• 지질공학
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• 제31권2호
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• pp.149-163
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• 2021

특성이 서로 다른 화강암, 대리암 그리고 사암에 대하여 일축압축시험과 반복재하시험을 실시하여 암석의 손상특성을 분석하였다. 일축압축시험으로 암석들의 강도, 탄성상수 그리고 손상기준응력을 결정하였고 이를 반복재하시험의 결과와 비교하였다. 반복재하시험으로 측정된 암석들의 평균 강도는 일축압축시험으로 측정된 값보다 약간 작거나 유사였다. 특히 강도가 높고 공극률이 낮은 암석들이 공극률이 매우 큰 연약한 암석들에 비해 반복하중에 의한 피로현상에 더 민감하였다. 반복 재하-제하 과정에서 발생되는 암석의 영구변형률은 암종에 따라 약간의 차이는 있으나 암석의 손상상태를 파악할 수 있는 유용한 도구로 활용할 수 있다는 것을 확인하였다. 특히 응력-누적영구변형률 곡선은 화강암과 대리암에 대하여 균열손상응력을 추정할 수 있는 가능성을 보여주었다. 시험과정에 미소파괴음을 측정하여 암석의 손상상태를 판단할 수 있는 펠리시티 비를 계산하였다. 공극이 매우 많고 연약한 사암은 미소파괴음의 방출이 매우 미약하여서 펠리시티 비의 계산에 어려움이 있었다. 반면 공극이 적고 취성의 특성을 보이는 화강암과 대리임의 경우 반복재하단계에서 계산된 펠리시티 비를 통하여 암석의 균열손상응력을 추정할 수 있는 가능성을 보여주었다. 향후 더 많은 시료와 다양한 종류의 암석을 대상으로 추가적인 시험을 진행하여 공통적인 결과를 도출한다면 유사한 조건을 갖는 암반의 손상과 변형 거동을 파악하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.93-100
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• 2022

본 논문에서는 한국의 서남해상에 건설예정인 해상풍력발전타워의 지지구조물로 고려되고 있는 세발구조와 자켓구조의 선박충돌 거동을 비선형동적해석을 통하여 비교·분석하였다. 이 구조물은 3MW용량의 풍력타워를 지지하기 위하여 설계되었다. 두 지지구조는 쉘요소를 이용하여 비선형 거동을 고려할 수 있도록 모델링하였고, 발전기를 포함하는 상부의 타워구조물은 탄성재료를 이용하여 보요소와 집중질량으로 모델링하였다. 전체 질량은 세발구조가 자켓구조에 비하여 약 1.66배 정도였다. 바지선과 상선을 충돌선박으로 선정하여 모델링하였다. 조수차의 조건을 고려하여 충돌선박의 충돌위치를 평균해수면의 상하로 3.5m변동하는 것으로 고려하였다. 또한 각 선박의 최소충돌속도(=2.6m/s)에서의 충돌에너지를 각각 4배까지 증가시키면서 충돌거동을 산정하였다. 해석결과 지지구조 충돌부위의 강성이 클수록 선박의 소성에너지 소산량이 상대적으로 증가하였다. 충돌조건에 따라 풍력타워의 변형은 진동에서 붕괴까지 발생하였다. 세발구조가 자켓구조에 비하여 큰 충돌저항력을 보였다. 이는 중앙부에 강성이 집중된 구조적 특성과 상대적으로 많은 강재의 사용량에 기인한 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권2호
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• pp.28-36
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• 2022

매립지 위에 건설되는 항만시설물은 바람(태풍), 파랑, 선박과의 충돌 등 극한 외부 하중에 노출되기 때문에 구조물의 안전성 및 사용성을 주기적으로 평가하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 항만 계류시설에 설치된 방충설비의 유지관리를 위하여 비전 및 딥러닝 기반의 방충설비 세분화(segmentation) 시스템을 개발하였다. 방충설비 세분화를 위하여 인코더-디코더 형식과 인간 시각체계의 편심 기능에서 영감을 얻은 수용 영역 블록(Receptive field block) 기반의 합성곱 모듈을 DenseNet 형식으로 개선하는 딥러닝 네트워크를 제안하였다. 네트워크 훈련을 위해 BP형, V형, 원통형, 타이어형 등 다양한 형태의 방충설비 영상을 수집하였으며, 탄성 변형, 좌우 반전, 색상 변환 및 기하학적 변환을 통해 영상을 증강시킨 다음 제안한 딥러닝 네트워크를 학습하였다. 기존의 세분화 모델인 VGG16-Unet과 비교하여 제안한 모델의 세분화 성능을 검증하였으며, 그 결과 본 시스템이 IoU 84%, 조화평균 90% 이상으로 정밀하게 실시간으로 세분화할 수 있음을 확인하였다. 제안한 방충설비 세분화 시스템의 현장적용 가능성을 검증하기 위하여 국내 항만 시설물에서 촬영된 영상을 기반으로 학습을 수행하였으며, 그 결과 기존 세분화 모델과 비교하였을 때 우수한 성능을 보이며 정밀하게 방충설비를 감지하는 것을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.494-507
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• 2021

TBM의 활용이 증가하면서 최근 국내에서도 머신러닝 기법으로 TBM 데이터를 분석하여 TBM 전방의 지반을 예측하고 디스크커터의 교환주기 예측 및 굴진율을 예측하는 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 TBM 굴진 시 기계 데이터를 대상으로 전통적 암반에 대한 분류 기법과 최근에 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 머신러닝 기법들을 접목하여 슬러리 쉴드 TBM 현장의 암반 특성에 대한 분류 예측을 하였다. 암반 특성 분류 기준 항목을 RQD, 일축압축강도, 탄성파속도로 설정하고 항목별 암반상태를 클래스 0(양호),1(보통),2(불량)의 3개 클래스로 구분한 다음, 6개의 분류 알고리즘에 대한 기계학습을 수행하였다. 그 결과, 앙상블 계열의 모델이 좋은 성능을 보여주었고 특히 학습성능과 더불어 학습속도에서 우수한 결과를 보인 LigthtGBM 모델이 대상 현장 지반에서 최적인 것으로 나타났다. 본 연구에서 설정한 3가지 암반 특성에 대한 분류 모델을 활용하면 지반정보가 제공되지 않은 구간에 대한 암반 상태를 제공할 수 있어 굴착작업 시 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권12호
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• pp.19-28
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• 2022

벽체 배면에 발생한 공동은 벽체의 안정성에 악영향을 줄 수 있다. 본 연구의 목적은 실내 실험을 통해 콘크리트 벽체 배면에 발생한 공동을 마이크로폰을 이용하여 평가하는 방법을 개발하는 것이다. 철근이 매설된 콘크리트 판과 건조토를 이용하여 콘크리트 벽체 구조물과 배면의 흙을 모사하였으며, 속이 빈 반구형 플라스틱 통을 콘크리트 판과 건조토 사이에 설치하여 벽체 배면의 공동을 모사하였다. 누설 탄성 표면파는 해머로 콘크리트 판을 타격하여 발생시켰으며, 마이크로폰을 이용하여 측정하였다. 획득한 마이크로폰 신호의 고유주파수를 분석하여 공동이 존재하는 구역을 평가하였다. 공동이 존재하는 구역에서는 콘크리트 판의 굽힘 진동 거동에 의하여 1차 고유주파수가 감소하였다. 또한 1차 고유주파수에 해당하는 진폭은 공동에서 멀어질수록 감소하였으며, 철근에 인접한 측점에서는 더 큰 감소폭을 보였다. 본 연구는 마이크로폰이 콘크리트 벽체 배면에 발생한 공동의 위치를 평가하기 위해 유용하게 이용될 수 있음을 보여준다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권9호
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• pp.45-59
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• 2006

탄소성 구성방정식은 주로 미분방적식(rate equation)으로 이루어져 있기 때문에 유한요소법 등을 이용한 지반구조물 해석시 미분방정식들에 대한 수치적분을 수행할 수 있는 방법이 필요하다. 구조물의 거동을 해석할시 미분방정식들을 위한 적분방법은 해석결과의 정확성과 유한요소법 모델링의 안전성에 큰 영향을 미치고 있다. 본 논문에서는 최근에 개발되어 사용되고 있는 흙에 관한 구성모델인 "Two-surface soil plasticity model (Manzari and Dafalias 1997)"을 Implicit return-mapping 수치적분방법을 이용하여 실행하는 과정을 제시한다. 본 연구에서 사용된 수치적분방법은 Closest-Point-Projection Method(CPPM) 방법으로 탄성 예측자-소성 교정자(elastic predictor-plastic corrector) 개념을 Implicit Backward Euler방법으로 체계화 시킨 알고리듬이다. 본 연구에서 수행한 "Two-surface soil plasticity model"은 조립토의 비선형거동을 해석하며, Bounding surface 개념 및 비선형 등방경화와 이동경화법칙을 사용하는 모델이다. 본 연구는 CPPM 방법이 정확하고 안정되며 유용한 수치적분을 수행할 수 있는 알고리듬이라는 것을 제시한다. 또한, CPPM 알고리듬은 구성방정식의 해를 반복적으로 해석하는 동안 "Consistent tangent operator $d{\sigma}/d{\varepsilon}$"를 제공하므로, 비선형 유한요소 해석이 2차(quadratic convergence rate)의 수렴 조건을 만족하는데 기여한다는 것을 보여준다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권7호
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• pp.5-16
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• 2008

국내에서는 대부분의 도로터널이 병설터널로 건설되어 왔다. 그러나 이러한 병설터널을 건설할 때 충분한 터널 간 이격거리를 확보하지 못한다면 터널의 안정성에 문제가 될 수 있다. 근접 병설터널의 적정 이격거리에 대하여 일반적으로 지반이 완전 탄성체일 경우에는 터널 간 중심 간격이 굴착 직경(D)의 2배, 지반이 연약 지층인 경우 5배 이상으로 하면 터널 상호간에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 균일재료를 사용하여 근접 병설터널에 대한 축소 모형실험을 수행하고 굴착과정 중에 터널 주변에서 발생하는 변위를 측정하였다. 터널 간 이격거리가 근접터널의 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 실험 결과는 터널 굴착과정과 파괴 단계에서 발생된 변위 벡터와 균열양상으로 표현하였다. 터널 굴착과정 중 천단부에서 발생하는 변위를 분석하여보면, 후행터널 굴착으로 추가적으로 선행터널에서 발생하는 변위는 터널 간 중심 간격이 터널직경의 두 배(2.0D)까지는 이격거리가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보인다. 그러나 중심 간격이 2.0D를 넘으면 추가변위는 발생하지 않았다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2A호
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• pp.363-370
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• 2006

프리스트레스 긴장재에 현재 작용하고 있는 응력을 계측하는 방법으로서 고저항 전도체의 전기기계적 상관작용을 이용하는 방법을 제안했다. 사용 고저항 전도체를 선택하기 위해 탄소섬유와 금속계 열선의 특성을 일반적인 응력제어와는 달리 변형률제어를 통해 실험적으로 연구했다. 탄소섬유의 경우 변형 초기에는 일반적으로 알려진 포물선 형태의 상관관계를 보였으나 재하-제하시 상관관계의 기울기가 일정하지 않아서 본 목적에는 부합하는 않는 것으로 확인되었다. 금속계 열선은 거의 전 구간에서 탄성 재하, 제하 및 재재하시 일정한 선형 상관계수를 보여 본 목적에 매우 적합한 것으로 확인되었다. 금속계열선의 전기기계적 상관관계를 예측하기 위해 완전소성론에 기초한 간단한 식을 제안하였다. 또한 금속계 열선을 이용한 긴장력 측정이 가능한 긴장재를 최초로 제안했다. 본 연구의 부수적인 결과로서 함침되지 않은 탄소섬유의 경우, 특정 변형률 이후 추가 변형에 대해 거의 선형적인 전기기계적 상관관계를 갖는 새로운 경향을 발견했다.

• 자원환경지질
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• 제57권2호
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• pp.253-261
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• 2024

감람석은 강한 고유 탄성 이방성을 가진 상부 맨틀의 주요 광물이기 때문에 맨틀에서 발생하는 대부분의 지진파 비등방성은 감람석의 격자선호방향에서 직접적으로 기인한다. 그러나 압쇄암의 미구조가 지진파 비등방성에 미치는 영향에 대한 이해는 아직 잘 알려져 있지 않으며, 국내의 압쇄암화된 페리도타이트 암괴에서 직접적으로 추론한 지진파 비등방성 연구는 전무하다. 따라서 본 연구에서는 맨틀 전단대 내의 감람석의 변형 미구조와 격자선호방향을 소개하고, 이들의 변형 정도(원압쇄암, 압쇄암, 초압쇄암)와 격자선호방향 결과에 따른 지진파 비등방성의 특성을 계산하고 이들의 상관관계를 파악해보았다. 그 결과, 초압쇄암의 감람석 격자선호방향에서 기인한 지진파 비등방성은 가장 약하게 나타났고, 원압쇄암의 감람석 격자선호방향에서 기인한 지진파 비등방성은 가장 강하게 나타났다. 이러한 결과는 감람석의 격자선호방향의 패턴과는 관계없이 격자선호방향의 배열 강도(J-index)가 감소함에 따라 지진파 비등방성이 점차 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 모든 샘플에서 공통적으로 빠른 S파의 편파방향이 선구조와 아평행하게 배열하는 것을 보여 주었다. 따라서 유구 페리도타이트 내 감람석에서 기인한 지진파 비등방성은 격자선호방향의 타입보다 배열 강도에 의해 지배된다고 설명할 수 있다. 이러한 서로 대조되는 지진파 비등방성의 특성을 잘 고려하면, 경기육괴 유구 지역의 맨틀의 내부 구조와 지진파 자료를 비교하고 해석하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국주조공학회지
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• 제44권4호
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• pp.97-102
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• 2024

본 연구는 부분적으로 비정질 구조와 특성을 가진 Zr-14Cu-7.5Ni-2.6Al 광폭 리본의 특성을 Hall effect, SEM-EDX, XRD 등을 사용하여 분석하였다. 멜트 스피닝 방법으로 제작된 이 Zr-14Cu-7.5Ni-2.6Al 기반 합금 리본은 두께가 96㎛ 이하이고 폭이 100mm이다. 인장강도 l,641MPa, 항복강도 l,541MPa, 연신율 1%, 탄성계수 98GPa의 성능을 나타냈다. Bulk concentration, Resistivity, Mobility 값은 일반적인 heavy doping 세라믹과 금속의 중간값을 보이고 일반 금속보다 약 100배 정도 약하여 Si에 근접하며 전기 전도도가 좋은 편이다. 또한, 극한 온도에서의 폴딩 테스트를 수행하여 -20℃에서 150,000회, 24℃에서 300,000회, 60℃에서 150,000회를 견디며 폴딩 불량이 나타나지 않았다. 이 결과는 Zr-14Cu-7.5Ni-2.6Al 광폭리본 합금의 우수한 내구성과 신뢰성을 보여주며, 이러한 합금을 사용한 전자 제품의 개발 가능성을 시사한다.