• Wind and Structures
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• 제13권2호
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• pp.191-206
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• 2010

Windborne debris is a major cause of structural damage during severe windstorms and hurricanes owing to its direct impact on building envelopes as well as to the 'chain reaction' failure mechanism it induces by interacting with wind pressure damage. Estimation of debris risk is an important component in evaluating wind damage risk to residential developments. A debris risk model developed by the authors enables one to analytically aggregate damage threats to a building from different types of debris originating from neighboring buildings. This model is extended herein to a general debris risk analysis methodology that is then incorporated into a vulnerability model accounting for the temporal evolution of the interaction between pressure damage and debris damage during storm passage. The current paper (Part I) introduces the debris risk analysis methodology, establishing the mathematical modeling framework. Stochastic models are proposed to estimate the probability distributions of debris trajectory parameters used in the method. It is shown that model statistics can be estimated from available information from wind-tunnel experiments and post-damage surveys. The incorporation of the methodology into vulnerability modeling is described in Part II.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권3호
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• pp.163-170
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• 2013

본 논문에서는 낙동강 하구역 진우도 자연해빈을 대상으로 해안표착물과 식생대 전선의 상관성 및 상호거동에 대하여 연구하였다. 해안표착물과 식생대 주변의 비사에 의한 퇴적 특성을 고찰하기 위해 현장 바람과 바닥조건을 고려하여 실내 풍동실험을 수행하였다. 본 연구에서 고려하는 주요 영향은 해안표착물과 식생대 주변의 바람에 의한 모래의 퇴적현상이다. 해안표착물에 대한 실험결과로서, 모형 전면부터 퇴적되고 퇴적된 높이가 모형의 70% 정도 퇴적되었을 때 모형 후면이 퇴적되는 양상이 나타났다. 이에 반해, 식생을 대상으로 한 실험에서는 모형 전면보다 후면이 먼저 퇴적되고, 후면이 전면보다 60%정도 더 높게 쌓이는 양상이 나타났다.

• Wind and Structures
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• 제13권2호
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• pp.207-220
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• 2010

The 'chain reaction' effect of the interaction between wind pressure and windborne debris is likely to be a major cause of damage to residential buildings during severe wind events. The current paper (Part II) concerns the quantification of such pressure-debris interaction in an advanced vulnerability model that integrates the debris risk model developed in Part I and a component-based wind-pressure damage model. This vulnerability model may be applied to predict the cumulative wind damage during the passage of particular hurricanes, to estimate annual hurricane losses, or to conduct system reliability analysis for residential developments, with the effect of windborne debris fully considered.

• Wind and Structures
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• 제22권1호
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• pp.17-41
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• 2016

To address the uncertainty of the flight trajectories caused by the turbulence and gustiness of the wind field over the roof and in the wake of a building, a 3-D probabilistic trajectory model of flat-type wind-borne debris is developed in this study. The core of this methodology is a 6 degree-of-freedom deterministic model, derived from the governing equations of motion of the debris, and a Monte Carlo simulation engine used to account for the uncertainty resulting from vertical and lateral gust wind velocity components. The influence of several parameters, including initial wind speed, time step, gust sampling frequency, number of Monte Carlo simulations, and the extreme gust factor, on the accuracy of the proposed model is examined. For the purpose of validation and calibration, the simulated results from the 3-D probabilistic trajectory model are compared against the available wind tunnel test data. Results show that the maximum relative error between the simulated and wind tunnel test results of the average longitudinal position is about 20%, implying that the probabilistic model provides a reliable and effective means to predict the 3-D flight of the plate-type wind-borne debris.

• 대한토목학회논문집
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• 제40권1호
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• pp.105-110
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• 2020

태풍 등과 같은 강풍에 의한 비산물로부터 구조물과 인명의 피해를 최소화하기 위해서는 비산물의 비행 시작 풍속을 예측할 수 있어야 한다. 본 연구의 목적은 강풍 시 비산물의 비행시작 풍속을 예측하기 위한 방법과 예측에 필요한 데이터를 제공하는 것이다. 이를 위해 힘의 평형방정식으로부터 비산물의 비행 시작 풍속 예측식을 제시하였다. 또한 예측식에 필요한 공기력계수를 산출하기 위해 풍동실험을 수행하여 비산물의 길이와 높이의 비에 따른 공기력계수를 측정하고, 아울러 비율에 따른 공기력계수를 계산할 수 있는 경험식을 제시하였다. 예측 비행 시작 풍속을 검증하기 위해 풍동에서 자유비산 실험을 수행하여 비산물의 비행 시작 풍속을 측정하였다. 비산물의 길이와 두께의 비가 10 미만인 경우에는 주로 미끄러짐에 의해 비행이 시작되었고, 10 이상인 경우에는 주로 전도에 의해 비행이 시작되는 것으로 나타났다. 실제 비행 시작 풍속은 예측 풍속과 전반적으로 일치하나 약 20~30 % 낮았다. 이는 도류판 표면의 경계층 흐름 및 시험체의 변형 등이 원인으로 추정되며, 향후 예측 정확도를 높이기 위한 추가 연구가 필요하다.

• 국제학술발표논문집
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• The 9th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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• pp.436-442
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• 2022

Hurricanes and tornadoes are the most destructive natural disasters in some central and southern states. Thus, storm shelters, which can provide emergency protections for low-rise building residents, are becoming popular nowadays. Both FEMA and ICC have published a series of manuals on storm shelter design. However, the authors found that the materials for related products in the market are heavyweight and hard to deliver and install; renovations are necessary. The authors' previous studies found that lightweight and high-performance composite materials can withstand extreme wind pressure, but some building codes are designated in wind-borne debris areas. In these areas, wind debris can reach greater than 100 mph speed. In addition, the impact damage on the composite materials is an increasing safety issue in many engineering fields; some can cause catastrophic results. Therefore, studying composite structures subjected to wind debris impact is essential. The finite element models are set up using the software Abaqus 2.0 to conduct the simulations to observe the impact resistance behavior of the carbon fiber composite sandwich panels. The selected wood debris models meet the FEMA requirements. The outcome of this study is then employed in future lab tests and compared with other material models.

• Wind and Structures
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• 제13권2호
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• pp.95-108
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• 2010

This review paper discusses research from the last few years relating to windborne debris risk models and the essential elements of engineering damage prediction models. Generic types of windborne debris are discussed. The results of studies of debris trajectories that are relevant to damage models are described - in particular the horizontal component of debris velocity as a function of distance travelled. The merits of impact momentum versus impact kinetic energy as a relevant parameter for predicting damage are considered, and how published data from generic cannon Impact tests can be used in risk models. The quantitative variation of debris impact damage with wind speed is also discussed. Finally the main elements of previously-proposed debris damage models are described.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제5권3호
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• pp.3-9
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• 2002

홍수시 강에서 유임되는 폐기물은 육상기인 해양폐기물의 상당량을 차지한다. 강에서 해양으로 유입된 폐기물은 침적폐기물과 부유폐기물로 구분되며, 부유폐기물은 바람이나 해수의 유통에 따라 타지역으로 이동 및 확산되는 특성이 있다. 본 시험은 낙동강에서 유입되는 부유폐기물의 이동경로를 조사하기 위하여, DGPS가 장착된 3개의 부위를 제작, 낙동강 하구에서 투척, 매시간 이동경로를 확인하였다. 시험결과 낙동강에서 유출된 부유 폐기물은 다대포 항주위에 집적되거나 부산항을 거쳐 동해안으로 이동하는 것을 확인하였으며, 조류에 의한 영향보다 바람에 의한 취송류와 해류에 의한 영향이 지배적이었다. 본 시험의 결과를 해양연구원 해양시스템안전연구소에서 개발한 부유폐기물 확산모델(MAPCNTR)과 비교한 결과 비교적 잘 일치하였다.

• Wind and Structures
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• 제35권2호
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• pp.109-120
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• 2022

The force coefficients of rotating plates in the acceleration stage will vary with rotation rate from 0 to stable rotation rate w₀, which are important for quasi-steady theory of plate-like windborne debris to simulate the trajectory. In this paper, a wind tunnel experiment is carried out to study the effects of geometry and the Reynolds number on the variations of mean force coefficients of rotating plates. The rotational lift coefficients are sensitive to both geometry effect and Reynolds number effect, while the rotational drag and moment coefficients are only sensitive to geometry effect. In addition, new empirical formulas for the rotational lift coefficient and moment coefficients are proposed. Its accuracy is verified by comparing the predicted results with existing test data. Based on the experimental data of rotating plates, a new rotational force model for quasi-steady theory, which can be applied to a wider scope, is proposed to calculate the trajectory of plate-like windborne debris. The results show that the new model provides a better match with the tested trajectories than previous quasi-steady theories.

• 해양환경안전학회지
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• 제17권2호
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• pp.123-129
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• 2011

해양오염으로부터 해양환경 및 생태계를 보호하기 위해서는 해양쓰레기 발생 및 이동에 관한 집중적인 연구가 필요하다. 본 연구에서는 해안표착물의 조성과 발생원 분석을 통해 연간 발생량 및 특성에 대한 분석을 하였다. 전라남도 신안군 임자도 대광해수욕장을 대상으로 $100\;m{\times}20\;m$($=2,000\;m^2$) 구역을 설정하여 분포량 및 발생 특성을 분석한 결과, 2008년부터 2010년까지 총 1,445 kg의 해안표착물이 수거되었다. 가장 많은 양을 차자하는 품목은 플라스틱으로서 평균 46.5%, 스티로폼 20%, 목재 12.6% 등으로 나타났다. 외국 기인 발생량은 총 155.5kg으로 이중 90% 이상이 플라스틱류로 대부분 중국 기인의 플라스틱과 어업용 부표였다. 한편, 해안표착물의 발생량 변화를 파악하기 위해 해양 환경의 계절적 변화를 분석하였다. 2009년과 2010년은 북풍 계열의 풍향과 풍속이 우세한 계절에 발생 비율이 높았으며, 2008년은 조류의 흐름이 타 연도의 동일 계절과 달리 서향의 왕복성 흐름을 보인 여름철(7월)에 발생률이 40%(409개)로 가장 높게 나타났다. 외국 기인 해안표착물의 계절별 변화를 살펴보면 전체적으로 1윌, 5월에 발생률이 높았으며 11월이 다음으로 많은 양을 차지하였다. 한편, 2008년에는 여름철 (7월) 발생률이 46%로 가장 높은 데 비해 2009년과 2010년에는 4%의 가장 낮은 비율을 보임으로서 상반되는 결과를 나타내었다.