• Ocean and Polar Research
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• 제25권1호
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• pp.89-106
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• 2003

Analyses of tidal observations and a numerical model of the $M_2$ and $M_4$ tides in the Uldolmok waterway located at the southwestern tip of the Korean Peninsula are described. This waterway is well known fer its strong tidal flows of up to more than 10 knots at the narrowest part of the channel. Harmonic analysis of the observed water level at five tidal stations reveals dramatic changes in the amplitude and phase of the shallow water constituents at the station near the narrowest part, while survey results show a decreasing trend in local mean sea levels toward the narrow section. It was also observed that the amplitudes of semi-diurnal constituents, $M_2$ and $S_2$ are diminishing toward the narrowest part of the waterway. Two-dimensional numerical modeling shows that the $M_2$ energy flux is dominated by the component coming from the eastern boundary. The $M_2$ energy is inward from both open boundaries and is transported toward the narrow region of the channel, where it is frictionally dissipated or transferred to other constituents due to a strong non-linear advection effect. It is also shown that the $M_4$ generation is strong around the narrow region, and the abrupt decrease in the M4 amplitude in the region is due to a cancellation of the locally generated M4 with the component propagated from open boundaries. The superposition of both propagated and generated M4 contributions also explains the discontinuity of the M4 phase lag in the region. The tide-induced residual sea level change and the regeneration effect of the $M_2$ tide through interaction with $M_4$ are also examined.

• 한국해양공학회지
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• 제30권4호
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• pp.310-319
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• 2016

If a spoiler was attached to the pipeline investigated in a previous study, a strong flow and vortex at the lower part caused scouring and thus an asymmetric pressure distribution, which assisted in the analysis of the self-burial structure where a down force was applied to the pipe. However, only the fluid-pipe interaction was considered, excluding the medium (seabed), when practically burying the pipeline. Thus, this study applied a numerical model (LES-WASS-2D) to directly analyze the non-linear interactions among the fluid, pipe, and seabed in order to perform numerical simulations of a pipeline with a spoiler installed on the seabed. This allowed the self-burial mechanism of a pipeline with a spoiler to be analyzed in the same context as the previous study that considered only the fluid-pipe interaction. However, when a pipeline was installed on the seabed, a strong flow and vortex were found at the front of the bottom, and a spoiler accelerated the fluid resistances. This hydraulic phenomenon will reinforce the scouring and down force on the pipeline. In the general consideration of the numerical analysis results by the specifications and arrangements of the spoiler, a pipeline with a spoiler was found to be the most effective for the self-burial function.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.189-197
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• 2017

최근 빈번하게 발생하는 해상 유류사고에 대해 초기에 신속히 대응하기 위해서는 정확성 높은 수치해석 모형의 개발 및 적용이 필수적이다. 본 연구에서는 불규칙한 지형적 변화가 존재하는 근해역에서 유출유의 정확한 확산예측을 위하여 비선형성, 분산성, 난류 및 회전류 효과 등이 포함된 수심적분형 Boussinesq 모형과 유류의 이송-확산-변형모형을 통합함으로써 유출유 초기확산 예측을 위한 결합모형을 개발하였다. 개발된 모형은 지형적 복잡성 및 그에 따른 실제 흐름의 특성을 지닌 실 해역에 적용함으로써 모형의 활용성을 검토하였다. 고해상도의 해상 조건 재현이 가능한 본 개발모형은 기후변화 등에 의해 점차 강화되는 해상 기상의 극한조건에서의 유류 재해에 대비할 수 있는 방재시스템 구축에 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제23권2호
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• pp.13-23
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• 2022

교량 기초의 지반-구조물 상호작용은 지진 시 교량의 거동에 영향을 미치는 주요한 요인으로 지적되어 왔다. 본 연구에서는 지반의 특성 및 기초의 특성이 교량 기초의 지진취약도에 미치는 영향을 분석하였다. 지반의 특성 변화 및 기초의 크기 변화를 고려한 등가정적해석 결과, 상재하중이 작용하는 경우 같은 수준의 횡방향 변위를 발생시키기 위해 요구되는 하중이 증가되는 것을 확인할 수 있었으며, 비선형성은 상재하중이 없는 경우가 더 큰 것으로 나타났다. 느슨한 지반에서 조밀한 지반으로 갈수록 기초의 크기가 증가할수록 동일한 변위를 발생시키기 위해 더 큰 하중을 필요로 하는 것으로 나타났다. 또한, 교량의 지진취약도를 합리적으로 획득하기 위한 접근법을 도출하기 위하여 교량 기초의 지진취약도를 4가지의 조건(고정단 조건, 도로교 설계기준-등가선형강성, 상재하중 고려 시 및 미고려 시 비선형 강성)을 고려하여 비교하였다. 단주교각에 대한 지진해석은 Opensees를 이용하여 수행하였다. 지진취약도 분석 결과, 보수적인 접근법으로 확대기초는 고정단으로 고려할 수 있으며, 말뚝기초의 크기가 작은 경우는 고정단으로 고려하여 안전측 설계를 검토할 수 있으나, 말뚝의 크기가 대형화 하는 경우는 비경제적인 설계가 될 수 있으므로, 지반조건에 따라 기초의 강성을 평가할 수 있는 도로교 등가 선형 스프링 강성을 고려하는 것이 합리적인 접근법으로 판단된다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제11권4호
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• pp.189-196
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• 1999

천해역에서 외해의 구조물 주위에서의 파동계산을 위한 수치모델을 검증하기 위해서는 실험실에서의 수리실험이 필요하다 하겠다. 본 연구에서는 경사해저면을 가진 해역에서 구조물 설치로 인한 파랑장과 이론 인한 흐름장에 대한 수리실험 예를 다룬다. 수역은 수직으로 층별 흐름을 관측하기 위한 추적 플로터를 투입하도록 4개층으로 나눈다. 자료의 측정은 제한된 수의 파고계와 실험실 상단에 설치한 비디오 카메라와 함께 추적 플로터를 사용하여 연속적으로 이루어졌다. 특정영역에서의 파고 및 각 층별 시간평균유속 분포를 상세히 측정하였으며, 측정된 모든 실험실 자료로부터 파랑 및 흐름장 분포를 상세히 분석하였다. 또한, 파랑의 비선형적 변형특성을 상하 및 전후 비대칭성의 관점에서 포괄적인 분석도 기하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제38권1호
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• pp.39-63
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• 2011

Referring to the formulation of physical stochastic optimal control of structures and the scheme of optimal polynomial control, a nonlinear stochastic optimal control strategy is developed for a class of structural systems with hysteretic behaviors in the present paper. This control strategy provides an amenable approach to the classical stochastic optimal control strategies, bypasses the dilemma involved in It$\hat{o}$-type stochastic differential equations and is applicable to the dynamical systems driven by practical non-stationary and non-white random excitations, such as earthquake ground motions, strong winds and sea waves. The newly developed generalized optimal control policy is integrated in the nonlinear stochastic optimal control scheme so as to logically distribute the controllers and design their parameters associated with control gains. For illustrative purposes, the stochastic optimal controls of two base-excited multi-degree-of-freedom structural systems with hysteretic behavior in Clough bilinear model and Bouc-Wen differential model, respectively, are investigated. Numerical results reveal that a linear control with the 1st-order controller suffices even for the hysteretic structural systems when a control criterion in exceedance probability performance function for designing the weighting matrices is employed. This is practically meaningful due to the nonlinear controllers which may be associated with dynamical instabilities being saved. It is also noted that using the generalized optimal control policy, the maximum control effectiveness with the few number of control devices can be achieved, allowing for a desirable structural performance. It is remarked, meanwhile, that the response process and energy-dissipation behavior of the hysteretic structures are controlled to a certain extent.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권9호
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• pp.895-905
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• 2008

유역의 수문현상을 해석하기 위해서는 다양한 지형자료와 수문 시계열자료가 필요하다. 최근 들어 DEM(Digital Elevation Model)과 수자원 주제도와 같은 지형자료 뿐만 아니라 수치예보자료 및 강우레이더의 관측자료와 같은 수문 시계열자료 또한 격자 형태로 제공되고 있으며, 이를 활용한 수문분석에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 이러한 격자형 자료를 이용하여 효과적으로 단기간의 강우-유출 현상을 모의하기 위한 물리적 기반의 분포형 강우-유출 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)을 개발하였다. 지표면 유출과 하도 유출의 모의는 운동파 방정식을 이용하고 있으며, 침투량 산정을 위해서 Green-Ampt 모형을 이용하고 있다. 지배방정식은 유한 체적법을 이용하여 이산화 하였으며, TDMA(TriDiagonal Matrix Algorithm) 방법을 이용하여 연립방정식을 풀고, 비선형 항에 대해서는 Newton-Raphson 방법으로 반복 계산함으로써 수렴해를 도출하였다. 개발된 모형은 단순화된 가상의 유역에 대해서 적용한 결과를 $Vflo^{TM}$ 모형의 모의결과와 비교함으로써 타당성을 검토하였다. 또한 위천 유역의 적용을 통해 모형의 검증 및 실제 유역에 대한 적용성을 검토하였으며, 모의결과는 관측유량의 재현성이 높은 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.21-31
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• 2008

응답면기법(RSM, Response surface method)은 복잡한 구조물의 매우 작은 발생확률이나 신뢰성해 석에서 폭넓게 사용된다. MCS(Monte-Carlo Simulation)방법은 어떤 시스템의 평가에서도 사용될 수 있으나 해석시간이 파괴확률의 역수에 비례하게 되어 발생확률이 매우 희박한 시스템의 평가에 불리하다. 확률유한요소해석법은 이러한 MCS의 한계점을 해결해 줄 수 있는 대안이 될 수 있다. 그러나 이 방법은 평균과 표준편차 등이 모델링 (내부 프로그래밍)된 특별한 프로그램에서만 적용 가능하며 임의의 범용소프트웨어의 응답을 모델링하거나 임의의 프로그램의 특성을 이용할 수가 없다. RSM방법은 복잡한 구조시스템에서 응답에 대한 회귀모델을 구성하여 효율적인 해석단계를 통해 시간과 노력을 획기적으로 절감시킬 수 있다. 그러나 RSM의 정확도는 한계상태방정식의 선형성과 축점간의 거리에 영향을 받게 된다. 이런 단점을 해결하기 위해 한계상태방정식의 선형성과 무관하게 정확한 수렴해를 구하기 위한 개선된 적응적 응답면기법을 개발하고 선형과 2차형식의 응답면방정식에 대한 2가지 예를 들어 검증하였다. 검증결과 가장 효율적인 RSM기법을 결정하였다. 개발된 선형적응적가중응답 면기법 (linear adaptive weighted response surface method, LAW-RSM)은 비적응적이거나 비가중형식의 2차 RSM기법에 비해서 정해의 신뢰성지수에 가장 근접한 정확성과 수렴성을 나타낸다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.253-265
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• 1993

본 연구는 Lade에 의해서 제안된 비선형구성모델을 이용하여 지반거동을 해석하기 위한 수치해석 방법을 제시하고자 한것이다. 그 첫 시도로서 축대칭조건과 평면변형율조건의 비선형 경계치 문제를 해석하기 위하여 변위법을 이용한 유한요소 프로그램을 개발하였다. 모델의 매개변수를 결정하기 위한 시험과 모형기초지반의 시험재료는 백마강모래를 사용하였다. 그리고 실내시험 자료로 부터 비선형구성모델 의 매개변수를 결정할 때 컴퓨터 프로그램을 개발하여 사용하였다. 구성 모델의 정도를 검증하기 위하여 개발된 유한요소프로그램을 사용한 예측결과를 매개변수 결정에 사용된 실험 결과뿐만 아니라 결정에 사용되지 아니한 실험결과와도 비교하였다. 검증에 사용된 시험은 다음과 같다 ; (1) 등방압축팽창시험, (2) 구속압력을 달리한 배수삼축압축시험 (3) 모형기초지반의 재하시험, 이상의 시험과 수치해석결과를 비교하여 비선형구성모델과 유한요소해석프로그램의 정도를 확인하고 평면변형율조건에 있는 2차원모형기초지반의 거동 특성을 검토하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권1호
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• pp.36-48
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• 2022

As a valid numerical method to obtain a high-resolution result of a flow field, computational fluid dynamics (CFD) have been widely used to study coolant flow and heat transfer characteristics in fuel rod bundles. However, the time-consuming, iterative calculation of Navier-Stokes equations makes CFD unsuitable for the scenarios that require efficient simulation such as sensitivity analysis and uncertainty quantification. To solve this problem, a reduced-order model (ROM) based on proper orthogonal decomposition (POD) and machine learning (ML) is proposed to simulate the flow field efficiently. Firstly, a validated CFD model to output the flow field data set of the rod bundle is established. Secondly, based on the POD method, the modes and corresponding coefficients of the flow field were extracted. Then, an deep feed-forward neural network, due to its efficiency in approximating arbitrary functions and its ability to handle high-dimensional and strong nonlinear problems, is selected to build a model that maps the non-linear relationship between the mode coefficients and the boundary conditions. A trained surrogate model for modes coefficients prediction is obtained after a certain number of training iterations. Finally, the flow field is reconstructed by combining the product of the POD basis and coefficients. Based on the test dataset, an evaluation of the ROM is carried out. The evaluation results show that the proposed POD-ROM accurately describe the flow status of the fluid field in rod bundles with high resolution in only a few milliseconds.