• 제목/요약/키워드: 최적운동에너지법

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롤러코스터의 모니터링을 위한 최적 센서 구성 (Optimal Sensor Allocation for Health Monitoring of Roller-Coaster Structure)

  • 허광희;전승곤;박인준
    • 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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    • 제15권4호
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    • pp.165-174
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    • 2011
  • 본 연구는 롤러코스터 구조물의 구조적인 결함을 검출하기 위해서 요구되는 최적의 센서를 구성하기 위한 연구이다. 특수한 목적과 구조적인 형태의 롤러코스터를 3차원 FE 모델링을 통해 구조적 거동특성을 분석하고, 최적계측/센서 이론을 통해 합리적인 센서 위치 및 개수를 구성하였으며, 구성된 최적 센서 위치 및 개수를 바탕으로 손상 전 후에 따른 수치적인 모달 특성값을 추출해 손상평가에 활용될 기본 구조물에 대한 기초자료를 제공하였다. 본 연구의 대상구조물로 서울 어린이대공원에 위치한 롤러코스터 구조물을 선정하였고, 1/20 크기로 축소한 모형 구조물을 제작 활용하였다. 또한, 롤로코스트의 공간적인 구조의 특성으로 운동학(Kinetics)적 거둥에 따른 운동역학(Kinematics)적인 특성이 포함되도록 Spline 함수를 이용해 대상 모형 구조물을 정확히 3차원 FE 모델을 구성 후, 가이언 소거법에 근거한 모달 특성값을 추출하였고, 유효독립법(EIM) 및 최적운동에너지법(EOT) 이론을 바탕으로 최적계측/센서 위치 및 개수를 구성하였으며, 손상 전 후에 따른 모달 특성값을 추출해 크게 강성도, 유연도, 모드상관도의 관계로부터 손상(결함)을 평가하였다. 최종적으로, 본 논문에서 구성된 최적 계측/센서 이론이 타당함을 확인하였고, 강성도 및 유연도 변화를 통해 만족할 수준으로 손상이 규명되었다. 이 결과 롤러코스터 구조물의 건전도 모니터링에 필요한 거동특성 분석 및 결함검출기술 개발에 관한 최적 센서의 구성을 제시 하였다.

다른 강우에너지법 적용에 따른 강우침식인자 산정결과의 다양성 (A Variation among the Results using different methodologies for calculating the Rainfall-Runoff Erosivity Factor in RUSLE)

  • 윤정혜;황세운;유승환
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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    • pp.430-430
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    • 2016
  • 범용토양유실공식(RUSLE)은 연간 토양유실량을 산정하기 위해 제시된 경험식이며, 강우침식인자(R factor)는 유실량을 결정하는 요소 중 강우강도의 특성을 고려하는 주요인자이다. 토지피복, 식생 등에 대한 타 인자의 경우 한정된 실험에 의해 도출된 경험치를 대상지역에 맞게 적용하는데 반해 강우침식인자는 강우강도 기반 강우에너지 산정법을 적용하여 계산과정이 비교적 복잡하고 다양하다. 국내에서도 강우침식인자 산정법이 개발된 바 있으나 현제까지 간편법을 비롯한 다양한 공식들이 적용되고 있다. 본 연구에서는 강우침식인자를 산정하는 과정에서 다른 강우 운동에너지식을 적용하거나 연평균 강수량 등을 대체지수로 활용한 간편법 적용시 결과의 결과의 다양성에 대해 분석하고자 하였다. 합리적인 30분 강우강도 산정을 위해 79개 기상청 종관기상관측 지점에 대한 분단위 강우자료(1997~2014)를 수집하고 기존의 국내외 강우운동에너지 식과 대체지수를 적용하여 산정된 결과를 비교 분석하였다. 연구결과 간편법을 사용한 결과가 대부분 지점에 대해 강우에너지식을 사용한 강우침식인자보다 과대산정(지점평균 약 74%)하였으며 다른 강우에너지식 적용에 따른 평균 변동계수가 약 0.12로 나타나 지점간 차이를 보였으나 적용방법에 따른 침식인자의 분포가 다소 다르게 나타남을 확인하였다. 관측자료가 부족한 토양유실량 예측에 있어 강우 침식인자 산정을 위한 최적 방법론 도출이 어려운 만큼 다중모델 결과를 조합하는 방법론 개발이 필요하다고 판단된다.

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몰수형 진자판을 이용한 파력발전장치의 성능해석 (Performance Analysis of Wave Energy Converter Using a Submerged Pendulum Plate)

  • 조일형
    • 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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    • 제20권2호
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    • pp.91-99
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    • 2017
  • 본 연구에서는 몰수형 진자판을 이용한 파력발전장치의 성능 향상을 위한 파라메트릭 해석을 수행하였다. 선형포텐셜 이론에 기반을 둔 고유함수전개법을 사용하여 파기진 모멘트와 동유체 모멘트를 구하고, 파랑중 진자판의 회전운동 변위와 시간평균 추출파워를 구하였다. 이때 추출파워의 최대값을 주는 최적의 PTO감쇠계수를 제시하였다. 회전 운동하는 진자판으로부터 얻는 추출파워의 최대값은 시스템의 공진주파수에서 일어나며 진자판의 높이와 두께가 증가할수록 최대값은 증가하고 공진폭이 확장된다. 진자판 끝단에 설치된 계류로프는 부하상태에서 복원모멘트를 높이고 설치해역의 파랑과 공진이 유발하는데 활용된다. 천수역에 적합한 몰수형 진자판을 이용한 파력발전장치는 에너지 추출과 동시에 파를 차단하는 방파제의 기능을 동시에 지니고 있다.

주파수영역 탄성파모델링에 대한 CFS-PML경계조건의 적용 및 개선 (Application and Improvement of Complex Frequency Shifted Perfectly Matched Layers for Elastic Wave Modeling in the Frequency-domain)

  • 손민경;조창수
    • 지구물리와물리탐사
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    • 제15권3호
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    • pp.121-128
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    • 2012
  • 탄성파의 수치 모델링은 유한한 경계에서 발생하는 인공적인 반사파의 제거를 위한 경계조건을 필요로 한다. 이 연구에서는 주파수영역의 탄성파 수치 모델링에 CFS-PML (Complex Frequency Shifted-Perfectly Matched Layer) 경계조건을 적용하였다. 수치모델링 검증을 위해 Lamb's Problem의 해석해와 수치모델링 결과를 비교한 결과 일치하였다. 모형 내의 운동에너지, 최대크기오차, 그리고 스펙트럼오차를 통하여 CFS-PML경계조건이 기존의 흡수경계조건들 보다 유한경계에서 발생한 인공적인 반사파를 효과적으로 제거할 수 있음을 확인하였다. CFS-PML경계조건의 변수 ${\kappa}_{max}$${\alpha}_{max}$의 최적값은 운동에너지를 이용하여 산정할 수 있었다. 또한, 주파수에 따른 함수로 정의된 ${\alpha}_{max}$를 변수로 갖는 변형된 CFS-PML경계조건을 제안하여 기존 PML경계조건, CFS-PML경계조건, 그리고 변형된 CFS-PML경계조건의 성능을 운동에너지, 최대크기오차, 스펙트럼 오차로 비교하였다. 기존 PML경계조건에서 나타난 스쳐가는 입사각에 대한 반사파 문제가 CFS-PML경계조건, 그리고 변형된 CFS-PML경계조건에서는 개선되었다.

장대교량의 구조 건전도 모니터링을 위한 구조식별 기술 - 최적 센싱 및 FE 모델 개선 중심으로 - (Structural Identification for Structural Health Monitoring of Long-span Bridge - Focusing on Optimal Sensing and FE Model Updating -)

  • 허광희;전준용
    • 한국소음진동공학회논문집
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    • 제25권12호
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    • pp.830-842
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    • 2015
  • This paper aims to develop a SI(structural identification) technique using the kinetic energy optimization technique(KEOT) and the direct matrix updating method(DMUM) to decide on optimal location of sensors and to update FE model respectively, which ultimately contributes to a composition of more effective SHM. Owing to the characteristic structural flexing behavior of cable bridges, which makes them vulnerable to any vibration, systematic and continuous structural health monitoring (SHM) is pivotal for them. Since it is necessary to select optimal measurement locations with the fewest possible measurements and also to accurately assess the structural state of a bridge for the development of an effective SHM, a SI technique is as much important to accurately determine the modal parameters of the current structure based on the data optimally obtained. In this study, the KEOT was utilized to determine the optimal measurement locations, while the DMUM was utilized for FE model updating. As a result of experiment, the required number of measurement locations derived from KEOT based on the target mode was reduced by approximately 80 % compared to the initial number of measurement locations. Moreover, compared to the eigenvalue of the modal experiment, an improved FE model with a margin of error of less than 1 % was derived from DMUM. Finally, the SI technique for long-span bridges proposed in this study, which utilizes both KEOT and DMUM, is proven effective in minimizing the number of sensors while accurately determining the structural dynamic characteristics.

RFID TAG 미세패턴 성형을 위한 공구혼 진동해석 (Modal Analysis of an Ultrasonic Tool Horn for RFID TAG Micro-pattern Forming)

  • 김강은;이봉구;최성주
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제17권12호
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    • pp.652-658
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    • 2016
  • 본 논문에서는 유한 요소법(FEM) 시뮬레이션을 사용하여 초음파 미세패턴 성형에 사용되는 초음파 공구혼을 이론적 연구와 유한요소해석을 통하여 조사 하였다. 이 방법은 FEM 해석으로 얻어진 초기 설계 추정치에 기초한다. 초음파 미세패턴 성형에 필요한 고유주파수와 공구 혼의 공진주파수를 유한요소해석을 통하여 예측하였다. ANSYS S/W를 이용한 FEM 분석은 초음파 혼의 진동모드 형상의 최적 설계기술로 공진 주파수를 예측하기 위해 사용하였다. 초음파 진동자에 전원이 공급되면, 초음파 진동자에 공급된 전기에너지가 기계적인 운동에너지로 변환되어 진동이 발생하게 된다. 초음파 공구혼의 종진동 에너지를 이용하여 절연시트위에 RFID TAG 패턴 성형을 하게 된다. 초음파 진동을 이용한 마이크로 단위의 형상정밀도 향상을 위해서는 공구혼의 종진동모드만을 이용하여 성형 해야 한다. 본 연구에서는 초음파 마이크로패턴 성형에 필요한 공구혼의 고유진동수 및 진동모드를 갖는 설계변수를 고찰하고, 유한요소해석 결과를 바탕으로 공구혼을 제작함으로써 마이크로패턴 성형에 응용하고자 한다. 유한요소해석 결과를 바탕으로 RFID TAG의 미세패턴 성형을 위한 초음파 공구혼의 최적설계 및 제작에 반영하였다.

Multi-MW급 풍력발전용 블레이드 설계에 관한 연구 Part II : 구조 건전성 평가 (Multi-MW Class Wind Turbine Blade Design Part II : Structural Integrity Evaluation)

  • 김범석
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제38권4호
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    • pp.311-320
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    • 2014
  • 풍력터빈 블레이드는 바람의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로써 풍력발전시스템의 출력성능, 에너지변환효율, 하중 및 동적 안정성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 주요부품으로 분류된다. 따라서 최적의 블레이드 설계결과를 얻기 위해서는 시스템 특성이 고려된 공력-구조 통합설계가 중요하며, 국제표준 또는 인증기관의 가이드라인에 따른 설계평가를 통해 구조건전성의 검증이 요구된다. 본 연구에서는 블레이드 설계 인증 시 요구되는 평가항목 및 판정기준에 대한 상세해설과, (사)한국선급의 인증기준에 따른 2 MW 급 블레이드(KR40.1b)에 대한 설계평가 결과를 제시하였다. 유한요소 해석에 의한 극한 강도, 좌굴 안정성, 한계 허용 팁 변형과 누적 손상 법에 의한 피로 강도 해석결과가 검토되었으며, KR40.1b 블레이드는 모든 평가항목에 대한 구조 건전성을 만족하는 것으로 확인되었다.

유기금속 화학증착법을 이용한 탄탈륨 산화 박막의 층덮힘 특성 연구 (Step Coverge of Tantalum Oxide Thin Film Grown by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)

  • 박상규;윤종호;남갑진
    • 한국재료학회지
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    • 제6권1호
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    • pp.106-115
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    • 1996
  • 본 연구에서는 PET(PentaEthoxy Tanatalum:Ta(OC2H5)5) 유기금속 화합물 전구체를 사용하여 차세대 초고집적회로 제조시 고유전체 물질로 유망한 Ta2O5 박막을 열화학증착 방법에 의하여 증착하였다. 본 증착실험을 통하여 여러 가지 운속기체, 기판온도, 반응압력 등의 공정변수가 층덮힘에 미치는 영향을 고찰하였으며 Monte Carlo 전산모사 결과와 기판온도 변화에 따른 층덮힘 패턴의 변화에 대한 실험결과를 비교하여 부착계수를 산출하였다. 운송기체로는 N2, Ar, He을 바꿔가며 실험하였으며 He>N2>Artns으로 층덮힘이 양호한 것으로 나타났다. 이는 운송기체의 종류에 따라 운동량 확산도, 열 확산도, 물질 확산도 등의 이동현상 특성값들이 다르기 때문이라 생각된다. 기판온도의 증가는 운송기체의 종류에 관계없이 층덮힘을 악화시켰으며 도랑내부에서의 Knudsen 확산과 표면반응물의 탈착에 비해 표면반응이 보다 지배적인 역할을 담당함을 알 수 있었다. 또한 질소를 운송기체로 사용한 경우에 부착계수의 겉보기 활성화 에너지는 15.9Kcal/mol로 나타났다. 그리고 3Torr 이하에서 반응압력이 증가하는 반응압력이 증가하는 경우에는 물질 확산도의 감소 효과 때문에 층덮힘이 악화되었다. 본 연구결과 3Torr, 35$0^{\circ}C$에서 He 운송기체를 이용한 경우가 가장 우수한 층덮힘을 얻을 수 있는 최적 공정 조건임을 알 수 있었다.

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경기도 양주시 여대생의 식습관, 운동습관, 건강관련행동이 영양섭취수준에 미치는 영향 (Nutrition Intake according to Food and Exercise Habits in Female College Students of Yang-Ju si)

  • 나영아;강민정;이선호;김정연
    • 한국조리학회지
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    • 제21권4호
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    • pp.284-293
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    • 2015
  • 본 연구에서는 대학생 시기의 올바른 건강관리가 성인기의 건강과 신체기능을 최적으로 유지하는 기초가 되고, 앞으로 임신, 분만, 수유 등을 대비해야 하는 가임기일 뿐만 아니라, 장차 가정과 사회의 식생활 관리자의 역할을 담당해야 하는 여대생을 대상으로 식습관과 운동습관 및 건강관련인식을 조사하고 이러한 지표가 영양섭취수준에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 여대생 155명을 대상으로 연령, 신장, 체중 등 일반적 특성과 식습관, 운동습관, 건강상태 인식에 관련된 문항으로 구성된 설문지를 이용하였고, 24시간 회상법을 이용하여 식이섭취 조사를 실시한 후 영양소 섭취량을 분석하였다. 대상자들의 일주일간 식사시간이 규칙적인 날의 횟수는 '5~6일'이 27.74%, '3~4일'이 59.35%, '1~2일'이 12.9%로 나타났고, 아침결식률에서는 거의 '매일 결식'하는 비율이 46.74%, '때때로 결식'하는 비율이 36.13%, '거의 결식을 하지 않는' 비율이 16.13%로 나타나 결식률이 높게 나타났다. 야식횟수는 '일주일에 2~3회'가 43.23%로 가장 높았고, '1회 미만'이 40.65%, '4회 이상'이 16.13%로 나타났고, 식사 소요시간은 '20분 미만'이 42.58%, '20~30분 사이'가 38.06%, '31분 이상'이 19.35%로 나타났다. 운동습관의 규칙성에서는 '규칙적으로 운동을 한다'가 29.7%이고, '운동을 전혀 안한다'가 70.32%로 나타났고, 건강상태에 대한 인식 조사에서는 '건강상태가 좋다'가 47.74%, '그저 그렇다'가 24.52%, '나쁘다'가 27.74%로 나타나 비교적 건강상태가 좋다고 인식하는 대상자가 비교적 높게 나타났다. 식습관에 따른 영양소 섭취량의 차이에서는 일주일에 식사 시간이 규칙적인 날이 많을수록 에너지, 단백질, 지방, 식이섬유소, 칼슘, 인, 철분, 나트륨, 칼륨, 비타민 $B_6$, 나이아신, 비타민C, 엽산, 비타민 E, 콜레스테롤을 유의적으로 많이 섭취하는 것으로 나타났고, 아침 결식 여부에 따른 영양소 섭취량의 차이는 일주일에 아침을 결식하는 날이 많을수록 아침식사를 거의 매일 하는 대상자보다 에너지, 단백질, 지방, 탄수화물, 식이섬유소, 칼슘, 인, 철, 나트륨, 칼륨, 아연, 비타민 A, 비타민 $B_6$, 비타민 C, 엽산, 비타민 E를 유의적으로 더 적게 섭취하는 것으로 나타났다. 일주일간 야식을 먹는 횟수에 대한 영양소 섭취량의 차이에서는 야식을 먹는 횟수가 많을수록 에너지, 단백질, 지방, 식이섬유소, 칼슘, 인, 철분, 칼륨, 비타민 $B_2$, 비타민 $B_6$, 비타민 C, 엽산, 비타민 E, 콜레스테롤을 유의적으로 많이 섭취하였으나 식사 속도에 따른 차이는 나타나지 않았다. 규칙적인 운동습관을 가진 대상자는 그렇지 않은 대상자보다 영양소 섭취량이 약간 높게 나타났으나 유의적인 차이는 나타나지 않았고, 건강상태 인식에 따른 영양소 섭취량의 차이는 나타나지 않았다. 본 조사 대상자의 대부분은 19~29세 여성의 영양권장량에 못 미치는 수준으로 영양소를 섭취하고 있었고, 특히 불규칙적인 식사, 결식, 야식 등의 불규칙적인 식습관을 가진 여대생들의 경우, 그 경우 칼슘, 철분, 아연, 여러 비타민 C 등에서 영양권장량에 70%에도 못 미치는 수준을 나타내어 올바른 식습관을 가질 수 있도록 구체적인 영양교육이 필요할 것이다.

백색잡음가진을 받는 연속체의 진동제어 (Vibration Control of the Continuous System Under White Noise Disturbance)

  • 백종한;허훈
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • 한국소음진동공학회 1994년도 추계학술대회논문집; 한국종합전시장, 18 Nov. 1994
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    • pp.116-120
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    • 1994
  • 최근 항공우주 및 생산자동화 분야의 급격한 발달에 따라 정밀도와 효율성을 향상시키기 위해 저중량, 고강도 구조물이 요구된다. 그러나 경량화 추세로 인해 수반되는 구조물의 유연성 증가로 외력에 대한 구조응답의 진폭이 커지고 구조물의 피로 수명이 단축되어 매우 위험한 상황에 이를 수 있다. 이런 바람직하지 않은 진동현상을 제어하기 위해 여러 제어이론을 응용한 진동억제시스템의 연구가 활발하며, 신소재인 압전재료의 개발로 새로운 방향이 제시되고 있다. 압전재료는 유연한 구조물에 부착되어 압전재료의 수축, 팽창 운동에 의해 발생된 에너지를 부착된 구조물에서의 제어력으로 사용되어, 진동 혹은 자세 및 형상 제어에 활용되고 있다. 압전재료에 대한 연구로는 Crawley, de Luis3가 보의 표면 혹은 내부에 압전세라믹을 부착하여 액튜에이터로 사용하는 경우 집중모멘트를 가하는 역할을 함을 밝혔고, Hanagud, obal은 압전재료를 센서와 액튜에이터로 사용해 복합재료 보에 대한 최적 진동제어 알고리즘을 개발, 그 성능에 대한 효과를 조사하였고 임의의 위치에 부착된 센서 및 액튜에이터를 고려한 복합재료 보의 운동방정식을 유한요소법을 이용 유도하였으며 변위율 피드백(rate feedback)과 모달피드백(modal feedback) 제어기를 적용하여 진동제어 효과를 고찰하였다. 그리고 Tomas, James, Hubbard는 압전필름을 액튜에이터로 사용해 복합재료 보에 Liapunov 제어기와 변위율 피드백 제어기를 사용하여 능동감쇠기를 설계하였고, Lee, Chaing, Sullivan은 압전필름을 센서와 액튜에이터로 사용해 평판에 변위율 피드백 제어기를 적용한 능동감쇠기를 설계하고 실험적으로 수행하였다. Base가 백색잡음가진을 지속적으로 받을 때 보끝의 움직임이 최소가 되도록 제어하고자 연구를 수행 중인 바 그 결과로소 본 논문에서는 적용시켰고 F-P-K 방정식을 이용해 확률영역으로 변환하여 LQR 제어기와 pole allocation 제어기를 시스템에 적용시켜 우수한 특성을 갖음을 제어 시뮬레이션의 결과를 통해 입증하였다.

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