• 터널과지하공간
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• 제30권6호
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• pp.509-518
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• 2020

본 연구에서는 실제 지질구조를 반영한 실규모 수치해석을 효율적으로 수행하고자 탐사 자료를 바탕으로 한 메쉬 생성, 해석수행, 결과분석을 위한 후처리의 일련의 과정을 포함한 해석 플랫폼을 구축하였다. 해석 플랫폼 구축을 위하여 연구자의 필요에 따른 코드 수정 및 다양한 수치해석 프로그램과 호환이 가능할 수 있도록 소스코드가 공개되어 있는오픈소스 프로그램을 활용하였다. 먼저 드론을 활용하여 촬영한 탐사 정보를 바탕으로 3차원 모델을 획득한 후, 오픈소스 3차원 창작 소프트웨어인 Blender를 활용하여 도메인의 메쉬 밀도를 해석 가능한 수준으로 조정하였다. 다음 단계로는 유한요소 메쉬 생성 프로그램인 Gmsh를 활용하여 도메인 내부에 사면체 기반의 메쉬를 생성하여 3차원 모델을 생성하였다. Gmsh를 통해 획득된 메쉬 정보를 수치해석 프로그램에 활용하기 위해서 메쉬 생성 규약에 적합하도록 변환하는 과정이 필요하며, 이는 Python을 통해 코드를 작성하여 수행하였다. 안정성 해석이 완료된 뒤에는 자료의 후처리 작업을 위해 시각화 및 데이터 분석 프로그램인 ParaView를 활용하여 다양한 시각화 자료를 생성하였다. 구성된 플랫폼의 활용성을 확인하기 위해 드론 탐사자료를 바탕으로 생성한 실규모 독도 모델을 대상으로 예비 안정성 분석을 성공적으로 수행하였으며, 예비해석을 통해 구축된 해석플랫폼이 향후 다양한 해석 과정에 활용될 수 있음을 확인하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제76권6호
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• pp.687-708
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• 2020

Openings in steel plate shear walls (SPSWs) are usually used for decorative designs, crossing locations of multiple utilities and/or structural objectives. However, earlier studies showed that generating an opening in an SPSW has a negative effect on the cyclic performance of the SPSW. Therefore, this study proposes tripling or doubling the steel-sheet-plate (SSP) layer and stiffening the opening of the SPSW to provide a solution to undesirable opening effects, improve the SPSW performance and provide the infill option of potential strengthening measures after the construction stage. The study aims to investigate the impact of SSP doubling with a stiffened opening on the cyclic behaviour, expand the essential data required by structural designers and quantify the SPSW performance factors. Validated numerical models were adopted to identify the influence of the chosen parameters on the cyclic capacity, energy dissipation, ductility, seismic performance factors (SPF) and stiffness of the suggested method. A finite Element (FE) analysis was performed via Abaqus/CAE software on half-scale single-story models of SPSWs exposed to cyclic loading. The key parameters included the number of SSP layers, the opening size ratios corresponding to the net width of the SSP, and the opening shape. The findings showed that the proposed assembly method found a negligible influence in the shear capacity with opening sizes of 10, 15, 20%. However, a deterioration in the wall strength was observed for openings with sizes of 25% and 30%. The circular opening is preferable compared with the square opening. Moreover, for all the models, the average value of the obtained ductility did not show substantial changes and the ultimate shear resistance was achieved after reaching a drift ratio of 4.36%. Additionally, the equivalent sectional area of the SSP in the twin and triple configuration of the SPSWs demonstrated approximately similar results. Compared with the single SSP layer, the proposed configuration of the twin SSP layer with a stiffened opening suggest to more sufficiency create SSP openings in the SPSW compared to that of other configurations. Finally, a tabular SPF quantification is exhibited for SPSWs with openings.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.45-56
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• 2021

지하공간의 활용이 활성화됨에 따라 지중구조물의 설치를 위해 깊은 굴착이 이루어지고 있으며, 굴착지반의 변형을 최소화하기 위해 흙막이벽체가 많이 활용되고 있다. 특히 도심지에서의 깊은 굴착이 진행함에 따라 벽체에 인접한 구조물의 피해가 발생하지 않도록 벽체 변형을 최소화하기 위한 방법들이 강구되어 왔으며, 이들 방법 중 하나가 버팀 선행하중 공법이다. 이 공법은 벽체의 버팀에 주동적으로 하중을 가해 벽체 변형을 억제하는 방법으로, 최근까지 이 공법에 관한 연구가 진행되어 왔다. 그러나 관련된 연구가 활발히 진행되었음에도 불구하고, 현재까지 선행하중에 대한 명확한 관리기준이 마련되어 있지 않다. 또한 굴착 깊이가 깊거나 배면지반의 상태에 따라 버팀의 작용력이 증가할 수 있으므로, 버팀에 가할 수 있는 선행하중의 크기가 감소할 수 있다. 그럼에도 불구하고 기존 연구결과에서 제안하고 있는 선행하중의 크기(작용하중의 50%이상)를 버팀에 일률적으로 적용하고 있다. 본 연구에서는 벽체의 배면지반조건에 따른 H-빔 버팀보의 선행하중 적용범위를 평가하고자 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 해석결과, 연약한 지반조건이고 깊은 심도 굴착이 진행하는 경우 토압과 선행하중에 의한 버팀구조의 안정성에 문제가 발생할 가능성이 매우 큰 것으로 나타났다. 그리고 선행하중의 적용범위는 버팀 작용하중의 5%~70%인 것으로 나타났다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제24권2호
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• pp.35-44
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• 2021

파이썬은 다른 정적 언어(예, C, C++, FORTRAN 등)에 비해 실행 속도가 느리기 때문에 대규모 반복이 필요한 지구동역학 코드를 작성하는데 적합하지 않은 것으로 인식되어 왔다. 그러나 파이썬의 계산 속도를 향상시키기 위해 Just-In-Time (JIT) 컴파일 등과 같은 많은 고속화 수단이 개발되었다. 우리는 파이썬을 기반으로 JIT 컴파일러에 최적화된 맨틀 유동 지구동역학 코드를 개발했다. 코드는 지구동역학 분야에서 널리 사용되는 PIC (Particle-In-Cell) 방법과 유한요소법을 결합하여 맨틀 대류를 수치 모사하며, 코드의 신뢰성을 정량적으로 평가하기 위해 잘 알려진 2차원 맨틀 대류 문제를 벤치마킹했다. 수치 모사 결과, 제곱근 평균 제곱 속도와 넛셀 수가 이전 연구와 거의 일치함을 확인했다. JIT 컴파일러를 적용한 코드는 적용하지 않았을 경우와 대비해 계산 속도가 PIC 방법에서 최대 258배, 전체 행렬 조립 과정에서 최대 30배 향상했다. 따라서, 이번 연구는 파이썬의 계산 성능이 JIT 등의 가속기를 이용하여 충분히 향상되며, 많은 지구 동역학 문제를 해결하는데 활용될 수 있음을 제시하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권10호
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• pp.63-72
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• 2011

초고층 건축물 기초의 고용량 하중 지지능력을 확인할 수 있는 가장 현실적인 방안인 고유압방식의 고용량 양방향 말뚝재하시험을 2개 현장에서 실시하였다. 고유압 복동식 양방향 말뚝재하시험은 정재하시험 시 재하용량 한계와 현장조건의 제약을 극복 할 수 있는 가장 현실적인 방안으로 볼 수 있었으며 고용량이 필요한 시험말뚝에 대한 재하시험에 매우 유용한 시험방법으로 판단되었다. 2개의 사례에서 계산된 설계하중 충족비는 각각 3.3, 2.1이었으므로 사례(P-2)에서 1방향 재하하중을 다소 작게 재하하였더라면 말뚝기초의 안정성을 실증적으로 확인하지 못하였을 것으로 판단되었다. 초고용량의 양방향 말뚝재하시험에서 설정한 최대하중까지 재하하더라도 말뚝 및 지반의 극한상태를 확인하는 것은 쉽지 않았으므로 대구경 현장타설말뚝의 극한지지력을 추정하기 위하여 2개의 고용량 대구경 현장타설말뚝에 대한 수치해석을 실시하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제27권4호
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• pp.107-111
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• 2020

최근 고령화 사회가 진행이 되면서 건강과 진단에 대한 많은 관심이 증대되고 있다. 정확한 진단이 가능한 guided surgery를 위한 다양한 바이오 이미징 시스템 분야가 중요하게 대두되면서 정확한 측정과 실시간 확인 등이 가능한 형광 이미징 시스템이 중요한 분야로 대두되었다. 현재 사용되고 있는 부분은 NIR-I이 주를 이루고 있으나 분해능의 향상 및 깊고 정확하게 형광을 확인하기 위해서 NIR-II 부분의 연구를 많이 진행 중에 있다. 본 논문에서는 NIR-I과 NIR-II의 차이점과 광학적인 특성, 그리고 형광영상 시스템의 SBR(signal to background ration)에 대해서 NIR-II의 미(Mie) 산란을 유한요소(FEM)법을 이용하여 확인을 하였으며 최종적으로 Skin phantom을 제작 및 Fluorescence를 측정을 함으로써 SBR이 NIR-I보다 NIR-II 영역에서 16.2배 더 높은 것을 확인하였다. 형광 이미징 시스템의 SBR 증대는 NIR-I영역대 보다 NIR-II영역이 효과를 이룰 것으로 확인이 되며 이를 통해 guided surgery나 bio-sensor, 또한 형광을 이용한 전자부품의 결함을 확인할 수 있는 디바이스 등의 다양한 응용분야에 활용할 수 있을 것으로 예상한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.113-120
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• 2021

무한 매질에서의 파전파 현상은 공학과 자연과학의 여러 분야에서 다양한 물리적 현상을 서술하는데 활용되고 있고, 이 문제에 대한 해를 얻기 위하여 해석적 방법 또는 수치적 방법이 개발되어 사용되고 있다. 이 문제에 대한 정확한 해를 얻기 위해서는 무한 영역으로의 에너지 방사를 정확히 고려해야 하고, 이를 위해 다양한 수치적 또는 역학적 모형 또는 경계조건이 개발되었다. 이 연구에서는 층상 waveguide에서의 scalar wave 또는 SH파 전파 문제에 적용할 수 있는 새로운 경계조건을 제안하고자 한다. 이를 위해 waveguide의 수직방향으로 유한요소 이산화를 적용하여 얻은 SH파의 지배방정식을 변형하여 waveguide의 무한 영역의 영향을 나타내는 경계조건을 유도한다. 층상 waveguide에서의 SH파에 대한 고유모드의 직교성을 이용하여, 새로운 경계조건은 기존의 root-finding absorbing boundary condition와 동등함을 보이고, 이로부터 새로운 경계조건의 차수가 증가할수록 정확성이 증가하고, 또한 이산화된 수준에서도 안정함을 유도할 수 있다. 제안된 경계조건을 층상 waveguide에서의 파전파 문제에 적용하여 그 정확성과 안정성을 검증한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권5호
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• pp.5-17
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• 2021

본 연구에서는 링전단시험 결과를 이용하여 말뚝-사질지반 사이의 전단거동을 정량화하였다. 링전단시험은 가장 일반적인 말뚝재료 - 콘크리트와 강 - 와 대표적인 사질토인 주문진표준사를 대상으로 수행하였으며, 두 재료 사이의 전단거동을 항복 이전과 잔류전단거동을 중심으로 확인하고 분석하였다. 시험결과를 통하여 다양한 상재압과 상대밀도의 영향 또한 분석하여, 그에 따른 전단거동을 각 재료 별 대표적인 마찰각으로 정량화하였다. 더 나아가, 추가적인 대변형 수치해석을 통하여 시험결과를 검증하였다. 링전단시험 및 수치해석을 수행한 결과, 사질토의 전단 중 발생하는 팽창과 수축특성에 의하여 전단거동을 크게 두 가지로 구분할 수 있었다. 1) 상대밀도가 높은 시료일수록 두 재료 간 전단응력곡선은 첨두전단응력이 관찰된 후 잔류전단응력이 발현되는 개형을 나타내었고, 반면에 2) 상대밀도가 낮은 시료일수록 두 재료 간 전단응력곡선은 첨두전단응력의 발현 없이 바로 잔류전단응력이 발현되는 이중곡선 형태를 보였다. 상재압은 소변형 범위에서는 전단거동 형태와 마찰각에 영향을 주지만, 상대밀도와 마찬가지로 대변형 하에서는 유의미한 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다. 본 연구는 리메싱을 통한 대변형 수치해석 기법을 정립하여 링전단시험과 같은 대변형 전단거동을 모사하고 예측할 수 있도록 하였을 뿐 만 아니라, 링전단시험을 통하여 도출되고 대변형 수치해석으로 검증된 말뚝 재료와 사질토 사이의 마찰각은 실제 기초 말뚝의 수치해석과 설계에 적용할 수 있도록 하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.1-7
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• 2021

강 박스거더 교량의 연속지점부 바닥판은 상부플랜지와 합성되는 구조이며 장경간 교량에서는 지점부 바닥판에 인장균열이 발생할 수 있는 구조로서 내구성 저하 등의 문제가 발생하고 있다. 이는 장경간 적용시 고정하중 및 활하중의 영향으로 슬래브의 교축방향 인장응력이 설계인장강도를 초과하기 때문이다. 이에 지점부 슬래브에 교축방향 철근을 추가하여 인장균열을 제어하고 추가의 압축응력 도입이 필요하다. 이러한 문제점 해결을 위해 연속지점부 상부슬래브의 인장응력 구간에 PS강선 긴장으로 압축응력을 도입하는 강 박스거더교의 구조계를 제안하였고, 이에 따른 구조적 성능을 유한요소해석과 실물시험체의 강선긴장 실험을 통해서 비교 검증하였다. PS강선 긴장을 통해 부모멘트부에 발생하는 슬래브의 인장응력 및 균열을 제어할 수 있는 압축응력을 도입하면 기존 강 박스거더교에 비해 구조안전성 개선 및 내구성능을 강화할 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.119-125
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• 2020

에폭시 계열의 합성수지와 골재를 혼합함으로써 진동저감 성능을 크게 증가시킨 고감쇠 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이러한 폴리머 혼입 고감쇠 콘크리트는 배합 시, 시멘트와 물을 사용하지 않으므로, 일반 콘크리트에 비해 경화시간이 매우 짧고, 물리적 특성 및 동특성 등이 매우 우수하여, 층간소음 및 진동 저감이 요구되는 건축구조물에의 폭넓은 활용이 기대되고 있다. 한편, 폴리머 혼입 고감쇠 콘크리트의 활용성을 넓히기 위한 방안으로, 보강재 분야에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔으나, 폴리머 콘크리트가 일반 콘크리트 및 기존 방진보강재를 완전히 대체하기 위해서는 물리적 특성, 동적 물성, 생산성 및 현장 적용성 등을 고려하여 진동저감 성능에 대한 전반적인 검토가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 폴리머 콘크리트의 에폭시 혼입비율별 물리적, 동적 특성을 일반 콘크리트와 비교한 결과, 탄성계수는 비슷한 반면, 압축, 인장, 휨강도가 상당히 우수한 결과를 보였으며, 특히 인장강도는 4~10배 이상 큰 차이를 보였으며, 주파수 응답함수와 감쇠비를 Modal 시험과 유한요소해석 모델을 통해 도출하여 검토한 결과, 폴리머 콘크리트의 동적 강성이 일반 콘크리트 보다 20% 크게 나타났고, 감쇠비는 약 3배 정도 높은 것으로 나타났다.