• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.421-427
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• 2014

현실세계의 구조물은 대부분 동하중의 영향을 받고 있지만, 구조해석이나 구조 최적화를 수행할 때는 정하중이 작용하는 것으로 가정한다. 실제 하중인 동하중을 고려하게 되면 다양한 하중들을 고려해야 하기 때문에 전산자원과 시간비용 측면에서 많은 제약이 따르기 때문이다. 그러나, 단순한 정하중 조건만을 고려하면 구조안전성 측면에서 바람직하지 못하기 때문에 가중치를 적용하거나 동하중을 대체하는 등가정하중을 적용하여 관련 문제를 보완하려는 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 등가정하중을 적용하여 동하중을 받고 있는 구조물에 대한 구조최적화 기법을 제안한다. 본 연구에서 적용하는 등가정하중은 기존 연구에서 제안한 바 있는 주자유도를 기반으로 하여 등가정하중 부과 위치를 결정하고 최적화 과정을 통해 산출한다. 이 과정에서 지나치게 큰 하중이 구해지지 않도록 가중치를 고려한 구속조건을 추가하여 기존 연구의 등가정하중의 최적화 과정을 보완하였다. 수치예제에서는 동하중이 작용하는 트러스 구조물과 평판 구조물에서 최적화된 등가정하중을 적용하여 사이즈 최적화를 수행함으로써 제안된 최적화 기법의 신뢰성을 검증한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권12호
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• pp.829-838
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• 2022

본 연구에서는 다양한 형상의 우주 물체와 우주 구조물 사이의 충돌 각도를 고려한 초고속 충돌(Hypervelocity impact) 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 비선형 구조 동역학 전산 해석 프로그램인 LS-DYNA의 완화 입자 유동법(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)을 사용하여 초고속 충돌 현상을 묘사하였으며, 금속 재료의 비선형 거동을 구현하기 위하여 Mie-Grüneisen의 상태 방정식과 Johnson-Cook의 재료 모델을 사용하였다. 구, 정육면체, 원기둥 및 원뿔 형상의 다양한 형상의 우주 물체를 이용하였으며, 우주 구조물은 알루미늄 평판(200 mm×200 mm×2 mm)으로 모델링되었다. 우주 물체가 우주 구조물 대비 4.119 km/s의 상대 속도로 충돌하는 시뮬레이션을 수행하여 동일 질량을 갖는 다양한 형상의 우주 물체와 우주 구조물 사이의 0°, 30° 및 45°의 충돌 각도를 고려하였을 시 초고속 충돌에 의하여 발생되는 파편운(debris cloud) 형상을 분석하였다. 동일한 운동 에너지를 갖는 우주 물체는 형상의 차이로 인해 모두 다른 파편운이 형성되었다. 더불어 충돌 각도의 증가에 따라 파편운의 크기가 줄어드는 경향을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제21권2호
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• pp.150-159
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• 2002

광대역 소음저감을 위한 압전지능패널에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 압전지능패널은 기본적으로 압전재료를 부착한 평판구조물에 션트회로를 연결하고 흡음재들을 부가한 구조물이다. 압전감쇠와 수동적 특성을 혼용하여 중 주파수영역에서 흡음재의 수동적 특성을 이용하고 저주파수 영역의 공진주파수에서는 압전감쇠를 적용하여 소음저감시키는 개념이다. 저주파수 공진에서의 소음저감을 위하여 측정한 전기적 임피던스 모델을 이용하는 압전감쇠를 적용하였다. 압전감쇠를 위한 공진 션트회로는 직렬로 연결된 저항과 인덕터로 구성되었으며, 저항과 인덕터는 회로에서 소산되는 에너지가 최대가 될 수 있는 값으로 최적설계하였다. 압전지능패널의 전달소음저감 성능은 음향터널을 사용하여 실험을 수행하였다. 음향터널은 사각단면 형태이며 소음원으로 터널의 한 쪽 끝에 스피커가 설치되었다. 패널들을 터널의 중앙에 설치하여 투과 음압을 측정하였다. 흡음재와 공기층을 갖는 압전이중지능패널은 수동적 특성에 의해 저주파수 영역의 공진주파수를 제외한 중주파수 영역에서 뚜렷한 소음저감 효과를 나타내었다. 압전감쇠를 통하여, 공진주파수에서의 좋은 소음저감을 얻었다. 압전감쇠와 수동적 방법을 혼용하는 압전지능 패널은 넓은 주파수 영역에서의 소음저감을 위한 유망한 기술이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.375-387
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• 2004

팻취 보강된 철근콘크리트 구조물 해석을 위한 p-version 비선형 유한요소 모델이 제시되었다. 이방성 적층평판이론에 기초를 둔 제안된 모델은 Total Lagrangian기법에 기초한 von Karman의 대변형-소변형률 이론과 증분소성이론(incremental theory of plasticity)을 적용하였다. 콘크리트의 경화법칙(hardening rule)과 그에 따른 파괴기준을 고려하고, 단부 계면 층분리 모델(plate-end interfacial debonding model) 즉, 보강판 끝 부분에서의 콘크리트 탈락에 대한 기준으로서 Oehlers Model과 Raoof and Zhang Model을 사용하였다. 콘크리트는 두께 방향으로 층상화기법(layered model)이 이용되며, 철근과 보강판은 환산층(smeared reinforcing layer)으로 계산되도록 하였다 적분형 르장드르 다항식이 형상함수로 사용되며, 절점에서의 응력값 산출을 위해 Gauss Lobatto 수치적분법을 사용하였다. 본 연구의 목적은 p-version 유한요소법을 사용하여 RC구조물에 대한 수피해의 정확도 및 모델의 단순성을 높인 수 있도록 하였다. 따라서, 철근과 콘크리트모델에 대한 이론적 근거는 기존의 연구문헌에 근거를 두었으며, 수치해석의 적정성은 팻취 보강된 RC보와 슬래브에 대한 문헌의 실험치 및 해석치와 비교 분석되었다.

• 비파괴검사학회지
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• 제29권4호
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• pp.323-330
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• 2009

본 연구의 목적은 전기 저항 측정을 통한 탄소 섬유 강화 복합재의 파손 감지를 위한 효과적인 방법을 개발하는 것이다. 이를 위하여 복합재 적층판에 특정 파손을 인위적으로 모사하고 전기 저항의 변화와 모사된 파손과의 관계를 정립하려 하였다. 많은 량의 측정치를 효과적으로 처리하기 위하여 자동화된 측정 시스템을 개발하였다. 전기 저항 측정을 위하여 시편 표면에 전극을 제작하는 방법을 개발하였다. 쿠폰과 평판형태의 탄소 섬유 강화 복합재 적층 시편에 인위적인 파손을 부과하고 전기 저항을 측정하고 그 결과를 후처리하는 과정으로 파손을 검출하였다. 쿠폰 형태의 시편은 제작시에 다양한 크기의 테플론 필름을 삽입하여 층간 분리를 모사하였다. 전기 저항 측정 결과 층간 분리 크기가 증가함에 따라 전기 저항도 증가하는 경향을 보였으며, 이를 통해 층간 분리의 존재와 그 크기를 검출할 수 있음을 보였다. 평판 시편은 초기에는 인위적인 파손 없이 제작하여 전기저항을 측정하고, 이후 특정 위치에 원공을 뚫고 원공의 직경을 증가시켜 가며 전기저항의 변화를 관찰하였다. 실험에 사용한 평판은 각 변에 6개의 전극을 설치하여 총 24개의 전극을 갖도록 하였으며 수직, 수평, 대각선 방향의 전극간의 전기 저항을 측정하였다. 측정 결과는 탄소 섬유 강화 복합재 구조물의 파손 검출을 위하여 전기 저항 측정법의 가능성을 보였다.

• 한국음향학회지
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• 제33권3호
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• pp.191-199
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• 2014

파이프, 평판과 같이 단면의 형상이 길이 방향으로 일정한 도파관 구조물을 따라 전파되는 진동의 반사 및 투과 특성은 여러 공학 분야에서 응용되는 중요한 주제이다. 도파관에 조인트 또는 균열 등의 국부적 불연속이 있는 경우, 스펙트럴 요소(spectral element)와 유한 요소(finite elment)를 결합한 SE/FE 방법이 주로 사용되고 있다. 그러나 이 방법은 보 이론에 기반한 스펙트럴 요소가 사용되므로 저주파수 대역 해석에 국한되는 단점이 있다. 고주파수 대역 해석에는 스펙트럴 수퍼 요소(spectral super element)와 유한 요소를 결합한 SSE/FE 방법이 제안되었으나 유한요소와 스펙트럼 요소의 연성으로 인해 많은 연산 시간이 요구된다. 이러한 문제점을 개선하고자, 본 연구에서는 국부적 불연속 구간의 단면이 일정한 경우에 대해 국부적 불연속 구간을 스펙트럴 수퍼 요소로 대체한 SSE/SSE 연성 해석을 시도하였다. 적용 모델로는 국부적 결함을 가진 레일의 파동 반사 및 투과, 그리고 주기적 보강재를 가진 평판의 진동전파에 대해 적용하였다. 결함을 가진 레일의 해석 예를 통해, 본 논문에서 사용한 SSE/SSE 방법과 기존의 SSE/FE 방법의 성능을 비교하였다. 보강재를 가진 평판의 예를 통해서는 반복 구조를 가진 도파관의 파동 전파 특성 해석에 SSE/SSE 방법이 유용함을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제2권2호
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• pp.49-56
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• 2001

저주파공진에서의 소음저감을 위한 압전단일패널에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 압전단일패널은 압전재료를 평판 구조물에 부착하고, 션트회로를 압전재료에 연결한 구조물이다. 구조물의 저주파공진에서의 전달 소음저감을 위하여 압전감쇠를 이용하였다. 압전감쇠의 파라메터 튜닝은 제안한 새로운 방법을 적용하였다. 이 방법은 전기적 임피던스모델을 기초로 하여 공진회로에서 에너지 소산이 최대가 되도록 하는 방법으로 구조물에 부착된 압전재료에서 전기적 임피던스를 측정하여 시스템의 공진주파수 근처에서 등가 전기 회로를 구성하였다. 압전감쇠를 위한 공진션트 회로는 직렬로 연결된 저항과 인덕터로 구성되었으며, 저항과 인덕터는 회로에서 소산되는 에너지가 최대가 될 수 있는 값으로 최적설계 하였다. 압전단일패널의 전달 소음저감성능은 음향터널을 이용하여 실험을 수행하였다. 음향터널은 사각단면이며 소음 원으로 터널의 한 쪽 끝에 스피커가 설치되었다. 패널은 터널의 중앙에 설치하여 투과 음압을 측정하였다. 압전감쇠를 통하여, 공진주파수에서의 좋은 소음 저감을 얻었다. 압전감쇠를 이용한 압전단일패널은 간단하고 경계적인 측면에서 소음 저감을 위한 유망한 기술이다.

• 비파괴검사학회지
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• 제29권2호
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• pp.122-129
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• 2009

유도초음파 검사는 구조물의 장거리 탐상 적용 가능성으로 인해 최근 많은 주목을 받고 있다. 이러한 유도초음파를 이용한 비파괴검사에 있어서 탐상 성능은 검사시 이용하는 유도초음파 모드에 많은 영향을 받기 때문에 탐상 목적에 맞는 적절한 모드를 선택하는 것이 매우 중요하다. 판형 구조물 검사의 경우, 현재까지 램파가 주로 이용되어 왔고 SH파의 응용은 상대적으로 적었다. SH파의 장점에도 불구하고 응용 빈도가 적은 것은 무엇보다도 성능이 검증되면서 사용이 용이한 트랜스듀서가 부족한 데 주 원인이 있다. 본 연구에서는 자기변형 현상을 이용한 새로운 소형 SH파 유도초음파 트랜스듀서 모듈을 제안하고자 한다. 기존의 SH파용 자기변형 트랜스듀서가 패치를 구조물에 접착제로 부착해서 사용해야하는 점으로 인해 많은 불편을 초래한 데 비해, 제안한 트랜스듀서는 모듈로 제작되어 전단커플런트와 함께 이용할 수 있으므로 현장에서 신속하고 편리하게 적용이 가능하다. 개발된 트랜스듀서 모듈의 SH파 변환 기전과 구조를 설명하였으며, 이를 이용한 유도초음파 전파 시험을 통해 제안한 트랜스듀서 모듈의 성능 및 응용가능성을 확인하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제34권2호
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• pp.165-170
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• 2014

수평횡파(SH-wave)는 배관과 같은 박판 구조물에서 판파 모드로 전파하고 분산성이 단순하여 구조물의 건전성 평가에 유용하다. 전자기초음파탐촉자(EMAT)는 비접촉식으로 자석과 코일 배열을 조절하여 수평횡파를 발생하기 용이하다. 따라서 수평횡파 전자기초음파탐촉자(SH-EMAT)를 이용한 자동화 검사 시스템은 박판 구조물 건전성 감시에 매우 유용하다. 하지만 발전설비 또는 자동화 장비 등에서는 전자기노이즈가 상당히 많이 발생하고 EMAT 수신 센서는 전자기노이즈에 취약한 면이 있다. 광섬유 센서는 빛을 이용하여 전자기노이즈 환경에서 매우 유용하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 환경적 제약을 고려하여 광섬유 패브리-페롯 간섭계(FFPI)를 SH-EMAT으로 발생되는 초음파의 수신용 센서로 제안하였다. 평판시험편에서 SH-EMAT의 신호를 FFPI 센서를 이용하여 수신하고 이 신호에 대한 분석을 하였다. 제안된 FFPI 센서가 EMAT으로 가진된 SH wave의 신호를 명료하게 수신할 수 있음을 확인하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제29권8호
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• pp.887-895
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• 2012

Lamb waves have received a great attention in the structural health monitoring (SHM) societies because they can propagate over relatively large distances in wave guides such as thin plates and shells. The time-of-flights of Lamb waves can be used to detect damages in a wave guide. However, due to the inherent dispersive and multi-mode characteristics of Lamb waves, one must decompose the Lamb wave modes into the symmetric and anti-symmetric modes for SHM applications. Thus, this paper proposes a decomposition method for the two-mode Lamb waves based on two rules: the group velocity ratio rule and the mode amplitude ratio rule. The group velocity ratio rule means that the ratio of the group velocities of fundamental symmetric and anti-symmetric modes is constant, while the mode amplitude ratio rule means that the magnitude of the fundamental symmetric modes of all measured response signals should be always larger than those of the anti-symmetric mode once the input signal is applied so that the magnitude of fundamental symmetric mode of excited Lamb-wave is larger than that of anti-symmetric mode, and vice versa. The proposed method is verified through the experiments ducted for an aluminum plate specimen.