• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.92-102
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• 2022

대표적인 지중구조물인 터널시설물의 거동 특성을 평가하기 위해 다양한 수치해석 모델을 활용할 수 있다. 일반적으로 수치해석시 가장 많이 사용한 Mohr-Coulomb 모델은 탄성-완전소성 거동 모델로 하중증가-하중감소 단계시 변형 특성이 동일하여, 굴착해석의 경우 변위가 현장 상황과 다르게 나타날 수 있는 문제점이 있다. 그에 비해 HS-small Strain Stiffness 모델은 지반별 적용 범위가 넓으며, 초기탄성계수 및 비선형곡선 파라미터 하중증가-하중감소 단계의 탄성계수 등을 입력 가능하게 하여 흙의 변형 특성이 현장 조건에 맞게 해석 가능하다고 알려져 있다. 하지만 토목 기술자들은 지반의 특성 계수 추정의 어려움으로 인해 재료 비선형 특성을 적용 가능한 모델의 사용에 어려움이 있다. 본 연구에서는 토목 기술자들이 터널 수치해석시 일반적으로 적용하는 Mohr-Coulomb 모델과 지반 비선형성을 고려 가능한 HS Small strain Stiffness 모델을 적용한 내진성능평가 결과 값을 비교하여 합리적인 모델 선택의 필요성을 검토하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2000년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.3-4
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• 2000

Many researchers are interested in the synthesis and characterization of carbon nitride and diamond-like carbon (DLq because they show excellent mechanical properties such as low friction and high wear resistance and excellent electrical properties such as controllable electical resistivity and good field electron emission. We have deposited amorphous carbon nitride (a-C:N) thin films and DLC thin films by shielded arc ion plating (SAIP) and evaluated the structural and tribological properties. The application of appropriate negative bias on substrates is effective to increase the film hardness and wear resistance. This paper reports on the deposition and tribological OLC films in relation to the substrate bias voltage (Vs). films are compared with those of the OLC films. A high purity sintered graphite target was mounted on a cathode as a carbon source. Nitrogen or argon was introduced into a deposition chamber through each mass flow controller. After the initiation of an arc plasma at 60 A and 1 Pa, the target surface was heated and evaporated by the plasma. Carbon atoms and clusters evaporated from the target were ionized partially and reacted with activated nitrogen species, and a carbon nitride film was deposited onto a Si (100) substrate when we used nitrogen as a reactant gas. The surface of the growing film also reacted with activated nitrogen species. Carbon macropartic1es (0.1 -100 maicro-m) evaporated from the target at the same time were not ionized and did not react fully with nitrogen species. These macroparticles interfered with the formation of the carbon nitride film. Therefore we set a shielding plate made of stainless steel between the target and the substrate to trap the macropartic1es. This shielding method is very effective to prepare smooth a-CN films. We, therefore, call this method "shielded arc ion plating (SAIP)". For the deposition of DLC films we used argon instead of nitrogen. Films of about 150 nm in thickness were deposited onto Si substrates. Their structures, chemical compositions and chemical bonding states were analyzed by using X-ray diffraction, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and infrared spectroscopy. Hardness of the films was measured with a nanointender interfaced with an atomic force microscope (AFM). A Berkovich-type diamond tip whose radius was less than 100 nm was used for the measurement. A force-displacement curve of each film was measured at a peak load force of 250 maicro-N. Load, hold and unload times for each indentation were 2.5, 0 and 2.5 s, respectively. Hardness of each film was determined from five force-displacement curves. Wear resistance of the films was analyzed as follows. First, each film surface was scanned with the diamond tip at a constant load force of 20 maicro-N. The tip scanning was repeated 30 times in a 1 urn-square region with 512 lines at a scanning rate of 2 um/ s. After this tip-scanning, the film surface was observed in the AFM mode at a constant force of 5 maicro-N with the same Berkovich-type tip. The hardness of a-CN films was less dependent on Vs. The hardness of the film deposited at Vs=O V in a nitrogen plasma was about 10 GPa and almost similar to that of Si. It slightly increased to 12 - 15 GPa when a bias voltage of -100 - -500 V was applied to the substrate with showing its maximum at Vs=-300 V. The film deposited at Vs=O V was least wear resistant which was consistent with its lowest hardness. The biased films became more wear resistant. Particularly the film deposited at Vs=-300 V showed remarkable wear resistance. Its wear depth was too shallow to be measured with AFM. On the other hand, the DLC film, deposited at Vs=-l00 V in an argon plasma, whose hardness was 35 GPa was obviously worn under the same wear test conditions. The a-C:N films show higher wear resistance than DLC films and are useful for wear resistant coatings on various mechanical and electronic parts.nic parts.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.5-16
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• 2011

현장타설말뚝의 포스트그라우팅 기법은 말뚝 시공시 발생하는 슬라임과 굴착으로 인해 교란된 원지반을 압축 및 보강함으로써 기초의 선단지지력을 현저히 증강시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 현재까지 국내외적으로 통용되는 설계지침 또는 시방은 없는 상태이며, 특히 국내에서는 말뚝 포스트그라우팅 기법이 설계지지력 증강 목적이 아닌, 소요지지력에 미달되는 말뚝에 대한 보수보강의 개념으로 이해되고 있어, 그 효과에 비해 관련 연구 및 실용화 실적이 미비한 실정이다. 본 연구에서는 포스트그라우팅 기법의 국내 풍화대소켓 현장타설말뚝에의 적용성을 검증하기 위해 풍화암 근입 대구경 현장타설 콘크리트말뚝 시공 현장을 선정하여 포스트그라우트 시험시공을 실시하였다. 또한 포스트그라우팅 말뚝, 그리고 인접한 미보강 말뚝에 대한 정재하시험을 수행함으로써, 포스트그라우팅이 현장타설말뚝의 축방향 지지력 증강에 미치는 효과를 정량적으로 비교분석해 보고자 하였다. 정재하시험 결과, 선단보강 말뚝 선단하중-침하곡선의 초기기울기가 미보강 말뚝 선단히중-침하곡선의 기울기에 비해 4배 이상 증가였으며, 허용침하량(1%D) 기준으로 보강 및 미보강 말뚝의 선단지지력은 각각 12.0MPa, 7.0MPa로 나타나, 포스트그라우팅 적용 후 말뚝의 허용선단지지력이 70% 이상 증가하는 것을 확인하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.521-528
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• 2017

실제 체결장치는 들림하중이 작용할 때 압축하중이 작용할 때와 동일한 강성은 작은 하중범위 내에서 유지되고 어느 정도 들림하중이 커지면 매우 강한 비선형 거동특성을 보인다. 압상력 기준을 초과하는 개소들에서는 보통보다 매우 고가인 특수체결장치를 부설하여야하는데, 설계하고자하는 선로 전체구간에서 그 비용은 매우 크게 소요될 수 있다. 따라서 경제적 설계를 위하여 체결장치의 비선형 거동특성을 반영하여 압상력을 정확하게 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 현재 국내 콘크리트궤도에서 주로 사용되고 있는 일반 체결장치들(SFC와 System 300-1)을 대상으로 압상력 작용 시 거동특성을 파악하기 위하여 실내시험을 실시하였다. 시험결과를 토대로 수치해석에 적용하기 위한 체결장치의 비선형 하중-변위선도를 도출하였다. 기존의 선형모델과 더불어 도출된 비선형모델을 적용하여 교량단부의 변형에 따른 체결장치에 작용하는 압상력을 평가하였다. 또한 교량단부 체결장치 압상력에 미치는 영향요소인 침목간격, 교좌장치 중심으로부터 교량상판 최 끝단에 위치한 체결장치까지의 수평거리, 교량 거더높이 등에 대한 매개 변수연구를 통하여 이들 영향요소가 체결장치의 최대 압상력에 미치는 영향을 분석하였다. 평가결과 경제적인 궤도 설계를 위해서는 교량단부에 부설되는 체결장치의 사용성 검토 시에 체결장치의 비선형 특성이 반영될 필요가 있음을 알 수 있었다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제8권5호
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• pp.47-58
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• 2008

대공간 구조는 형태저항구조로서, 기둥-보로 구성되는 일반적인 건축골조구조가 설계외력에 대해 휨 및 전단으로 저항되는 것에 반해, 구조물의 내부에 기둥이 없는 공간을 내포하는 대공간 구조는 축력 및 면내 단면력에 의해 저항되는 경우가 대부분이다. 이러한 특성상 공간구조에는 일반적으로 장스팬이 사용되는 경우가 많으며, 그 결과 일반적인 골조와는 달리, 부재에 발생하는 변형도가 작은 경우에도 큰 변형이 발생하는, 즉 대변형 혹은 유한변형을 동반하게 된다. 일반적으로 수치해석에 있어 비선형 해석이란 기하학적 비선형 및 재료적 비선형, 또는 이 두 가지를 동시에 고려한 복합 비선형 해석을 들 수가 있다. 본 논문에서는 유한요소법으로 기하학적 비선형을 고려한 비선형 평형방정식을 적용하고, 부재의 응력-변형률 관계를 이용하여 재료적 비선형성도 함께 고려하였다. 사용된 수치해석 기법은 불안정 경로의 해를 찾아갈 수 있는 호장법을 적용하여 하중-변위 곡선을 추적하였다. 또한, 해석 결과는 범용 유한요소 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 비교 검토하였다. 본 연구의 수치 해석결과 제시한 평면 및 공간 트러스의 비탄성 비선형 거동을 정확하고 효율적으로 예측 가능한 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권5호
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• pp.128-135
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• 2021

박판관은 충돌안전을 위한 에너지 흡수장치 중의 하나로써 가벼우면서도 에너지 흡수 효율이 좋아 널리 이용되어 왔다. 그러나 일반적인 박판관은 충돌 초기 피크하중(IPCF: Initial Peak Crushing Force)이 높게 유발될 뿐 아니라 반복적으로 나타나는 피크하중으로 인하여 충돌에너지 흡수장치로써의 안정성이 다소 떨어진다는 단점이 있다. 충돌 초기 피크하중을 감소시키고 충돌에너지 흡수장치의 안정성을 키우기 위하여 박판 파형관이 도입되었다. 파형관의 성능은 기하 형상에 큰 영향을 받기 때문에 최적설계 기법을 적용하여 파형관의 성능을 최적화할 수 있다. 본 논문에서는 충돌안전도 해석에 기반한 형상 최적설계를 수행하기 위하여 적응 근사모델(adaptive surrogate model)을 활용한 최적설계 기법을 활용하였다. 파형의 진폭 및 파장 뿐 아니라 형상의 곡률 변화를 설계 변수로써 고려하였다. 형상 설계 매개변수화를 수행하기 위하여 몰핑(morphing) 방법을 채택하였다. 수치 예제를 통해서 적응 근사모델에 기반한 최적설계 결과와 기존 근사모델에 기반한 최적설계 결과를 비교하고 적응 근사모델에 기반한 최적설계 방법이 좀 더 효율적인 결과를 도출함을 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.604-613
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• 2018

전 세계적으로 철도의 노후화 및 고속화 등으로 인한 열차탈선사고가 증가하고 있으며, 그로인한 인적 물적 피해가 증가하고 있는 실정이다. 특히 철도교량의 경우에는 가드레일 또는 방호벽 등을 설치하고 있으나, 이는 탈선열차차량(train body level)이 방호벽과 충돌함으로써 열차의 탈선운동을 억제하여 정지시키는데 목적이 있다. 이와 같은 차량에 의한 탈선방호는 인명피해 위험성 및 2차 피해발생 가능성이 높다. 그러므로 본 연구에서는 주행레일 사이에 일탈방호시설물(DCP, Derailment Containment Provision)을 설치하여, 차륜 또는 차축(wheel/bogie level)에서 탈선열차를 방호할 수 있는 시설물을 개발하였다. 또한, 기존 철도교량의 일탈방호성능을 확보할 수 있도록 DCP의 급속시공이 가능하도록 설계하였으며, 방호벽에 작용하는 충돌하중과 급곡선부에서의 관성력을 감소시킴으로써 일탈된 열차가 교량 밖으로의 전도 낙하방지 및 반대편 선로의 침입하는 것을 최소화 하고자 하였다. 본 논문에서는 LS-Dyna을 이용하여, 설계한 DCP의 열차 충돌위치 및 콘크리트 궤도 접합조건에 따른 거동에 대하여 해석적으로 변수연구를 수행하였다. 특히 접합조건은 접합재료의 물성치에 따라 끊어짐을 모사하는 Tiebreak contact과 완전 부착되었다고 가정하는 Perfect bond contact으로 나눠 해석적으로 검토하였다. DCP의 변위, 앵커 및 콘크리트의 응력, 변형률을 확인한 결과 Tiebreak contact이 실제 충돌하중에 대한 거동을 보다 유사하게 모사하는 것으로 판단하였다. 또한, 충돌위치에 따른 변위는 접합구간에서 가장 큰 변형이 발생하였으며, DCP 블록의 중앙에 충돌이 가해질 경우, 충돌하중이 가해지는 DCP 배면에서 휨 파괴가 발생하였다. 본 연구에서 수행한 충돌해석은 실제 충돌실험의 어려움에 의해 사전적으로 해석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 DCP 앵커 설계변경은 필요할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권1호
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• pp.16-24
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• 2021

이 연구에서는 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 면내·외 거동에 대한 내진성능을 평가하였다. 강봉 트러스 시스템 보강은 무보강 조적벽체 1면에 2개의 강봉 트러스 시스템 유닛을 배치하였다. 면내 거동에 대한 실험결과는 무보강 조적벽체 및 벽체 1면에 1개의 강봉 트러스 시스템 보강된 조적벽체와 비교하였으며, 면외 거동에 대한 실험결과는 무보강 조적벽체와 비교하였다. 실험 결과, 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 면내·외 초기 강성은 무보강 조적벽체에 비해 각각 1.9배 및 2.3배 높았으며, 면내·외 최대 내력은 각각 1.8배 및 1.9배 높았다. 특히 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 면내·외 에너지 소산능력은 무보강 조적벽체에 비해 각각 6.1배 및 2.4배 높았으며, 등가 감쇠비는 각각 5.1배 및 1.2배 높았다. 즉, 강봉 트러스 시스템은 무보강 조적벽체의 면내 방향으로의 내진성능 향상뿐만 아니라 면외 방향으로의 내진성능 향상에도 유리할 것으로 판단된다.