• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2000년도 암반공학문제의 수치해석(Numerical Analysis in Rock Engineering Problems)
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• pp.105-115
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• 2000

방사성 폐기물지하처분이나 열수 및 축열 에너지저장, 지열에너지 개발 등과 같은 대규모 지하공간 프로젝트들이 대두됨에 따라 역학, 수리 및 열적 거동을 동시에 고려한 연구가 필요하게 되었다. 열-수리-역학 상호작용 해석은 열로 교란되고 지하수로 포화된 암반내의 거동을 열 수리, 역학 3가지 지배방정식의 결합을 통해 구현하는 상당히 복잡한 수치 해석 기법 중의 하나이다. 본 연구에서는 기존의 Biot의 압밀이론에 기초한 수식화들을 이용하여 연속체 암반의 열-수리-역학적 상호작용을 모사할 수 있는 유한요소 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 검증을 위해 등온과 비등온 조건하의 일차원 압밀모델에 대한 해석을 실시하여 해석해와 비교하였다. 이타원 압밀에 대한 변수해석을 통하여 포아송비나 수리적 이방성과 같은 인자들이 매체 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 앞으로 본 프로그램에 개별체 절리 모델을 통합시켜 보다 일반적인 불연속 암반의 상호작용 거동 해석에 이용할 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제10권3호
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• pp.355-365
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• 2000

방사성 폐기물지하처분이나 열수 및 축열 에너지저장, 지열에너지 개발 둥과 같은 대규모 지하공간 프로젝트들이 대두됨에 따라 역학, 수리 및 열적 거동을 동시에 고려한 연구가 필요하게 되었다. 열-수리-역학 상호작용 해석은 열로 교란되고 지하수로 포화된 암반내의 거동을 열, 수리, 역학 3 가지 지배방정식의 결합을 통해 구현하는 상당히 복잡한 수치 해석 기법 중의 하나이다. 본 연구에서는 기존의 Biot의 압밀이론에 기초한 수식화들을 이용하여 연속체 암반의 열-수리-역학적 상호작용을 모사할 수 있는 유한요소 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 검증을 위해 등온과 비등온 조건하의 일차원 압밀모델에 대한 해석을 실시하여 해석해와 비교하였다. 이차원 압밀에 대한 변수해석을 통하여 포아송비나 수리적 이방성과 같은 인자들이 매체 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 앞으로 본 프로그램에 개별체 절리 모델을 통합시켜 보다 일반적인 불연속 암반의 상호작용 거동 해석에 이용할 수 있을 것이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권12호
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• pp.117-126
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• 2011

열역학적 가정을 토대로 평형방정식을 이용하여 지반의 침투와 흙의 거동을 지배하는 불포화토 유한요소해석을 위한 수학적인 알고리즘을 개발하고, 여러 가지 유효응력 개념들을 수치해석을 통해 비교 분석하였다. 불포화토의 유효응력은 지반의 강도를 나타내며 지반이 함유하고 있는 수분과 모관흡수력의 중요한 구성관계를 표현한다. 특히, 불포화 지반내에서 물의 침투가 흙의 알갱이 거동을 예측하기 위해 여러 문헌에서 제안하고 있는 유효응력계수 ${\chi}$의 특성을 지반의 잔류포화도와 변위에 관련된 구성방정식 조건을 이해하기 위해 분석하였다. 그 결과, 불포화토 유효응력계수 ${\chi}$는 외부하중과 침투가 있는 지반내에서 모관흡수력의 분포를 변화시키지만, 지반의 잔류포화도에 따라 유효응력계수의 차이점을 보이며, 외부하중에 의한 지반 변위가 작아지면 유효응력계수 ${\chi}$는 지반내의 모관흡수력에 대한 영향력이 작아진다는 것을 확인할 수 있었다.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제3권4호
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• pp.342-351
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• 2010

During the operation of a hydro turbine the fluid mechanical pressure loading on the turbine blades provides the driving torque on the turbine shaft. This fluid loading results in a structural load on the component which in turn causes the turbine blade to deflect. Classically, these mechanical stresses and deflections are calculated by means of finite element analysis (FEA) which applies the pressure distribution on the blade surface calculated by computational fluid dynamics (CFD) as a major boundary condition. Such an approach can be seen as a one-way coupled simulation of the fluid structure interaction (FSI) problem. In this analysis the reverse influence of the deformation on the fluid is generally neglected. Especially in axial machines the blade deformation can result in a significant impact on the turbine performance. The present paper analyzes this influence by means of fully two-way coupled FSI simulations of a propeller turbine utilizing two different approaches. The configuration has been simulated by coupling the two commercial solvers ANSYS CFX for the fluid mechanical simulation with ANSYS Classic for the structure mechanical simulation. A detailed comparison of the results for various blade stiffness by means of changing Young's Modulus are presented. The influence of the blade deformation on the runner discharge and performance will be discussed and shows for the configuration investigated no significant influence under normal structural conditions. This study also highlights that a two-way coupled fluid structure interaction simulation of a real engineering configuration is still a challenging task for today's commercially available simulation tools.

• Ocean Systems Engineering
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• 제7권3호
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• pp.225-246
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• 2017

Excessive dynamic-tension variations on the top-tensioned risers (TTRs) deteriorate the structural integrity and cause potential safety hazards. This phenomenon has become more remarkable in the development of deep-water fields with harsher environmental loads. The conventional prediction method of tension variations in hydro-pneumatic tensioner (HPT) has the disadvantage to underestimate the magnitude of cyclic loads. The actual excessive dynamic tension variations are larger when considering the viscous frictional fluid effects. In this paper, a suppression method of tension variations in HPT is modeled by incorporating the magneto-rheological (MR) damper and linear-force actuator. The mathematical models of the combined HPT and MR damper are developed and a force-control scheme is introduced to compensate the excessive tension variations on the riser tensioner ring. Numerical simulations and analyses are conducted to evaluate the suppression of tension variations in HPT under both regular- and irregular-wave conditions for a drilling riser of a tensioned-leg platform (TLP). The results show that significant reduction of tension variations can be achieved by introducing the proposed system. This research has provided a theoretical foundation for the HPT tension control and related structural protection.

• 드라이브 ㆍ 컨트롤
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• 제17권2호
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• pp.19-27
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• 2020

The purpose of this study was to suggest design criteria for the HMT (hydro-mechanical transmission) of a 55 kW-class agricultural tractor, develop a simulation model, and evaluate its performance such as axle rotational speed, tractor speed, and power transmission efficiency. In this study, the HMT comprised a compound planetary gear and a HSU (hydro-static unit), and the compound planetary gear comprised two planetary gear sets. The HMT has three gear stages, and the maximum tractor speed was selected as 40 km/h. The simulation time was set at 2736 hours considering the lifetime of the tractor, and the simulation was performed for each gear stage at the engine-rated power conditions. As a result of the simulation, the axle rotational speeds for each gear stage were 39, 77, and 158 rpm, respectively. The range of tractor speed for each gear stage were 1.05-10.22 km/h, 10.74-20.17 km/h, and 20.70-41.40 km/h, respectively. The APE (absolute percentage gear) for the tractor's maximum speed between target value and simulation results were 2.20%, 0.85%, and 3.50%, respectively. Also, the power transmission efficiency for each gear stage were 0-75%, 72-81%, and 69-81%, respectively. The simulation results for the power transmission efficiency of the HMT were similar with the results of the previous research. This was a basic study on the development of the HMT for an agricultural tractor. In future studies, it is necessary to develop a tractor platform and evaluate the performance. The comparison between the simulation model and the HMT tractor should be performed.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.191-208
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• 2024

본 연구에서는 방사성폐기물 처분구조물의 안전성 및 건전성 평가를 위해 손상연동 수리-역학 복합 거동 해석 모델을 개발하였다. 콘크리트나 암반과 같은 취성재료의 파괴 모사에 널리 사용되는 Mazars 손상 모델을 선정하여 수리-역학 해석에 연동하였고, 예제 및 정해를 기반으로 개발된 해석 모델을 검증하였다. 개발된 해석 모델의 손상 입력 인자를 도출하기 위해 처분구조물 콘크리트 배합비로 제작한 시료를 대상으로 건조/포화 양생 조건에서 일축압축강도 및 간접인장강도 시험을 수행하였다. 실내 시험을 통해 도출한 입력 인자는 경주 월성 원자력 환경관리센터의 동굴처분 콘크리트 사일로를 모사한 2차원 유한요소해석에 적용하여 손상 고려 유무, 해석 기법 및 폐기물 하중 재하 조건에 따른 영향을 분석하였다. 연구를 통해 개발된 수리-역학-손상 모델은 향후 고준위 방사성폐기물 처분을 위한 심층처분장의 장기 거동 및 안정성 해석에 적용할 계획이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권8호
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• pp.49-60
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• 2020

동상민감성 시료의 동상 거동을 평가하기 위해 완전히 결합된 열-수리-역학 연계해석을 수행하였다. 이를 위한 구성모델은 질량보존방정식, 에너지보존방정식, 힘평형방정식을 기반으로 유도되었다. 구성모델을 통해 간극수의 상변화, 간극수 유동 및 수반되는 기계적 변형 등 1차원 동결에 대한 다양한 물리적 현상을 정량적으로 고려할 수 있었다. 한편, 시료의 동상발생량 및 동상속도에 미치는 영향 인자들을 조사하기 위해 민감도 분석 연구가 수행되었다. 민감도 분석 결과에 따르면, 시료의 초기 간극비는 종속변수인 동상발생량과 동상속도에 독립적으로 큰 영향을 미치는 반면 흙 입자 열전도도 및 온도구배는 독립적으로 미치는 영향보다 두 변수 간 상호 작용을 통해 더 큰 영향을 미침을 확인하였다. 본 연구에서 고려된 인자들은 모두 동상발생량과 동상속도에 영향을 미치는 주요 인자이며, 표본시료의 동상민감성 여부를 결정하는 데에 활용될 수 있을 것이다.

• 한국해양공학회지
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• 제28권4호
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• pp.288-293
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• 2014

The IEC standard for onshore or offshore wind turbines requires additional dummy simulations (at least 5 s) for the transient responses due to initial conditions. An increase in the dummy time causes a considerable increase in the computational cost considering multiple design spirals with several thousand design load analysis cases. A time of 30 s is typically used in practical simulations for a wind turbine design with a fixed platform. However, 30 s may be insufficient for floating offshore wind turbines (FOWT) because the platforms have lower natural frequencies, and the transient responses will last much longer. In this paper, an initial condition application algorithm is implemented for WindHydro, and the appropriate dummy simulation time is investigated based on a series of dynamic simulations of a FOWT. As a result, it is found that more than 300 s is required for the platform to have stationary motion after the initial transient responses for the FOWT under the conditions considered.

• Coupled systems mechanics
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• 제9권2호
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• pp.125-145
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• 2020

In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.