다. 곡선부를 주행하는 틸팅차량에 의한 진동의 특징으로, 진동의 방향성분을 들 수 있다. 진동의 방향성분은 직선 구간에서는 수직성분이 월등히 우세하나, 곡선구간에서는 수평성분이 크게 증가한다. 틸팅차량의 경우, 일반열차에 비해 곡선 구간에서의 높은 속도로 인해 수평성분이 크게 발생한다 따라서 틸팅차량의 주행에 의한 인근 지역에서의 진동환경을 파악하기 위해서는 수직성분 뿐 아니라 수평성분의 정확한 파악도 필요하다. 이러한 진동의 방향성분은 근거리 또는 원거리 영역에 파라 달라져, 이의 파악을 위한 연구가 필요하다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2003년도 추계학술대회 논문집(II)
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• pp.423-428
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• 2003

본 논문은 열차 곡선부 노선에서 발생하는 진동크기의 예측을 위한 것으로, 곡선부를 주행하는 틸팅차량에 의해 발생하는 진동크기를 수치해석적으로 예측한 결과이다. 곡선부를 주행하는 틸팅차량에 의한 진동의 특징으로, 진동의 방향성분을 들 수 있다. 진동의 방향성분은 직선 구간에서는 수직성분이 월등히 우세하나, 곡선구간에서는 수평성분이 크게 증가한다. 틸팅차량의 경우, 일반열차에 비해 곡선구간에서의 높은 속도로 인해 수평성분이 크게 발생한다. 따라서 틸팅차량의 주행에 의한 인근 지역에서의 진동환경을 파악하기 위해서는 수직성분 뿐 아니라 수평성분의 정확한 파악도 필요하다. 이러한 진동의 방향성분은 근거리 또는 원거리 영역에 따라 달라져, 이의 파악을 위한 연구가 필요하다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.1327-1328
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• 2015

본 논문에서는 스틱 모델을 사용하여 외바퀴 로봇의 수직 방향에서 생기는 파라메트릭 진동을 시뮬레이션 분석하고, 분석된 결과를 바탕으로 제어 법칙을 유도한 다음, 실험을 통해 성능을 검증한다. 실험에 활용된 외바퀴 로봇은 수평 방향에 대해서는 비례미분제어기를 사용하고, 수직 방향에 대해서는 진동제어기를 활용한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.53-59
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• 2019

민감 상품의 화물 운송 중 발생하는 진동 및 충격의 저감을 위하여 본 연구에서는 실제 트럭과 화차에 진동센서가 부착된 컨테이너를 이용하여 운송 경로에 따른 진동이력을 측정하였다. 컨테이너 내부 바닥 2개소에 3축 방향(길이, 횡, 수직 방향)으로 가속도센서를 부착하여 트럭운송 구간(아산-의왕)과 화물열차 운송 구간(의왕-부산)에 대하여 진동이력을 측정하였다. ASTM D-4169에서 제안된 철도 진동 프로파일(0.29_Grms)은 트럭 진동 프로파일(0.54_Grms) 대비 약 50% 수준으로 낮다. 국내 화물 컨테이너 운송 동안 ASTM D-4169에 준한 진동 프로파일과 비교한 결과는 다음과 같다. 트럭 운송 구간에서의 길이방향과 횡 방향 진동 수준은 모두 ASTM의 트럭운송 진동 프로파일보다 길이방향 약 16%, 횡 방향 약 33% 수준으로 전반적으로 낮게 나타난 반면에, 수직방향 진동은 4~15Hz와 60Hz 이상 범위에서 ASTM의 트럭운송 진동 프로파일을 부분적으로 초과하였다. 화물열차 진동 측정이력은 도로와 유사하며, 길이방향과 횡방향의 진동측정이력은 ASTM D-4169의 철도 진동 프로파일보다 낮으며, 반대로 수직방향의 이력은 30Hz이상 범위에서 초과하였다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1996년도 춘계학술발표회논문집(4)
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• pp.392-397
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• 1996

지반특성에 따라 지진발생시 면진구조물과 비면진 구조물의 응답특성이 어떠한가를 평가하기위해, 1940 El Centro 지진을 입력지진으로 하고, 면진구조물로는 가압경수형 원자로격납건물을 이용하여 수평(NS) 및 수직지진입력에 대한 시간이력해석을 수행하였다. 0.5Hz 수평면진 구조물의 경우 수평방향 가속도응답은 지반특성에 무관하게 거의 변화가 없으며, 또 2Hz 이상에서 비면진구조물의 수평지진가속도응답보다 현저히 낮은 가속도응답을 갖는다. 면진베어링의 수직방향 21Hz 고유진동수는 풍화암의 경우 수직방향 가속도응답에 영향을 주지 않으나. 경암의 경우 원자로지지점에서의 수직방향 가속도응답을 전반적으로 증가시킨다. 비면진 구조물의 경우 지반의 강성이 약할수록 가속도응답이 비교적 큰 폴라크레인위치에서 수평 및 수직방향 가속도응답이 감소되는 것으로 나타났으며, 특히 수직방향의 가속도응답이 크게 감소하는 것으로 나타났다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.122-128
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• 2004

본 논문에서는 가동자의 이동방향에 따른 진동과 고정자에 대하여 수직으로 작용하는 진동을 동시에 고려할 수 있는 이론을 제시함에 있어서, LSM의 구조를 기초로 자기등가회로를 구성하였으며, 자기등가회로에 대한 방정식을 이용하여 LSM의 전기적인 등가회로를 유도하였다. 그리고, LSM의 변위에 따른 수직력 분포를 유한요소법(Flux2D)으로 계산하였으며 이를 방정식으로 나타내었다. 최종적으로 1상 여자방식에 의한 가동자의 이동방향에 따른 진동과 고정자에 대하여 수직으로 작용하는 진동을 전압방정식, 추력 및 수직력 방정식, 운동방정식을 사용하여 ACSL(Advanced Continuous Simulation Language)에 의하여 시뮬레이션 하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.27-30
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• 2010

TMD(Tuned Mass Damper)는 대표적인 제진장치로서 주로 고층건물, 교량 및 스타디움의 객석 등의 진동제어에 이용되고 있다. 그러나 대공간구조물과 같이 면외 방향의 강성이 매우 작은 구조물에 대한 TMD 적용에 대한 연구는 거의 전무한 실정이다. 본 연구에서는 아치구조물의 진동에 대한 TMD의 제어 성능을 TMD의 설치위치 및 거동방향에 따라서 비교분석하였다. 아치구조물은 수평지진동에 대해서는 역대칭모드인 1차 모드가 지배적이며, 연직지진동에 대해서는 대칭모드인 2차 모드가 지배적인 진동응답을 보이고 있다. 따라서 아치구조물의 효율적인 진동응답제어를 위해서는 진동모드가 탁월한 위치에 TMD를 설치하는 것이 합리적이다. 그리고 수평지진동 및 수직지진동에 대하여 TMD가 수평방향으로 거동하도록 하는 것보다 연직방향으로 움직이도록 설치하는 것이 아치구조물의 진동제어에 있어서 매우 효과적인 것으로 나타났다.