• Structural Engineering and Mechanics
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• 제54권6호
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• pp.1153-1174
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• 2015

Deployable structures have gained more and more applications in space and civil structures, while it takes a large amount of computational resources to analyze this kind of multibody systems using common analysis methods. This paper presents a new approach for dynamic analysis of multibody systems consisting of both rigid bars and arbitrarily shaped rigid bodies. The bars and rigid bodies are connected through their nodes by ideal pin joints, which are usually fundamental components of deployable structures. Utilizing the Moore-Penrose generalized inverse matrix, equations of motion and constraint equations of the bars and rigid bodies are formulated with nodal Cartesian coordinates as unknowns. Based on the constraint equations, the nodal displacements are expressed as linear combination of the independent modes of the rigid body displacements, i.e., the null space orthogonal basis of the constraint matrix. The proposed method has less unknowns and a simple formulation compared with common multibody dynamic methods. An analysis program for the proposed method is developed, and its validity and efficiency are investigated by analyses of several representative numerical examples, where good accuracy and efficiency are demonstrated through comparison with commercial software package ADAMS.

• 설비공학논문집
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• 제23권12호
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• pp.815-820
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• 2011

A scroll expander was designed for an energy converter from waste heat of IC engine coolant to useful shaft work. The scroll expander is to run in a Rankine cycle which receives heat energy transferred from engine coolant circulation cycle. The working fluid was Ethanol. For axial compliance, a back pressure chamber was provided on the rear side of the orbiting scroll. Lubrication oil was delivered by a positive displacement type oil pump driven by the shaft rotation. Performance analysis on the scroll expander showed that the expander efficiency was 63.4%. It extracts shaft power of 0.6 kW out of engine coolant waste heat of 17.5 kW, resulting in the Rankine cycle efficiency of 3.43%.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제55권6호
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• pp.1121-1137
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• 2015

High powered computers and engineering computer systems allow designers to routinely simulate complex physical phenomena. The presented work deals with the analysis of two finite element method optimization techniques (First Order Method-FOM and Subproblem Approximation Method-SAM) implemented in the individual Design Optimization module in the Ansys software to analyze the behavior of real problems. A design optimization is a difficult mathematical process, intended to find the minimum or maximum of an objective function, which is mostly based on iterative procedure. Using optimization techniques in engineering designs requires detailed knowledge of the analyzed problem but also an ability to select the appropriate optimization method. The methods embedded in advanced computer software are based on different optimization techniques and their efficiency is significantly influenced by the specific character of a problem. The efficiency, robustness and accuracy of the methods are studied through strictly convex two-dimensional optimization problem, which is represented by volume minimization of two bars' plane frame structure subjected to maximal vertical displacement limit. Advantages and disadvantages of the methods are described and some practical tips provided which could be beneficial in any efficient engineering design by using an optimization method.

• 지질공학
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• 제31권4호
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• pp.719-730
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• 2021

본 연구는 무진동·무소음 암반 굴착을 위해 개발된 수압암반절개공법의 효율적인 굴착을 위하여 수압암반절개시스템의 패커 및 주입 시스템을 개량하였으며, 또한, 현장 실험을 수행하여 개선된 시스템의 효율성을 평가하였다. 수압파쇄균열은 누수로 인한 주입 압력의 손실로 인하여 균열확장 및 균열성장에 제한이 발생하였으나, 단일 패커의 팽창에 따른 인장응력에 의한 인장 변위는 암반 굴착을 용이하게 하였다. 현장 실험 자료를 바탕으로 수행한 수치해석결과는 현장 실험에서 형성된 균열의 발달을 모사할 수 있는 것으로 평가되었다.

• Smart Structures and Systems
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• 제23권2호
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• pp.155-171
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• 2019

In this study, Semi-active Tuned Mass Dampers (STMDs) are employed in order to cover the prevailing uncertainties and promote the efficiency of the Tuned Mass Dampers (TMDs) to mitigate undesirable structural vibrations. The damping ratio is determined using type-1 and type-2 Fuzzy Logic Controllers (T1 and T2 FLC) based on the response of the structure. In order to increase the efficiency of the FLC, the output membership functions are optimized using genetic algorithm. The results show that the proposed FLC can reduce the sensitivity of STMD to excitation records. The obtained results indicate the best operation for T1 FLC among the other control systems when the uncertainties are neglected. According to the irrefutable uncertainties, three supplies for these uncertainties such as time delay, sensors measurement noises and the differences between real and software model, are investigated. Considering these uncertainties, the efficiencies of T1 FLC, ground-hook velocity-based, displacement-based and TMD reduce significantly. The reduction rates for these algorithms are 12.66%, 26.43%, 20.98% and 21.77%, respectively. However, due to nonlinear behavior and considering a range of uncertainties in membership functions, T2 FLC with 7.2% reduction has robust performance against uncertainties compared to other controlling systems. Therefore, it can be used in actual applications more confidently.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권4호
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• pp.383-397
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• 2024

To improve the vibration control performance and applicability of traditional particle tuned mass damper (PTMD) and realize the significant characteristic of lightweight design, this study proposes a novel particle tuned mass inerter system (PTMIS) by introducing inerter system (IS) to the PTMD. In the study, the motion equation of single degree of freedom (SDOF) structure attached with PTMIS is established first, then the variation law of the system's vibration reduction performance (VRP) is discussed through parameter analysis, and it is compared with the PTMD to analyze its VRP advantages. Finally, its vibration reduction (VR) mechanism from the perspective of core control force and energy analysis is explored, and its cavity relative displacement from the application perspective is analyzed. The results show that the PTMIS can remarkably improve the vibration control effectiveness of the PTMD. The reason is that the inerter can store energy and transfer the energy to the cavity and particles, which further stimulates the interaction between the two parts, thereby improving the nonlinear energy consumption effectiveness. Also, the IS can amplify the damping element's energy dissipation efficiency. In addition, the PTMIS can effectively reduce the working stroke of the PTMD, and through the analysis of the lightweight characteristics of the PTMIS, it is found that its lightweight advantage can reach nearly 100%.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.165-171
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• 2013

동하중을 고려하는 구조해석은 전산자원과 시간측면에서 상당한 어려움이 따르기 때문에 외력을 이상적인 정하중으로 가정하는 것이 일반적이다. 그러나 정하중 조건으로 해석된 결과는 구조물의 안전설계 측면에서 충분한 신뢰를 주기 어렵다. 최근에는, 동하중의 영향을 받는 구조물의 효과적인 구조해석을 위해 동하중을 등가정하중으로 변환하는 기법이 제안되어 왔다. 이 기법은 최적화를 통해 구속조건을 만족하는 최소의 등가정하중을 구하는데, 구속조건은 임계시간의 변위를 사용하고, 등가정하중 분포 자유도는 경험적으로 선정하여 왔다. 그러나 안전설계 관점에서는 응력 구속조건을 적용하는 것이 타당하며, 경험적 자유도 선정은 몇 개의 자유도에 과도한 하중이 부과되거나 구조물의 거동에 영향력이 없는 자유도들이 선정될 가능성이 있다. 본 연구에서는 등가응력 구속조건을 고려하는 등가정하중 최적화 방법을 제안하고, 축소시스템 개념을 도입한 주자유도, 구속조건 요소 자유도, 외부하중 자유도로 구성되는 등가정하중 분포 자유도의 구성방법을 제안한다. 수치예제에서는 제안된 방법으로 구해진 등가정하중을 사용하여 등가응력을 구하고 동하중 해석 결과와 비교함으로써 제안된 방법을 통한 구조해석 방법이 구조안전성 측면에서 타당함을 보인다.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.1-8
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• 2015

신재생 에너지 개발에 대한 사회적 요구가 증가하면서 경제성 및 기술 성숙도가 높은 풍력발전이 많은 관심을 받고 있다. 대규모 에너지 생산을 위해 풍력 터빈의 대형화와 해상풍력 단지 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 운영 및 관리(O&M, Operation and Management) 측면에서의 구조적 안전성 평가 및 유지관리의 중요성 또한 지속적으로 증가하고 있다. 안전성 평가를 위한 여러 항목 중 터빈 상부 즉, 허브 높이에서의 변위는 구조물의 강성에 의해 지배되는 직접적인 지표로, 구조물의 건전상태를 쉽게 평가할 수 있는 지표라 할 수 있다. 그러나 풍력 터빈과 같은 대형 구조물의 변위 측정은 장비의 한계로 직접적으로 측정하기에는 많은 어려움이 따른다. 따라서 이 연구에서는 (1) 경사와 가속도의 동적 계측응답 자료를 융합하여 간접적으로 변위를 추정하는 방법을 제안하고, (2) 제안된 방법을 제원이 공개되어 있는 NREL 5 MW급 풍력 터빈에 적용하여 경사계의 수, 경사계의 잡음 수준 및 계측 주파수에 따른 변위 추정의 정확도를 평가하였으며, 실제 변위 측정을 위한 매개변수 연구를 수행하였다.

• 한국가스학회지
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• 제14권2호
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• pp.40-46
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• 2010

본 연구에서는 기존 멤브레인식 LNG 저장탱크의 측정장치와 안전장치에 대한 고찰과 분석을 통해 초대형 멤브레인 식 LNG 저장탱크에 적합한 새로운 통합제어안전관리시스템 연구를 수행하고자 한다. 통합제어안전관리시스템은 기존에 단수로 설치한 압력계를 추가하고, 기존의 LNG 저장탱크에는 없는 변위센서와 하중센서를 내부탱크와 예응력 콘크리트 구조물 사이를 관통하는 강재앵커에 새로이 설치함으로써 초대형 LNG 저장탱크의 안전성과 효율성을 향상시키는 역할을 담당할 것으로 예상된다. 변위센서와 하중센서는 멤브레인 패널의 파손여부, 내부탱크로부터 발생된 LNG 누설의 단서를 제공하게 될 것이다. 기존의 누설센서는 내부탱크 뒤편의 보냉재 공간에 설치한 온도센서에 의해 LNG 누설이라는 신호를 보낼 때까지도 멤브레인 패널의 손상에 관련된 적절한 정보를 제공하지 못할 수 있다. 결국 새로운 통합제어안전관리시스템은 온도, 압력, 변위량, 하중, LNG의 밀도 데이터를 수집하고 분석하기 위한 것으로, 탱크시스템의 안전성과 내부탱크의 누설을 제어하기 위한 시스템이다. 또한, 디지털 데이터는 멤브레인 패널의 안전성에 관련된 변위량과 하중, LNG의 액위와 밀도, 쿨다운 공정, 누설, 압력 등을 제어하기 위해 측정된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권4C호
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• pp.145-151
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• 2009

일반적으로 풍화암에 근입된 현장타설말뚝은 지지력이 매우 크므로 많은 경우에 설계하중만을 검증한 다음 극한하중을 확인하기 전에 재하시험을 종료한다. 그러나 만일 미완성 하중-침하 곡선으로부터 신뢰할 수 있는 극한하중의 예측이 가능하다면 설계의 질적인 향상뿐만 아니라 경제적인 면에서도 크게 기여를 할 수 있을 것이라고 생각된다. 본 연구의 목적은 극한하중을 얻지 못한 말뚝 재하시험의 하중-침하 곡선으로부터 외삽법을 이용하여 추정한 극한하중의 신뢰성 판단 방법을 제안 하는데 있다. 이를 위해 극한하중이 구해진 10본의 말뚝을 3개 현장에 걸쳐서 수집하였다. 그리고 이 10개의 하중-침하 곡선으로부터 Davisson 방법을 이용하여 구한 실제 계측 극한하중의 25%, 50%, 60%, 70%, 80%, 그리고 90%에 해당하는 하중-침하 곡선 자료만이 확보되었다고 가상하고 각각의 자료에 대하여 쌍곡선 방법으로 외삽한 다음, 극한하중을 새로이 결정하였다. 이렇게 결정된 외삽 극한하중의 신뢰성을 통계분석을 통하여 평가하였다. 그 결과, 확보하였다고 가상한 하중-침하 곡선의 최대 침하량 대 외삽 극한하중에서의 침하량 비가 0.6 이상인 경우, 외삽으로 예측한 극한하중은 실제 계측 극한하중보다 평균적으로 20% 이내에서 보수적인 값을 나타내었다. 또한, 항타말뚝의 정재하시험 자료에 대하여 본 논문에서 제안한 방법으로 분석하여 동일한 결과를 확인하였다.