• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권2호
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• pp.31-40
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• 2023

본 연구는 고밀도 지진 관측망 구축 시 지표 가속도 측정 및 조기경보 활용을 위한 효율적 관측소 설치 방법을 수립하기 위하여 테스트베드에 지표, 1m, 2m, 9m 깊이의 임시관측소를 설치하여 상시 잡음, 인공 가진 신호 및 지진 계측 자료의 깊이별 변화를 분석하였다. 연구대상지의 상시 잡음 분석 결과 1s 이하의 단주기 영역은 주변의 인위적 잡음이 우세하였으며, 1s 이상 장주기 영역은 풍속의 변동과 큰 상관성을 보였다. 2차원 지진계 배열을 통한 상시 잡음 진동수-파수(FK) 분석 결과 단주기 상시 잡음은 표면파 보다는 주로 체적파의 형태로 유입되는 것으로 추정된다. 잡음 수준 분석 결과 9m 이하에서는 낮은 수준의 상시 잡음이 관측되었으나, 지표, 1m, 2m 지진계에서는 토사층의 동적 거동에 의해 T < 0.1s에서 잡음의 증폭이 발생하는 것을 확인하였다. 인공 가진실험 및 괴산지진 계측 자료 분석 결과 전반적으로 깊이가 깊어질수록 신호의 크기가 감소함을 확인하였으며, 스펙트럼비 및 응답스펙트럼 분석 결과 지표와 1m에서 3m 깊이 토사층의 고유진동수에 해당하는 20Hz(T=0.05s) 대역의 지반운동이 크게 증폭되는 것으로 나타났다. 본 연구 결과 상시미동과 가진실험을 통해 대상구간의 관측환경을 조사하여 지진계 설치 방법 및 깊이 선정시 활용할 수 있는 것으로 나타났으며, 향후 다수의 지역에서 다양한 환경을 고려한 연구가 진행된다면 관측소 설치 깊이, 설치방법, 환경 조사방법에 대한 가이드라인을 제시하는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.423-446
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• 2023

쉴드 TBM 터널 라이닝은 세그먼트와 링으로 분절되어 있다. 2-링 빔-스프링 모델은 세그먼트 라이닝의 링과 세그먼트의 연결부 경계조건을 통해 불연속성을 고려하며 단면 설계 시 주로 활용하는 모델링 방법이다. 그러나 3차원 해석이 필요한 경우 대체로 Segmentation에 대한 고려 없이 연속체 라이닝으로 간주하여 세그먼트 라이닝에 대한 응력과 변위를 검토하는 경향이 일반적이다. 본 연구는 세그먼트와 링의 접촉면에 Coulomb의 마찰 법칙에 근거한 Shell interface element를 적용하여 세그먼트 간 계면 거동하는 모델링으로 지진 시 세그먼트 라이닝의 응력과 변위에 대한 응답 특성을 연구한다. 세그먼트 라이닝은 건설 과정에서 Ovaling 변형이 발생된다. 국내 세그먼트 라이닝의 Ovaling 변형에 대한 관리 기준은 없다. 스웨덴이나 중국의 경우 내경 7.0 m의 라이닝인 경우 5~10‰의 Ovality 기준을 갖고 있으나 이는 현실적으로 실현하기 어려운 기준치이다. 본 연구는 Shell interface element를 활용한 세그먼트 라이닝 모델링을 통해 지진 시 라이닝에 발생되는 응력과 변위의 특성을 연속체 모델링 결과와 비교하여 Segmentation이 고려된 라이닝의 지진에 대한 응답 특성을 연구하고 이를 통해 세그먼트 라이닝의 Ovality 기준과 의미를 연구한다. 연속체 라이닝과 세그먼트 라이닝의 지진 시 응력과 변위의 분포 양상은 유사하였다. 그러나 응력과 변위의 최댓값은 세그먼트 라이닝과 차이를 보여주었다. Shell로 모델링 된 연속체 라이닝의 지진 시 응력 분포는 3차원 원통형 형상에 연속성을 갖는 응력 분포를 보이지만 세그먼트 라이닝은 분절된 세그먼트 외측으로 응력이 집중되었고 세그먼트와 링의 접촉면이 집중되는 위치에서 가장 큰 응력이 발생되었다. 이러한 단속적이고 국부적 응력 분포는 라이닝의 Ovality가 클수록 지진 시 더욱더 국부적 집중도가 커진다. 응력 분포가 급격하게 커지는 Ovality는 150‰ 정도에서 발생되기 시작했으며 그보다 작은 Ovality 에서는 원형 단면 라이닝에서 발생되는 응력보다 작은 응력이 발생되었다. 그러나 Ovality 150‰는 실제 라이닝에서 실현될 수 없는 비현실적 값이다. 따라서 세그먼트 라이닝의 Ovality는 심도에 따라 증가될 수 있으나 지진 하중에 대한 안정성에는 큰 영향을 미치지 않는다. 그러나 터널의 단면 확보 및 품질관리를 위해서는 Ovality에 대한 계측과 관리가 요구된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.11-18
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• 2007

철도 연변 사면의 활동은 열차 노선의 사용성과 안전성에 상당한 영향을 미치고 있다. 따라서 사면안정 문제는 철도 노선 운용에 있어 큰 관심사항이다. 본 연구에서는 철도연변 사면의 활동이 발생하는 조건에서의 강우정보를 분석하였으며 침투해석과 한계평형해석을 통하여 강우를 고려한 사면의 안정성 분석 기법을 제시하고자 한다. 강우량 분석결과 사면활동이 발생하기까지 누적강우량은 150~500mm 사이에 분포하고 있었고 강우지속시간은 3~24시간으로 나타났다. 분석된 강우량을 바탕으로 무한사면 조건에서의 침투해석과 강체거동 분석을 수행하고 무한사면의 심도는 2m를 가정하였으며 다중의 파괴면은 2m 심도로부터 16.7cm 간격으로 모델링이 되었다. 한계파괴심도인 2m는 안전율이 수렴하는 심도이다. 해석결과 기존의 사면안정성 평가 기준에서 고려하고 있는 우기시 해석조건의 결과보다 현실적인 안전율을 보였다. 또한 누적강우량, 강우지속시간, 안전율을 축으로 하는 3차원 공간상에 안전율 변화 추이를 도시한 결과 강우를 고려한 사면의 안전성 분석 시 일반적으로 고려하는 강우강도 뿐만 아니라 누적강우량(강우지속시간) 또한 고려되어야 할 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.991-995
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• 2005

본 연구에서는 1차원 이송-분산 과정을 연구하고 전단류 흐름 및 분산거동에 있어 Taylor 이론의 핵심이라 할 수 있는 '종방향 이송과 횡방향 확산의 균형'을 기본 개념으로 하여, 이송과 확산을 분리하여 이 두 과정이 순차적으로 발생한다는 가정에 의거한 순차혼합모형을 제시하였다. 본 모형에서는 가상의 하천을 여러 개의 행과 종방향 거리를 길이가 일정한 구획으로 나누어 연속적인 분산과정을 이산적인 형태로 나타낼 수 있게 하고, 횡방향 유속분포에 따라 각 행에 각기 다른 유속을 할당한다. 오염물질은 하폭방향 선오염원으로 원점에 순간주입되며, 주어진 혼합시간 $t_m$ 동안 각 행의 오염물질들이 각자에 할당된 유속을 따라 진행하고 진행이 끝난 후 횡방향 확산이 순간적으로 이루어진다. 횡방향 확산은 횡방향으로 완전하게 일어남을 가정하여, 횡방향 확산이 끝나면 각 열에서의 농도 평균값이 할당된다. 이러한 혼합시간 $t_m$ 동안의 순차적인 이송-확산 과정이 반복되면서 오염물질의 분산이 일어나며, 농도 분포 그래프를 그릴 수 있게 된다. 순차혼합모형을 가상의 직선하천에 적용하여 종분산계수를 유도하였는데, 본 연구에서 유도된 종분산계순식은 Fischer.가 제안한 식과 유사한 형태로 나타남을 알 수 있었다. 본 모형에서 계산된 농도분포 곡선을 해석해와 비교한 결과,두 곡선이 적절히 일치함을 확인할 수 있었으며 해석해와의 비교를 통해 종분산계수 K가 혼합시간 $t_m$과 선형관계임을 확인할 수 있었다. 수심대하폭비에 따라 각기 다른 유속분포에 적용하여 종분산계수 K가 유속편차강도의 제곱에 비례관계에 있음이 밝힐 수 있었다. 수압은 $4.69kg/cm^2$으로 나타났다. 밸브 개폐도가 $100\%$일 때가 밸브를 $60\%$와 $80\%$ 개폐시켰을 때보다 $0.3kg/cm^2,\;0.29kg/cm^2$ 낮게 나타나 밸브를 전체 개방 했을 때 관로내의 수압이 상수설계기준에 적합한 수압을 유지함을 알 수 있다. 상수관로 설계 기준에서는 관로내 수압을 $1.5\~4.0kg/cm^2$으로 나타내고 있는데 $6kg/cm^2$보다 과수압을 나타내는 경우가 $100\%$로 밸브를 개방하였을 때보다 $60\%,\;80\%$ 개방하였을 때가 더 빈번히 발생하고 있으므로 대상지역의 밸브 개폐는 $100\%$ 개방하는 것이 선계기준에 적합한 것으로 나타났다. 밸브 개폐에 따른 수압 변화를 모의한 결과 밸브 개폐도를 적절히 유지하여 필요수량의 확보 및 누수방지대책에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.8R(mm)(r^2=0.84)$로 지수적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 유거수량은 토성별로 양토를 1.0으로 기준할 때 사양토가 0.86으로 가장 작았고, 식양토 1.09, 식토 1.15로 평가되어 침투수에 비해 토성별 차이가 크게 나타났다. 이는 토성이 세립질일 수록 유거수의 저항이 작기 때문으로 생각된다. 경사에 따라서는 경사도가 증가할수록 증가하였으며 $10\% 경사일 때를 기준으로 $Ro(mm)=Ro_{10}{\times}0.797{\times}e^{-0.021s(\%)}$로

• 자원환경지질
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• 제31권1호
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• pp.11-20
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• 1998

카올리나이트에 의한 세슘-137 및 스트론튬-90 흡착에 대한 지하수의 주요 양이온 ($Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $K^+$, $Na^+$ 및 음이온 ($SO_4{^{2-}}$, $HCO_3{^-}$)의 영향을 그리고 pH의 영향을 뱃치실험을 통하여 알아보았다. 세슘 및 스트론튬 흡착에 대한 지하수 양이온들의 농도, 전하, 이온반경사이의 상대적인 영향을 알아보기 위하여 통계적 방법으로 디자인된 3차원적인 Kd 모델링 방법이 시도되었다. 모델링결과 흡착에 미치는 정도는 양이온의 수화반경이 가장 큰 영향을 미치며, 그다음 이온들의 전하, 농도의 순서임이 밝혀졌다. pH변화에 따른 카올리나이트의 제타전위를 측정하고 amphoteric 반응측면에서 Cs, Sr 흡착 특성을 설명하였다. 카올리나이트의 Cs 및 Sr 흡착에 대한 경쟁양이온들의 이온강도가 pH 보다는 더 큰 영향을 미친다. 탄산수소이온의 농도는 스트론튬의 흡착거동에 상당한 영향을 미친다. 이는 탄산수소이온 ($HCO_3{^-}$)의 농도변화에 다른 pH의 변화에 기인하는 것 뿐만아니라, WATWQ4F 프로그램을 이용한 열역학적 계산에 의하면 Strontianite ($SrCO_3$)의 침전에 의한 것으로 해석된다.

• 한국재료학회지
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• 제9권12호
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• pp.1196-1204
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• 1999

(hfac)Cu(vtmos) [$C_{10}H_{13}O_{5}CuF_{6}$Si: 1,1,1,5,5,5-hexafluoro-2,4- pentadionato (vinyltrimethoxysilane) copper (I)] 구리원을 액체분사법으로 공급하여 반응성 스퍼터 증착된 PVD-TiN과 급속열처리 변환된 RTP-TiN 기판상에 구리를 유기금속 화학증착법으로 성장시키고, 증착조건과 기판 종류가 박막의 증착율, 결정구조 및 미세조직, 전기비저항 등에 미치는 영향을 분석하였다. 구리원 유량 0.2ccm에서 증착반응은 Ar 유량 200sccm까지 물질전달 지배과정과 전압 1.0Torr 이상에서 기화기에서의 공급율속을 보였다. 전압 0.6Torr일 때 활성화에너지는 155~225$^{\circ}C$의 표면반응 지배영역에서 12.7~14.1kcal/mol의 값을 나타내었으며, 225$^{\circ}C$ 이상의 기판온도에서는 $H_2$ 첨가에 따른 증착율 개선이 간응한 것으로 판단되었다. 증착층은 기판온도 증가에 따라 3차원 island 양식으로 성장하였으며, 증착초기 구리 핵생성밀도가 큰 RTP-TiN상 증착층이 PVD-TiN상보다 현저한 (111) 우선방위와 낮은 전기비저항값을 나타내었다. 구리박막의 전기비저항은 결정립간 연결성이 양호한 165$^{\circ}C$에서 가장 낮았으며, 증착온도에 따른 박막 미세구조 변화로 인해 그 거동은 3개의 영역으로 구분되어 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권7호
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• pp.455-465
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• 2017

2차원 유속장(flow field)은 하천흐름의 특성을 이해하기 위한 중요한 수리학적 자료 중 하나로서, 수공구조물 위치선정 및 설계, 하천에서의 이송-확산 예측, 하천의 수리학적 거동을 예측하기 위한 중요한 기본 자료로 사용된다. 지금까지 이러한 하천흐름 특성을 예측하기 위해 제한적인 현장조건과 적절한 계측방법, 계측기기의 기술적 한계로 인해 현장실험 보다는 다양한 수치모형을 이용하여 왔다. 하지만 최근에는 계측기기의 발달로 과거보다 정확하고 정밀한 현장계측이 가능하여 졌으며, 현장 계측자료의 질적이고 양적인 수요를 만족시키고 있다. 대표적으로 초음파도플러유속계(ADCPs; Acoustic Doppler Current Profilers)는 유량을 정확하게 측정하는 것으로 유명하며, 2차원 뿐만 아니라 3차원 유속장 등 자세한 유속자료를 제공한다. 하지만 이러한 측정 능력에도 불구하고, ADCP를 활용한 유속 측정은 주로 횡단면 측정을 기본으로 수행하기 때문에, 수치모형의 결과와 같이 높은 밀도의 유속장을 얻기 위해서 공간보간기법이 활용되고 있다. 하지만 만곡이 존재하는 자연하천은 하도형상에 따라 유속이 지속적으로 변화하기 때문에 일반적인 공간보간기법을 적용하기 어렵다. 즉, 자연하천의 만곡에 따른 비등방성을 고려하지 않는다면, 역거리가중법(IDW)과 크리깅(Kriging)과 같은 일반적인 공간보간기법으로는 잘못된 결과를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고자 만곡이 존재하는 사행하천을 대상으로 방향성을 고려하기 위한 곡선좌표계와 비등방성을 고려하기 위한 비등방적 참조범위를 적용한 공간보간기법을 개발하였다. 본 연구에서 제시한 기법을 한국건설기술연구원 하천실험센터에 존재하는 3개의 사행수로가 포함된 실규모의 실험수로를 대상으로 적용한 결과, 평균제곱근오차와 상관계수는 기존의 공간보간기법과 비교하여 각각 41.5% 감소, 40.0%가 증가하여 정확성과 상관성이 개선되었다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제6권2호
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• pp.100-107
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• 2018

초고강도 섬유보강 콘크리트 50M 합성 박스거더에 대한 재료적 비선형 및 기하학적 비선형 유한요소해석이 수행되었다. 인장과 압축구역에서 구성방정식을 실험에 근거하여 모델링하였다. 비선형 유한요소해석의 정확성은 UHPFRC 50M 합성거더의 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 1.5% 체적대비 섬유혼입률, 135MPa 압축강도 및 18MPa 휨인장강도 특성을 가진 UHPFRC 50M 합성거더에 대한 휨실험이 수행되었다. 포스트텐션힘으로 결합된 UHPFRC 합성거더는 3개의 UHPFRC 분절 U거더와 고강도 철근콘크리트 슬래브로 구성되었다. Midas FEA를 사용하여 UHPFRC 거더 부분은 8개 절점을 가진 3차원 6면체 모델링을 하였고, 철근와 강연선은 2개 절점을 가진 선형 요소로 모델링하였다. Total strain crack 모델에 기반을 둔 압축 및 인장 다중 선형모델을 사용하여 구성방정식을 설정하였고 균열은 smeared crack model로 구성하였다. 철근과 강연선의 비선형성은 Von Mises 규준을 적용하였다. 비선형 정적해석은 Newton-Rhapson 기법의 수렴치를 사용한 점진적 반복기법을 사용하여 해를 수행하였다. 유한요소해석은 하중-변위관계, 중립축 변화관계 및 균열양상에 대하여 실험 결과와 수치 해석 결과를 비교하여 검증하였다. 하중-변위 관계는 실험 결과와 비교해볼 때 매우 정확한 결과를 보여주고 있다. 본 논문에서 수행한 비선형 유한요소해석법은 철근보강 포스트텐션닝 초고강도 섬유보강 합성 박스거더의 휨거동 해석에 만족한 결과를 보여주고 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권6호
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• pp.649-656
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• 2011

자동차용 리튬이온전지(lithium-ion batteries)의 성능향상 및 효과적인 셀 설계를 위한 준 2 차원 (pseudo-2-dimension) 해석 모델을 개발하였다. 전지 내부에 리튬, 리튬이온, 전자의 거동 및 계면에서 전해질과 활물질의 리튬이온 농도와 전기적 포텐셜 차이에 의한 전기화학 반응량 등을 계산할 수 있는 $Newman^{(1,2)}$ 모델을 기반에 변수 추정을 위한 최적화 기능을 추가하였다. 이 전기화학모델을 이용해 설계 변수, 재료의 물성 값 등의 의한 충/방전 특성을 계산할 수 있으며, 위치와 시간에 따른 전위, 농도, 생성전류량 등을 알 수 있다. 역으로 최적화 기능을 이용하여 실험에서 얻은 충/방전 곡선과 계산 값의 오차를 최소화하는 방법으로 측정이 어려운 물성값 추정이 가능하며 이를 이용하여 셀 성능 열화에 영향을 주는 변수 및 열화도를 예측할 수 있다. SB 리모티브에서 측정된 열화 과정의 방전 곡선들을 이용하여 최적화 해석을 수행하여 전지의 반복수명열화가 음극 및 양극활물질의 반응면적 및 전해질에 확산계수의 열화에 의한 것임을 알 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.38-46
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• 2014

기존의 많은 연구자들이 철근과 콘크리트 사이의 부착특성에 영향을 주는 다양한 변수에 대하여 연구해왔으며, 특히 최근에는 고강도철근의 등장과 더불어 부착강도의 증진을 위한 연구가 다수 진행 중이다. 철근과 콘크리트 사이의 부착특성은 두 이질재료 사이의 계면조건이 중요한 역할을 하게 되는데, 이 중에서 특히 철근의 마디형상은 계면조건에 가장 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 철근과 콘크리트 사이의 부착거동을 분석할 수 있는 상용 비선형 유한요소프로그램을 사용하여 철근의 마디형상에 따른 부착특성에 대하여 연구하였다. 해석에 사용된 부착모델은 2차원 평면응력요소를 사용하였으며, 주요 해석변수로는 마디각, 마디높이, 마디간격 및 마디면적비이다. 해석결과, 마디각은 30~60도인 범위에서 부착력이 우수한 것으로 나타났으며, 마디높이는 일정구간까지는 부착강도가 증가하나 철근직경의 12%를 초과하면 전단파괴를 유발하여 오히려 부착강도가 감소되고, 마디간격에 대한 효과는 상대적으로 크지 않은 것으로 나타났다. 마디의 높이와 간격을 하나의 지표로 제시할 수 있는 마디면적비는 부착강도의 변화를 효과적으로 나타낼 수 있는 것으로 분석되었으며, 마디면적비는 0.15 이하에서 최대의 효율을 나타내는 것으로 분석되었다. 특히 대형마디(교차마디형상)를 가진 철근인 경우, 타 변수보다 우수한 효율을 나타내어 부착강도 증진효과가 커지는 것으로 평가되었다.