• Structural Engineering and Mechanics
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• 제24권6호
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• pp.647-664
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• 2006

In this study, an improved finite element formulation with a scheme of solution for the large deflection analysis of inextensible prismatic and nonprismatic slender beams is developed. For this purpose, a three-noded Lagrangian beam-element with two dependent degrees of freedom per node (i.e., the vertical displacement, y, and the actual slope, $dy/ds=sin{\theta}$, where s is the curved coordinate along the deflected beam) is used to derive the element stiffness matrix. The element stiffness matrix in the global xy-coordinate system is achieved by means of coordinate transformation of a highly nonlinear ($6{\times}6$) element matrix in the local sy-coordinate. Because of bending with large curvature, highly nonlinear expressions are developed within the global stiffness matrix. To achieve the solution after specifying the proper loading and boundary conditions, an iterative quasi-linearization technique with successive corrections are employed considering these nonlinear expressions to remain constant during all iterations of the solution. In order to verify the validity and the accuracy of this study, the vertical and the horizontal displacements of prismatic and nonprismatic beams subjected to various cases of loading and boundary conditions are evaluated and compared with analytic solutions and numerical results by available references and the results by ADINA, and excellent agreements were achieved. The main advantage of the present technique is that the solution is directly obtained, i.e., non-incremental approach, using few iterations (3 to 6 iterations) and without the need to split the stiffness matrix into elastic and geometric matrices.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.20-24
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• 2020

The purpose of this analytic study is to design and examine an efficient hydrogen liquefaction cycle by using a pre-cooler. The liquefaction cycle is primarily comprised of a pre-cooler and a refrigerator. The fed hydrogen gas is cooled down from ambient temperature (300 K) to the pre-cooling coolant temperature (either 77 K or 120 K approximately) through the pre-cooler. There are two pre-cooling methods: a single pre-coolant pre-cooler and a cascade pre-cooler which uses two levels of pre-coolants. After heat exchanging with the pre-cooler, the hydrogen gas is further cooled and finally liquefied through the refrigerator. The working fluids of the potential pre-cooling cycle are selected as liquid nitrogen and liquefied natural gas. A commercial software Aspen HYSYS is utilized to perform the numerical simulation of the proposed liquefaction cycle. Efficiency is compared with respect to the various conditions of the heat exchanging part of the pre-cooler. The analysis results show that the cascade method is more efficient, and the heat exchanging part of the pre-coolers should have specific UA ratios to maximize both spatial and energy efficiencies. This paper presents the quantitative performance of the pre-cooler in the hydrogen liquefaction cycle in detail, which shall be useful for designing an energy-efficient liquefaction system.

• Journal of Welding and Joining
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• 제17권1호
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• pp.88-96
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• 1999

The effects of root gap on welding residual stress and deformation are dealt with the multi-pass weldment with three kinds(0, 6, 30mm) of root gap by F.E.M common code, and then compared with experiment data. In this analysis, an 100% ramp heat input model was used to avoid numerical convergence problem due to an instantaneous increase in temperature near the fusion zone, and the effect of a moving arc in a two dimensional plane was also included. During the analysis, a small time increment was applied in a period with instantaneous temperature fluctuation while a large time increment was used in the rest period. The residual stress is distributed as symmetric types and maximum value is also equivalent when the weldment with 0mm and 6mm root gap is welded. In the case of 30mm root gap welding, the distribution of the residual stress extends over a wide range as asymmetric types due to the built-up weld, and most of the residual stress is biased in the side of a built-up weld part. In case of 0mm gap welding and 6mm gap welding, a little angular distortion occurs, but the level of deformation is small. When the weldment with 30mm root gap is welded, the angular deformation of the asymmetric types, however, occurs larger than the other specimens. The experimental and the analytic results show good coincidence and indicate that the welding residual stress and deformation distribution of 30 mm root gap specimen may be asymmetric and the amplitude is larger than those of root gap specimen under standard.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권1호
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• pp.61-72
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• 2016

얕은 비피압 충적층이 대부분인 우리나라 해안지역 대수층에서의 흐름과 분산을 분석하기 위하여, 비선형 Boussinesq 방정식에 대한 FDM 수치해석 모형을 개발하고, 이와 관련한 분석, 검증을 수행하였다. 수치해석 과정에서 비선형 문제를 해결하기 위하여 반복법을 사용하였으며, 수치모형은 자유 지하수면과 바닥의 굴곡을 고려하는 평면 2차원 모형이므로, 결국 3차원 형태를 나타낸다. 모형의 검증을 위해서, 흐름방정식의 경우 Lee (1989)가 제시한 급상승 혹은 급하강의 경계조건을 갖는 1차원 부정류 해석해와 비교하여 거의 일치하는 결과를 나타내었으며, 분산방정식의 mass balance 산출 결과는 10% 내외의 오차범위를 나타내었다. 개발된 모형은 비피압 대수층에서의 흐름 및 분산에 대한 평가 및 설계에 이용될 수 있다. 지하댐이 설치되어 있는 쌍천 하구역에서 본 모형을 적용하여 역해석에 의하여 관련 매개변수를 도출한 결과 투수계수는 90m/day, 종분산지수는 15 m로 산출되었다. 도출된 매개변수를 대상지역에 적용하여 갈수기를 기준으로 분석한 결과, 양수정은 7호 양수정을 제외하고는 서로 영향권 내에 있는 것으로 나타났다. 대수층을 통한 해안유출량은 $3700m^3/day$로 산출되었다. 또한 지하댐이 없을 경우 양수정의 염소이온($cl^-$) 농도는 1000 mg/L 이상 증가하는 것으로 나타나 지하댐의 역할이 큰 것으로 분석되었다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.141-149
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• 2009

본 논문에서는 준정적 FDTD 기법을 FORTRAN 프로그래밍을 통해 직접 구현하고 이를 이용해 중간주파수 대역의 인체유도전류 분포를 해석하였다. 제작된 프로그램의 타당성을 검증하기 위하여 기존 FDTD 기법을 적용하기 어려운 테스트 모델에 대한 계산결과를 이론적 해와 비교하고, 타임스텝이 크게($5.68{\times}10^6$배) 단축되는 것을 확인하였다. 검증된 수치해석 기법을 이용하여 20[kHz] 자기장과 1[MHz] 전기장에 노출된 3차원 고해상도 인체모델에 유기되는 유도전류의 분포를 계산하고, 양 발의 접지조건이 유도전류의 분포와 크기에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구는 인체유도전류의 안전성 평가, 생체전기 응용 진단장치 개발 등을 포함한 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

• 한국해양공학회지
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• 제23권1호
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• pp.89-95
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• 2009

The purpose of the present study was to evaluate the safety under extreme environmental conditions and the dynamic safety under service environment conditions, of oceanographic buoy mooring systems consisting of a variety of materials, including chain, wire rope, nylon rope, and polypropylene rope. For the static safety assessment of a mooring system, after the calculation of external forces and the division of a mooring system into finite elements, the numerical integral was conducted to yield the elemental static tension until satisfying the geometrical convergence condition. To evaluate the dynamic safety, various processes were considered, including data collection about the anticipated areas for mooring, a determination of the parameters for the interpretation, the interpretation of the dynamic characteristics based on an analytic equation that takes into account the heave motion effect of a buoy hull and a mooring system, and a fatigue analysis of the linear cumulative damage. Based on the analysis results, a supplementary proposal for a wire rope that has a fracture in an actual mooring area was established.

• 대한기계학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.642-651
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• 1988

본 연구에서는 정적 혹은 동적인 하중을 받는 탄성체의 변위, 응력 등을 구할 수 있는 유한요소해석을 하였다. 이 경우에 얻어지는 대수적인 운동방정식은 비선형 적이지만 증분응력이 미소한 경우에는 선형화될 수 있다.따라서 유한요소식의 해법 도 선형적인 경우와 비선형적인 경우로 나누어 생각한다.선형문제에 대한 해법으로 는 (1) 정하중:Gauss소거법, (2) 동하중:모우드에 대한 해석 또는 Newmark의 직접적분 법을 사용했고, 비선형적인 문제에 대한 해법으로는 (1) 정하중:Newton-Raphson반복법, (2) 동하중 :Newton-Raphson 반복법에 의거한 Newmark의 직접적분법을 사용하였다. 비선형적인 문제의 풀이시에는 Newton-Raphson방법으로 반복하여 계산하면서 외력과 등가절점하중의 평형이 이루어지도록 하므로 상당히 많은 양의 계산이 필요한데, 이때 서로 종류가 다른 강성매트릭스의 수치적분시 각기 다른 차수의 Gauss-Legendre 적분 을 시도하여, 발생된 오차 및 계산시간의 변동 등을 고찰하므로써 계산량의 감소방안 을 찾아 보았다. 또한 초기응력이 균일한 경우, 선형해와 비선형해를 비교함으로써 증분응력의 영향을 무시하는 선형해석의 적용타당성을 검토하였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제35권3C호
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• pp.314-319
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• 2010

처프 확산 대역 (chirp spread spectrum: CSS) 기술은 넓은 주파수 대역에 걸쳐 데이터를 확산하는 기술로, 다중 경로 페이딩에 강인한 특성을 보인다. 이로 인해 무선 통신 분야에서 크게 주목받고 있다. 하지만 다중 경로 페이딩 환경에 따른 CSS 시스템의 성능에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 본 논문에서는 다중 경로 페이딩 채널이 직접 변조 (direct modulation: DM) M진 위상 편이 방식 (M-ary phase shift keying: MPSK) 시스템에 미치는 영향에 대해 알아본다. 채널 환경은 레일레이 페이딩을 가정하고, 덧셈 꼴 백색 가우시안 잡음의 (additive white Gaussian noise: AWGN) 영향을 받은 chirp 신호의 이론적인 심볼 에러율을 (symbol error rate: SER) 구한다. 그리고 실험적인 결과를 통해 이론적인 SER이 실험적인 SER과 일치함을 확인한다.

• 한국가스학회지
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• 제23권2호
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• pp.1-8
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• 2019

근래 환경 문제가 이슈화됨에 따라, 수소 에너지에 대한 관심 역시 빠르게 집중되고 있다. 특히 국내에서는 수소 에너지의 보급을 위하여 정부 주도 하, 수소전기차 및 수소충전소의 확산이 탄력을 받고 있다. 그러나 수소 에너지의 도입 취지에 부합하는, 실질적인 국내 환경성에 대한 기여도가 평가되어야 하지만, 기존 $CO_2$ 배출량 분석 방법의 대부분은 미국의 에너지 환경을 대표하여 개발되었으므로, 국내 현실에 그대로 적응하기에는 한계가 존재한다. 따라서 본 논문에서는 국내에서 수소 생산 시 배출되는 $CO_2$ 배출량을 평가하는 방식으로, 물질 수지 기반의 수치 계산 분석을 제안한다. 제안한 방법을 바탕으로 천연가스, LPG, 나프타를 원료로 개질 반응 및 전기분해, COG를 활용한 수소 생산 시 국내에서 발생하는 $CO_2$ 배출량을 분석하였다. 또한, 해당 결과를 GREET 프로그램 분석 결과를 비교하여 제안한 방법의 신뢰성을 확인해보았다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제12권2호통권45호
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• pp.187-196
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• 2000

본 연구의 목적은 비등방성 원통형 쉘이 원통길이방향으로 압축하중을 받는 경우 면외방향 거동의 안정성에 대한 해석이다. 복합재료로 이루어진 비등방성 원통형 쉘의 안정성 해석은 해석적인 방법으로는 해를 얻을 수 없으므로 수치해석 기법중의 하나인 유한차분법을 사용하였다. 원통형 쉘은 기하학적 특성상 원통길이방향의 압축하중을 원주 방향의 면내거동으로 저항하는 구조형식이므로 원주방향 강성변화에 중점을 두고 연구를 수행하였다. 또한 비등방성 원통형 쉘이 원통길이방향으로 압축하중을 받는 경우에 발생하는 거동에 대한 예측이 힘들기 때문에 화이버 보강각도 변화, 곡률변화, 중심각 변화, 형상비 변화에 따른 안정성 문제를 연구하였다. 본 연구의 결과에 의하면 원통길이방향으로 압축하중을 받는 비등방성 원통형 쉘은 원주방향 강성에 의하여 안정성에 큰 변화가 있다는 것을 알 수 있었다. 그러므로 압축하중을 받는 비등방성 원통형 쉘은 원주방향에 대하여 보강하는 것이 쉘 구조의 안정성을 높일 수 있을 것으로 예측된다.