• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.512-515
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• 2010

본 논문에서는 등기하 해석법을 이용하여 설계의존형 하중조건을 갖는 구조물에 대한 형상 최적설계를 수행하였다. 유한요소법 기반 형상 최적설계는 CAD 모델과 해석 모델의 차이로 인해, 설계영역 매개변수화에 어려움이 있다. 등기하 해석법은 CAD 모델과 동일한 NURBS 기저 함수와 조정점을 해석에 이용함으로써 설계의 기하학적 변화를 해석모델에 직접적으로 표현할 수 있는 장점을 가진다. 하중조건이 설계 영역이 변화함에 따라 변하는 최적설계 문제의 경우, 정확한 설계 영역 표현은 법선 벡터, 즉 변화하는 하중의 방향과 곡률과 같은 고차항의 정보를 정확하게 표현할 수 있고, 따라서 목적함수를 최소 또는 최대화시키는 최적의 해로 이끌어 낸다. 유한요소법 또는 밀도법을 이용한 형상 최적설계에서 설계의존형 하중조건을 갖는 구조물의 문제를 푸는 경우, 최적설계가 진행됨에 있어 변화하는 경계의 부정확성 때문에 정확한 설계민감도를 얻기가 어려운 점이 있다. 본 논문에서는, 수치 예제를 통해 등기하 해석 기반의 형상 최적설계 방법론이 설계의존형 하중조건을 갖는 구조물 문제에서 수월성을 가짐을 확인하였다.

• Magazine of the Korea Concrete Institute
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• v.1 no.1
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• pp.87-94
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• 1989

철근콘크리트 뼈대구조와 같이 설계변수가 과다하고, 제약조건식이 복잡한 구조물의 최적화를 위하여는 구조물을 여러개의 부분구조물로 분할하여 최적해를 구하는 분할법이 많이 사용되고 있다. 그러나 기존의 분할법에 의한 최적화는 구조해석과정과 고정된 부재력에대한 단면설계변수의 부분최적화 과정만으로 이루어지기 때문에, 최적해를 구하려면 반복적인 재해석과정만을 수행하지 않으면 안된다. 따라서 본 연구에서는 다단계분할법에 의하여 철근콘크리트 뼈대구조의 최적화 문제를 3단계로 형성하고, 분할된 부분최적화문제의 최적화시 전체구조의 강성 및 부재력 변화가 반영되어 부분 구조물의 결합을 유지시킬 수 있는 최적화 알고리즘을 제안하였다. 최적화 문제에서 설계변수로는 단면의 크기, 철근량, 모멘트 재분배율등을 취하고,목적함수는 경비함수, 제약조건으로는 강도설계법에 의한 부재강도, 시방서의 요구사항등을 고려하여 문제를 형성하였다. 본 연구에서 개발한 다단계 최적화과정의 첫째 단계에서는 탄성해석에 의하여 재분배모멘트의 설계공간을 형성한다. 이 때 부재력변화량추정(forece approximation technique)에 의하여 단면치수의 변화에 따른 부재력의 변화를 제약조건식 내에 포함시킬 수 있도록 하였다. 둘째 단면에서는 첫째 단계에서 구한 부재력변화량추정이 포함된 제약조건식 내에서 무제약최소화기법에 의하여 단면치수를 최적화하도록 하였다. 셋째 단계에서는 재분배 모멘트를 최적화하였으며, 이 때 재분배모멘트의 변화에 따른 단면설계 변수의 변화는 둘째 단계에서 구한 설계민감도(design sensitivity)를 이용하여 반영시키도록 하였다. 제안된 알고리즘을 1층 2경간 및 2층 1경간 뼈대구조에 적용하여 알고리즘의 타당성과 효율성을 입증하였다. 따라서 본 연구의 알고리즘은 철근 콘크리트 뼈대구조의 최적설계에 안정성있게 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Aerospace System Engineering
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• v.9 no.1
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• pp.7-11
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• 2015

최근 무인기와 초소형비행체를 위한 프로펠러 연구수요가 증가하고 있다. 일반적인 프로펠러와 다른 점은 저 레이놀즈수 유동조건에서 구동된다는 점이다. 본 연구는 저 레이놀즈수 유동조건에서 비행하는 인간 동력 항공기를 위한 프로펠러 공력설계 및 성능해석에 관한 연구다. 저 레이놀즈수 유동조건에서 발생하는 공력천이현상을 고려한 3차원 공력특성 변화를 정확히 반영하지 못하는 상용 프로그램의 단점을 보완하여 프로펠러 공력설계 및 성능해석이 가능한 프로그램을 개발했다. 개발된 프로그램으로 인간 동력 항공기 설계요구조건에 충족하는 프로펠러 공력설계 및 성능해석을 수행하였다. 또한 프로펠러 회전수와 장착각도 변화에 따른 성능변화를 예측하여 비행당시 상황에 따라 비행 가능한 성능출력이 가능하도록 하였다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.412-415
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• 2009

본 논문에서는 등기하 해석법을 이용하여 설계 의존형 하중조건을 갖는 구조물에 대한 형상 최적설계 를 수행하였다. 유한요소 기반 형상 최적설계는 설계영역 매개화에 어려움이 있으나 등기하 해석법은 NURBS 기저 함수와 조정점을 이용함으로써 기하학적 표현이 용이하다는 장점을 가지고 있다. 기하학적으로 정확한 모델은 응답 및 설계민감도 해석에 사용되며, 설계구배 기반의 최적화에 있어서 중요한 역할을 한다. 하중조건이 설계영역의 변화에 따라 변하는 최적설계 문제에서 경계에서 설계민감도가 부정확한 경우, 설계공간에서 최적설계가 균일한 수렴성을 갖기 어렵다. 즉 유한요소법을 이용한 형상 최적설계에서 설계 의존형 하중조건을 갖는 문제를 푸는 경우, 최적설계를 진행할 때 변하는 경계의 부정확성 때문에 정확한 설계민감도를 얻기가 어려운 점이 있다. 본 논문에서는, 엄밀한 기하형상을 표현하는 등기하 설계민감도를 활용한 형상 최적설계 기법이 설계 의존형 하중조건을 갖는 문제에서 좋은 결과를 제시함을 확인하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2010.02a
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• pp.41.2-41.2
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• 2010

하천, 해상 등에 위치한 교량 설계시 선박충돌을 방지하기 위해 교각 위치를 변화시킬 필요성이 발생한다. 이 때, 교각 위치에 따른 변단면을 갖는 PSC(Prestressed concrete) 박스거더의 형상 변화를 효과적으로 변경하기 위해 고려해야하는 구속조건을 추출하고 정의하였다. PSC 박스거더는 변단면 시공에 일반적으로 적용되는 FCM(Free cantilever method) 공법이 착용된 교량을 착용했으며, 구속조건 정의를 위해 설계지침서를 분석하여 구속조건으로 작용하는 매개변수를 추출하였다. 정의한 구속조건의 적용성을 검증하기 위해 파라메트릭 모델링을 수행하였으며, 그 결과로 생성된 모델에 대한 물량을 산출하여 대상교량에서 산출된 실제 물량과 비교 분석하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.12 no.4
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• pp.289-301
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• 2003

To develop a chemical-looping combustion technology, conceptual design of 50 kW thermal chemical-looping combustor, which is composed of two interconnected pressurized circulating fluidized beds, was performed by means of mass and energy balance calculations. A riser type fast fluidized bed was selected as an oxidizer and a bubbling fluidized bed was selected as a reducer by mass balance for the chemical-looping combustor. Calculated values of bed mass, solid circulation flux, and reactor dimension by mass and energy balance calculations were suitable for construction and operation of chemical-looping combustor. It is concluded from the comparison of the design results and operating values of commercial circulating fluidized bed that the process outline is realistic. Moreover, the previous results support that oxygen carrier particle, NiO/bentonite, fulfills the conversion rates needed for the proposed design. The effects of system capacity, metal oxide content in a oxygen carrier particle, amount of steam input, gas velocity, and solid depth on design values were investigated and the changes in the system performance can be estimated by proposed design tool.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.325-325
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• 2017

빗물펌프장은 도시지역 저지대의 우수를 강제로 배출하여 제내지의 치수안전도를 향상시키기 위한 방재시설이다. 변화하는 기상조건에 맞추어 침수취약지역의 치수안전도를 유지 또는 향상시키기 위해서는 빗물펌프장 설계시 목표한 치수성능을 지속적으로 구현할 필요가 있다. 그러나, 펌프시설의 고속운전, 변화하는 펌프운영조건 등의 영향으로 펌프의 성능은 지속적으로 저하된다. 이와 같은 펌프성능의 주요원인은 펌프운영시 발생하는 공기연행이 주요 원인중 하나이다. 흡수정 설계단계에서는 와류에 의한 공기연행을 제어하기 위하여 흡입관경, 흡수정 벽면으로부터의 이격거리 등의 설계요소를 반영하고 있지만, 도심지역의 제한적인 공간특성으로 인하여 설계기준치를 만족하지 못하는 경우가 발생하게 된다. 설계시 흡수정 내에 형성되는 와류를 억제하기 위하여 흡수정의 벽면 모서리를 완만하게 시공하거나, 흡수정 내에 날개벽 또는 별도의 시설을 설치하는 방법을 채택하고 있다. 그러나, 이와 같은 와류방지시설은 고정된 설계조건에 대하여 성능구현이 가능하지만, 홍수시 흡수정 내의 흐름은 하천의 수위 및 유입되는 유량에 의하여 시시각각 변화하게 된다. 이와 같은 운영조건의 변화에 대응할 수 있는 방법을 제시하기 위하여 본 연구에서는 수면에 부유식 와류방지장치를 설치하고 이에 대한 성능을 3차원 수치모의를 통하여 재현한 후 정량적으로 분석하였다. 부유식 와류방지장치에 대한 성능검토결과, 다양한 운영조건에서도 부유식 와류방지장치가 유효한 와류저감효과를 구현하고 있는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2014.06a
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• pp.92-94
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• 2014

본 논문에서는 11m급 동력 낚시보트의 최적 설계 조건을 도출하였으며, 이를 위하여 CG 추정(Weight study), 스캔틀링(Scantling), 동력 계산(Power calculation) 등을 통해 현실성이 있는 시뮬레이션을 실시하였다. 그리고 도출된 선형을 바탕으로 3종류의 chine 폭과 Deadrise angle의 변화에 따른 Trim angle과 복원성을 평가하였다. 본 연구 결과를 통해 실제 보트 설계 시 최적 설계 조건으로서 현실성 있게 반영될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.214-214
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• 2011

최근 국내 연안역에는 관광의 활성화 등의 목적으로 잔교가 많이 가설되고 있다. 그러나 잔교의 설계에 대한 규정이 없어 현재는 항만 및 어항설계기준을 준용하여 설계하고 있는 실정이며, 또한 지역적 특성을 반영하지 못하고 건설되어 과다한 단면을 사용하는 경우가 많고, 경제성이나 경관성을 갖추지 못한 경우가 많은 실정이다. 본 연구에서는 합리적인 잔교용 설계기준을 마련하기 위한 기초적인 연구로써 지반조건을 고려한 잔교의 거동특성을 분석하고자 하였다. 이를 위하여 해석모델을 개발하고, 다양한 해석조건에 대한 해석을 수행하여 그 특성을 정리하고자 하였다. 이를 통하여 잔교의 합리적인 구조시스템을 개발하고, 설계기준을 정리하는데 이바지 하고자 한다. 이 연구에서는 서해안의 연약지반을 고려하기 위해 지반스프링을 이용한 해석모델을 개발하고, 다양한 해석조건에 대한 해석을 수행하여 그 특성을 파악하고자 하였다. 조립식 잔교는 Capbeam, Wood Deck, ㄱ형강, Pile로 네 가지의 구성으로 이루어지고, 이 네 가지 요소의 재료는 강재로 사용하였으며, 하중에 대해서는 항만 및 어항설계기준을 준용하여 군중하중 $5kN/m^2$, 월파력 $20.1kN/m^2$을 사용하였고, 풍하중은 도로교 설계기준을 이용하여 산정한 $3.309kN/m^2$을 사용하였다. 재하하중 및 하중에 대한 최적단면에 대한 연구를 활용하여 본 연구에서는 지반조건의 영향, Capbeam과 Pile의 크기변화, 사항 등의 영향을 고려하였을 때 각 구성요소에서 발생하는 단면력의 변화와 축력, 접합부 모멘트 등의 외력과 내력을 정리하여 잔교의 거동특성을 파악하고자 하였다. 다양한 변수해석을 수행하기 위하여 지반조건을 고려한 2D 해석모델을 개발하였으며, 본 연구에서 고려한 군중하중, 풍하중, 월파력의 설계하중 중에서는 월파력이 지배적인 것을 알 수 있었다. Pier의 지름이 증가 하면 작용하는 월파력이 커지고 따라서 단면력이 증가하는 것을 알 수 있었다. 그러므로 합리적인 Pier의 크기 결정이 경제적이고 경관이 우수한 잔교 건설에 중요 요인임을 알 수 있다. 본 연구는 잔교의 설계기준 정립에 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단되나, 보다 합리적인 잔교의 설계와 시공을 위해서는 지속적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.

• Computational Structural Engineering
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• v.10 no.2
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• pp.34-39
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• 1997

BOXCAD Vㄷㄱ.2.00의 개발을 통하여 얻은 결론은 다음과 같다. 1) 다양한 설계조건 즉 설계차량하중, 토피, 지하수위, 사용재료의 강도 등의 변화에도 쉽게 자동화설계가 가능하도록 설계시스템이 개발되었다. 2) 개발된 설계시스템은 도로교 표준시방서와 콘크리트 시방서의 하중계수에 의한 방법을 모두 포함하고 있으며, 설계시방서에 따른 변화에도 신속하고 용이하게 대처할 수 있도록 개발되었다. 3) 개발된 본 설계시스템에 국부적인 기하조건, 설계하중, 구조세목만 보완하면 전력구 외에도 발전소의 배수 BOX구조, 도로 및 철도 횡단용 BOX구조, 지하차도 및 보도, 하수도 및 배수 BOX구조, 분류하수관거, 지하철 BOX구조 등의 자동화설계에도 작용할 수 있도록 시스템이 구축되었다. 4) 본 연구에서 개발된 자동설계시스템은 단면의 산정, 설계도면의 제작기능은 물론 설계 정보의 데이터베이스 기능이 있으므로, 실무에서 활용할 경우 설계도면 재료량 산출 및 설계정보의 효율적인 관리가 가능할 것으로 사료된다.