• 제목/요약/키워드: Numerical Analyses

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생체모방형 비대칭 나노채널을 갖는 산화알루미늄 분리막 제조 및 이온 정류 특성 (Fabrication and Ionic Current Rectification Characteristics of Biomimetic Aluminum Oxide Membrane)

  • 정재훈;김종영;최기운;이준호;강일석;안치원;조철희
    • 멤브레인
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    • 제30권3호
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    • pp.181-189
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    • 2020
  • 본 연구에서는 생체모방형 비대칭 분리막 제조방법인 사각펄스양극산화법의 비대칭성 한계를 극복하기 위해 최근 보고된 셀렌산 전해액을 이용하고 표면개질에 따른 정류특성을 평가하였다. 분리막의 비대칭 원뿔형 채널은 최소직경이 10 nm이고 최대직경이 50 nm이며 길이가 5 ㎛이었다. 분리막의 정류특성은 기존 황산 전해액에서 제작된 것보다 높았으며 +1V에서의 전류가 -1 V일 때보다 최대 2.9배를 나타내었다. 또한, 실란화 반응을 이용한 표면개질을 통해 술폰산기를 도입한 분리막은 반대로 -1 V에서의 전류가 +1 V일 때보다 전류의 최대 4.2배인 정류특성을 나타냈다. 실험에 대한 이론적 증명은 2D 모델에 수치해석 결과를 제시함으로써 뒷받침되었다. 본 연구의 결과는 서로 다른 정류방향을 갖는 두 종류의 이온 정류 분리막을 손쉽게 제작할 수 있는 방법을 제시하며 이온의 이동을 제어하기 위한 다양한 연구 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

일월산 산림식생의 종구성적 특성 (Forest Vegetation Classification and Species Composition of Mt. Ilwol, Yeongyang-Gun, Korea)

  • 이중효;배관호;조현제
    • 한국농림기상학회지
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    • 제8권3호
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    • pp.132-140
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    • 2006
  • 일월산 산림식생의 종구성적 특성을 파악하기 위하여 조사구 68개소$(10m{\sim}10m)$ 설정하여 식생유형과 그에 대한 특성(현존식물상, 상재도급과 생활형분포율, 종다양도, 층위별 중요치)을 분석하였다. 식생유형은 산악건조 지식생형과 비옥적윤한 산록과 계곡부식생형으로 대별되었으며, 전자는 3개 군락(진달래군락, 굴참나무군락, 일월비비추군락), 2개 군(잣나무군, 진달래전형군), 후자는 3군락(피나무군락, 머루군락, 고광나무군락), 깨 군(당단풍군, 참반디군)으로 구분되어 총 8개 식생단위로 나타났다. 관찰된 총 252종에서 국화과가 26종, 백합과 19종, 미나리아재비과 15종, 장미과 14종 등의 순으로 높게 나타났고, 상재도급별 분포경향에서 신갈나무(IV), 대사초(III), 물푸레나무(III)가 고중상재도종으로 나타났다. 생활형 분포율은 교목성이 18.5%, 소교목성 5.7%, 관목성 14.9%, 만목성 6.6%, 화본과류 8.8%, 광역초본 42.4%, 양치식물 3.1%로 나타났으며, 종다양도는 PH유형이 $1.70{\pm}.50{\sim}1.97{\pm}0.57$$1.40{\pm}0.18{\sim}1.62{\pm}0.20$인 AM유형 보다 높은 값을 나타내었다. 교목층에서는 소나무, 신갈나무, 굴참나무 등의 중요치 값이 높게 나타났으며, 아교목층은 신갈나무, 관목층은 쇠물푸레, 조록싸리, 철쭉꽃, 생강나무, 진달래, 초본층은 대사초, 산거울, 큰기름새의 영향력이 높게 나타났다.

시추공 텔리뷰어 및 BIPS의 영상자료 해석을 통한 파쇄매질의 투수율텐서 계산 프로그램 개발 및 현장 적용성 평가 (Program Development to Evaluate Permeability Tensor of Fractured Media Using Borehole Televiewer and BIPS Images and an Assessment of Feasibility of the Program on Field Sites)

  • 구민호;이동우;원경식
    • 지질공학
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    • 제9권3호
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    • pp.187-206
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    • 1999
  • 시추공 텔리뷰어 및 BIPS의 공내 검층자료를 이용하여 파쇄매질이 나타내는 투수율텐서를 수치적으로 계산하는 프로그램을 개발하였다. 본 프로그램은 검층자료의 분석을 통해 제공되는 불연속면의 방향과 두께등의 기하학적인 정보를 입력자료로 사용하며, EPM 모델에 근거한 관계식을 적용하여 투수율텐서를 구성하는 9개 성분의 상대적인 값을 계산한다. 거제시 일운면에 위치하는 연구지역 시추공을 대상으로 수리간섭 시험을 실시하여 암반의 이방성을 추정하였으며 BIPS 검층자료로부터 프로그램에 의하여 산정된 이론값과 비교, 분석하여 프로그램의 현장 적용성을 평가하였다. 수리간섭시험을 통하여 추정한 연구지역 암반의 수평적인 이방성비와 주축방향은 2.8 및 $N77^{\circ}CE$인 반면, 프로그램을 적용하여 산정한 값은 3.0 및 $N63^{\circ}CE$로 나타냈다. 두 결과가 불일치한 이유로는 수리간섭시험 해석결과의 신뢰성, EPM모델 및 3승법칙의 현장 적용성, 프로그램에서 가정한 단열의 크기-두께 관계식의 단순화 등의 문제점을 들 수 있다. 개발된 프로그램은 투수율텐서를 계산하는 초기모델로서 단열면의 거칠기, 충전물질의 충전정도 및 수리특성을 반영하는 수리인자의 적용을 통한 개선이 요구되며, 암반의 투수성이 양호하며 시추공 간의 거리가 가까운 연구지역에서 시추공간 수압시험을 실시할 때 3차원의 현장적용성 평가가 가능할 것으로 판단된다.

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사질토 지반에 설치된 버킷기초 및 얕은기초의 수직지지력 산정 (Evaluation of Vertical Bearing Capacity for Bucket and Shallow Foundations Installed in Sand)

  • 박정선;박두희;지성현;김동준
    • 한국지반환경공학회 논문집
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    • 제16권9호
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    • pp.33-41
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    • 2015
  • 사질토 지반에 설치된 버킷기초의 수직지지력은 주면마찰력과 선단지지력의 합으로 산정할 수 있다. 하지만 수직하중 작용 시 나타나는 주면마찰력 감소와 선단지지력 증가의 특징을 정확하게 고려할 수 있는 설계식이 없으며, 실제와 같은 사질토 지반의 비관련흐름 특성이 반영되어야 한다. 본 연구에서는 2차원 축대칭 유한요소해석으로 사질토 지반에 설치된 원형 버킷기초의 수직지지력을 다양한 지반 마찰각과 기초 크기에 대하여 산정하였다. 해석 결과의 극한지지력을 주면마찰력과 선단지지력으로 분리하여 특징을 분석한 후 각각의 설계식을 도출하였다. 버킷기초의 주면마찰력은 선단지지력에 비해 크기가 매우 작고 말뚝 설계식과 차이가 근소하므로 이를 동일하게 사용하였다. 주면마찰력의 영향으로 얕은기초의 지지력보다 증가하는 버킷기초의 선단지지력은 기존의 설계식을 수정하여 적용할 수 있도록 해석 결과를 토대로 새로운 형상-깊이계수($s_q{\cdot}d_q$)를 제안하였다. 또한 관련흐름법칙을 적용하여 제안된 기존의 얕은기초 형상계수와 깊이계수는 실제 사질토 지반에서의 지지력을 과대예측하므로 비관련흐름 특성을 반영한 형상-깊이계수를 사용하여 지지력을 예측해야 한다.

PFC를 이용한 입자 파쇄 모델의 적용성 연구 (Applicability of Particle Crushing Model by Using PFC)

  • 정선아;김은경;이석원
    • 한국지반신소재학회논문집
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    • 제9권1호
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    • pp.47-57
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    • 2010
  • 기초 지반이나 댐, 사면 등을 건설할 경우, 성토재로 입자 크기가 큰 조립 재료를 많이 사용하고 있다. 따라서 이러한 조립재료의 전단 거동은 구조물의 안정성에 영향을 미치게 된다. 예를 들어, 구조물과 입자의 접촉면 혹은 입자들간의 접촉면에서 발생하는 입자 파쇄는 전체 지반의 특성을 변화시키고 따라서 구조물의 안정성에 문제를 유발할 수 있다. 본 연구에서는 입자의 파쇄 유무에 따른 전단 거동의 특성을 파악하기 위해 개별요소법(DEM, Distinct Element Model)을 기반으로 하는 수치해석 프로그램 PFC2D를 이용하여 직접전단실험을 재현하였다. 입자의 모델을 파쇄 모델과 비 파쇄 모델로 구분하여 총 4개의 모델을 모사하고 그 결과를 분석하였다. 비 파쇄 모델에는 one ball 모델과 clump 모델이, 파쇄 모델에는 cluster 모델과 Lobo-crushing 모델을 적용하였다. 입자의 구성은 Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)가 제안한 8개 입자의 조합으로 구성하였다. 해석 결과, 내부마찰각 순서는 clump 모델 > cluster 모델 > one ball 모델 순이며, 전체를 비교해 봤을 때 원형입자모델보다 입자 결합모델이, 파쇄 모델보다 비 파쇄 모델의 내부마찰각이 크게 나타났다. 또한 기존에 제시된 Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)의 모델은 입자 파쇄 거동을 모사하기에는 부적합하다는 결론을 얻을 수 있었다.

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고주파수 파워흐름 문제의 아이소-지오메트릭 형상 최적설계 (Isogeometric Shape Design Optimization of Power Flow Problems at High Frequencies)

  • 윤민호;하승현;조선호
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제27권3호
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    • pp.155-162
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    • 2014
  • 본 논문에서는 아이소-지오메트릭 해석법을 이용하여 고주파수를 가지는 파워흐름 문제에 대하여 연속체 기반 형상 최적 설계를 수행하였다. 아이소-지오메트릭 기법을 형상 최적설계에 적용하면, CAD 기하 모델링에서 쓰이던 NURBS 기저 함수가 직접 쓸 수 있기에 정확한 기하학 정보가 수치계산에서 고려되고, 이에 따라 형상 최적설계 관점에서 볼 때, 전통적인 유한요소법에 비해 향상되고 부드러운 설계 섭동량을 가지는 설계 매개화가 가능하게 된다. 즉, 정확한 기하 모델이 응답 해석과 설계민감도 해석에 쓰이게 되고, 이에 따라 설계영역 전체에서 법선 벡터와 곡률이 연속적으로 되게 된다. 결과적으로 정밀한 민감도 해석이 가능하게 된다. 몇 가지 수치예제를 통하여 개발된 아이소-지오메트릭 설계민감도가 유한차분 설계민감도와 비교하여 정확성을 확인할 수 있었으며, 형상 최적설계 문제를 통해서 본 방법론을 적용하여 검증하였다.

벽방산 산림식생의 군락분류와 군락생태 (Syntaxonomical and Synecological Research of Forest Vegetation on Mt. Byeokbang)

  • 최병기;허만규;김성열
    • 생명과학회지
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    • 제25권6호
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    • pp.646-655
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    • 2015
  • 벽방산의 산림식생에 대한 식물사회학적 연구를 수행하였다. 연구결과 벽방산은 3개 상관형의 9개 단위식생이 분포하고 있는 것으로 확인되었다. 연구지역 단위식생은 상록침엽수림의 해송-사스레피나무군락, 소나무-자금우군락, 하록활엽수림의 졸참나무-홀아비꽃대군락, 신갈나무-우산나물군락, 상수리나무군락, 소사나무군락, 굴참나무-쇠물푸레나무군락, 비목-물참대군락, 인공조림식생의 사방오리나무식재림 등으로 구분되었다. 벽방산은 지역 최고봉임에도 불구하고 산지 전역이 숲 가꾸기사업, 등산객, 조림 및 육림 등에 의해 직/간접적으로 인위적 간섭을 받고 있는 것으로 확인되었다. 연구지역 내 식생형 가운데 상대적으로 자연성이 높은 단위식생은 산지대 사면 중부에서 출현하는 졸참나무-홀아비꽃대군락, 전석지에서 확인된 비목-물참대군락 등이며, 산지능선부의 암석노출지를 중심으로 위극상의 천이계열에 해당하는 특산식물군락인 소사나무군락이 분포하고 있었다. CCA분석 결과, 각 단위식생의 발달은 해발고도, 인간간섭, 낙엽부식층, 암석노출율, 경사도 등에 영향을 받는 것으로 확인되었다. 단위식생의 종조성에 대한 집괴분석 결과로부터 벽방산 산림식생은 인위식생, 이차식생, 근자연식생으로 구분되며, 식생의 발달정도, 토지적 특성, 인위적 식재 및 관리 유무 등에 의해 삼림이 구성되고 있는 것으로 확인되었다.

Gradual Bilinear Method를 이용한 사장교의 케이블 손상응답 해석 (Abnormal Response Analysis of a Cable-Stayed Bridge using Gradual Bilinear Method)

  • 김병철;박기태;김태헌;황지현
    • 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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    • 제18권6호
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    • pp.60-71
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    • 2014
  • 대표적인 장대교량 형식인 사장교는 공용 중에 케이블 손상이 발생하는 경우 전체 구조계의 손상을 유발할 수 있으므로 신속한 유지관리가 필요하다. 손상발생 이후 대응시간을 가능한 단축하기 위해서 손상신호로부터 직접 이상거동을 판단할 수 있는 알고리즘에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이상거동 감지 알고리즘의 정확도를 향상시키기 위해서는 구조물의 다양한 손상에 대한 충분한 양의 계측결과가 필요하다. 그러나 공용중인 교량에 손상을 주어 이상거동을 계측할 수 없으므로 수치적인 방법으로 이상거동을 모사하는 것이 효율적인 대안이 될 수 있다. 사장교 케이블의 손상을 모사하는 지금까지의 연구는 케이블의 강성변화를 단순한 장력변화로만 모사하여 해석하는 방법이 주를 이루었다. 이러한 해석방법은 설계목적의 정밀도는 확보할 수 있지만 케이블의 손상에 의한 구조물의 정확한 응답을 재현하지 못한다. 본 연구는 사장교의 손상을 모사하기 위해 강성 및 질량의 변화를 고려하는 직접적분법 Gradual Bilinear Method (GBM)을 제안하고 해석프로그램을 개발하였다. 개발된 해석방법을 단순모델을 이용하여 검증하고 실제 사장교모델을 이용하여 손상시각 및 손상지연시간에 따른 응답의 변화를 관찰하였다. 수행된 연구결과는 향후 건축/대형구조물의 안전관리를 위한 고정밀도 이상거동 감지알고리즘을 개발하고 검증하는데 활용될 수 있다.

초간편 H형강 강합성 교량의 성능평가를 위한 수치해석 및 실험 연구 (A Numerical and Experimental Study on Structural Performance of Simplified Composite Steel I-Beam Bridge)

  • 박종섭;김재흥;이선호
    • 대한토목학회논문집
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    • 제32권3A호
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    • pp.161-169
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    • 2012
  • 본 연구에서는 중 소규모 교량에 적용이 가능한 초간편 H형강 강합성 교량의 안전성 및 성능평가를 위하여 유한요소해석 및 종국강도실험을 수행하였다. 범용유한요소해석 프로그램 ABAQUS(2007)를 사용하여 강합성 단위주형 모델과 4주형 모델이 검토되었으며, 해석결과를 토대로 모델별 거동특성을 분석하고, 실험체에 설치될 변위계(LVDT)와 변형률 게이지 위치를 결정하였다. 두 개의 실험체 정적하중실험을 통하여 신형식 초간편 H형강 강합성 교량의 하중 횡분배율을 분석 및 제안하였다. 강합성 단위주형 실험체의 H형강 하부플랜지가 항복응력에 도달하는 시기의 재하하중은 500 kN으로 나타났으며, 실험체 종국하중은 840 kN이다. 강합성 4주형 실험체 재하하중에 의한 항복모멘트와 소성모멘트는 도로교설계기준(2005)을 토대로 산정된 활하중 설계모멘트에 각각 2.4배, 4.1배의 강도를 나타내었다. 초간편 H형강 강합성 교량 실험을 통하여 본 신형식 교량은 시공 중 및 시공 후 안전성과 강도가 충분히 발휘됨을 확인할 수 있었다.

연속지지 RC 깊은 보의 부정정 스트럿-타이 모델 및 하중분배율 (I) 모델 및 하중분배율의 제안 (Indeterminate Strut-Tie Model and Load Distribution Ratio of Continuous RC Deep Beams (I) Proposal of Model & Load Distribution Ratio)

  • 김병헌;채현수;윤영묵
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제23권1호
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    • pp.3-12
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    • 2011
  • 철근콘크리트 깊은 보의 거동은 전단경간비, 휨철근비, 하중점과 지지점의 조건, 그리고 사용재료의 성질 등의 여러 변수간의 복합적인 역학관계로 인해 매우 복잡하다. 이 논문에서는 이러한 깊은 보의 거동 특성을 모두 반영하여 연속지지 철근콘크리트 깊은 보의 설계를 수행할 수 있는 부정정 스트럿-타이 모델을 제안하였다. 또한 현 스트럿-타이 모델 설계기준을 부정정 스트럿-타이 모델을 이용한 연속지지 철근콘크리트 깊은 보의 설계에 합리적으로 적용하기 위해 외부하중에 대한 단부 지지점 반력의 비인 반력분배율과 수직 트러스 메커니즘에 의해 전달되는 외부하중의 크기 즉 부정정 스트럿-타이 모델의 하중분배율을 제안하였다. 하중분배율의 결정 시 연속지지 철근콘크리트 깊은 보의 전단에 대한 연성파괴거동을 확보하기 위하여 깊은 보의 전단저항 메커니즘을 구성하는 콘크리트 스트럿과 수직철근타이가 동시에 파괴된다는 전단평형철근비 개념을 도입하였으며, 다양한 수치해석 결과를 바탕으로 연속지지 깊은 보의 강도 및 거동에 영향을 미치는 전단경간비, 휨철근비, 그리고 콘크리트의 압축강도 등의 주요설계변수를 고려하였다. 이 논문의 후속편에서는 기존의 여러 설계방법들과 이 연구에서 제안한 방법을 이용하여 파괴실험이 수행된 다양한 종류의 연속지지 깊은 보의 강도를 평가하고, 이 연구에서 제안한 방법의 적합성을 검증하였다.