• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권6호
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• pp.551-568
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• 2024

The present study deals with static and dynamic behaviors including forced vibrations of an elastic rectangular nano plate on the two-parameter foundation. Firstly, the rectangular plate is assumed to be subjected to uniformly distributed and eccentrically applied concentrated loads. The governing equations of the problem are derived by considering the dynamic response of the plate, employing a series of the Chebyshev polynomials for the displacement function and applying the Galerkin method. Then, effects of the non-essential boundary conditions of the plate, i.e., the boundary conditions related to the shearing forces, the bending moments and the corner forces, are included in the governing equation of motion to compensate for the non-satisfied boundary conditions and increase the accuracy of the Galerkin method. The approximate numerical solution is accomplished using an iterative process due to the non-linearity of the unilateral property of the two-parameter foundation. The plate under static concentrated load is investigated in detail numerically by considering a wide range of parameters of the plate and the foundation stiffnesses. Numerical treatment of the problem in the time domain is carried out by assuming a stepwise variation of the concentrated load and the linear acceleration procedure is employed in the solution of the system of governing differential equations derived from the equation of motion. Time variations of the contact region and those of the displacements of the plate are presented in the figures for various numbers of the two-parameter of the foundation, as well as the classical and nano parameters of the plate particularly focusing on the non-linearity of the problem due to the plate lift-off from the unilateral foundation. The effects of classical and nonlocal parameters and loading are investigated in detail. Definition of the separation between the plate and the two-parameter foundation is presented and applied to the given problem. The effect of the lift-off on the static and dynamic behavior of the rectangular plate is studied in detail by considering various loading conditions. The numerical study shows that the effect of nonlocal parameters on the behavior of the plate becomes significant, when nonlinearity becomes more profound, due to the lift-off of the plate. It is seen that the size effects are significant in static and dynamic analysis of nano-scaled rectangular plates and need to be included in the mechanical analyses. Furthermore, the corner displacement of the plate is affected more significantly from the lift-off, whereas it is less marked in the time variation of the middle displacement of the plate. Several numerical examples are presented to examine the sensibility of various parameters associated with nonlocal parameters of the plate and foundation. Both stiffening and softening nonlocal parameters behavior of the plate are identified in the numerical solutions which show that increasing the foundation stiffness decreases the extent of the contact region, whereas the stiffness of the shear layer increases the contact region and reduces the foundation settlement considerably.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권5호
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• pp.619-628
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• 2010

차세대 의료기기 시장을 변화시킬 것으로 기대되는 형상기억합금(SMA) 기반의 최소침습용 의료기기는 시술자의 손동작과 같은 유연성과 섬세함을 구현할 수 있는 장점이 있다. 그러나 SMA의 비선형 열전기적 특성으로 인해 SMA 기반 차세대 의료기기 엑추에이터는 자유로운 방향조종 구현이 제한적이고 상용화에 있어서 큰 한계성으로 작용한다. 본 논문은 SMA의 효과적인 온도제어를 위해 전류-온도간의 개방루프 계단응답을 분석하고 1차 미분방정식 해와 비교하여 온도제어에 필요한 파라미터 $t_1$을 도출한 뒤 실험적으로 그 기능을 검증하였다. 또한 $t_1$은 전류를 입력으로 온도를 출력으로 하는 시불변 선형계의 특성함수의 폴(pole)이므로 주파수에 의한 온도제어에 관계된 파라미터인 것으로 나타났다. 본 논문의 결과는 SAM 기반의 차세대 의료기기 액추에이터의 효과적인 위치제어 설계에 응용될 수 있다.

• 방송공학회논문지
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• 제1권2호
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• pp.176-187
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• 1996

본고는 로보트 팔의 선단에 부착된 카메라에 의하여 촬영된 일련의 스테레오 영상을 이용하여 운동물체의 3차원 자세 (위치와 방향)를 정확히 추정하는 방법을 다룬다. 본고는 이미 발표된 바 있는 연구결과를 확장한 것으로서[1], 2차원 영상의 측정잡음 뿐만아니라[1], 또한 로보트 팔의 죠인트 각도의 랜덤잡음이 함께 존재할 경우 world 좌표계 (또는 로보트 기지좌표계)를 기준으로 한 운동물체의 3차원 자세의 추정에 중점을 둔다. 이를 위하여, 다음 사항에 근거하여 선형 Kalman 필터를 유도한다. (1) 2차원 영상의 측정잡음이 3차원 공간으로 전파되는 것을 분석함으로써, 이에 기인한 물체좌표계의 방향오차를 카메라 좌표계를 기준으로 하여 모델링한다; (2) 죠인트 각도 오차에 의한 로보트 선단좌표계의 방향오차를 (1)의 결과와 결합하여 extended Jacobian matrix를 유도한다; 그리고 (3) 본질적으로 비선형인 물체의 회전운동을 quaternion을 도입함으로써 선형화 한다. 운동 파라메터는 추정된 quaternion으로부터 반복 최소자승 방법을 이용하여 계산된다. 모의실험 결과, 추정오차가 상당히 감소되고, 실제의 운동 파라메터가 참 값으로 정확히 수렴함을 알 수 있다.

• 수산해양기술연구
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• 제38권2호
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• pp.164-171
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• 2002

본 연구에서는 중층 트롤 어구 시스템의 운동을 예측하기 위한 운동방정식을 정의하였고 중층 트롤 어구 시스템의 운동을 유체역학적으로 해석하여 시뮬레이션에 적용하여 계산한 결과를 해상에서 실험한 결과들과 비교하여 시뮬레이션의 정확도를 검증하였다. 해상실험은 1997년 8월 28일부터 1997년 8월 30일까지 동해상(36$^{\circ}$05'N, 130$^{\circ}$25'2E~36$^{\circ}$20'N,130$^{\circ}$47'E)에서 부경대 실습선 가야호를 이용하여 실시하였다. 그 결과는 다음과 같다. 1. 중층 트롤 시스템의 운동을 해석하기 위해 사용된 운동 방정식은 m$_{i}$equation omitted/=f$_{i}$으로 기술하였고, 여기서 m과 /equation omitted/는 각각 질점 i의 질량과 가속도이며, f$_{i}$는 질점에 작용하는 힘이다. 2. 각 질점에 작용하는 힘은 내력과 외력으로 구성되며, 내력은 질점 사이에서 작용하는 힘으로 어구 시스템 구성에 사용된 각 종 줄과 그물실의 탄성에 의한 힘이며, 외력은 질점에 작용하는 저항, 부력 그리고 중력 등이다. 3. 시뮬레이션의 결과를 해상실험의 결과와 정량적으로 비교하기 위해 끌줄길이 250m, 예망속력 2m/s에서의 전개판 간격, 전개판 수심 망고 그리고 망폭을 비교하였다. 이 때 전개판 사이의 간격과 망폭은 계산치와 실험치가 거의 일치하며, 전개판의 수심과 망고는 각각 5m와 4m의 오차를 가지고 있었다. 4. 시뮬레이션 도중 끌줄의 길이, 예망속력, 부력 그리고 전개판 면적을 증가시키면서 어구의 형상을 계산한 결과를 앞선 해상 실험들의 결과와 비교하였다. 이 때 끌줄길이를 증가시킨 경우 어구의 예망수심이 깊어졌으며 전개판의 간격이 증가하였다. 예망속력을 증가시킨 경우 어구가 수면으로 부상하였으며 전개판의 간격이 줄어들었다. 부력을 증가시킨 경우에도 어구가 수면으로 부상하였으며 전개판의 간격과 망폭이 줄어들었다. 마지막으로 전개판의 면적을 증가시킨 경우에는 전개판의 전개력이 증가하여 전개판 사이 간격이 커지고 망폭이 증가하였다.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제32권11_12호
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• pp.692-704
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• 2005

컴퓨터 하드웨어의 급속한 발전으로 그래픽 프로세서 유닛(Graphics Processor Units : GPUs)은 굉장한 메모리 대역폭과 산술 능역을 보유하게 되어 범용 계산에 많이 활용되고 있으며, 특히 계산 집약적인 물리 기반 시뮬레이션(physics based simulation)의 GPU 구현이 활발하게 연구되고 있다. 물리 기반 시뮬레이션의 기본이 되는 미분방정식 풀이 과정에서 삼중대각행렬(tridiagonal matrix) 시스템은 유한차분(finite-difference) 근사에 의해서 자주 나타나는 선형시스템으로 물리 기반 시뮬레이션 관점에서 삼중대각행렬 시스템의 빠른 풀이는 중요한 연구 분야이다. 본 논문에서는 GPU에서 삼중대각행렬 시스템 풀이를 빠르게 구현할 수 있는 방법을 제안한다. 벡터 프로세서(vector processor) 계산에서 삼중대각행렬 시스템 풀이 방법으로 널리 사용되는 cyclic reduction 또는 odd-even reduction 알고리즘을 GPU에서 구현하였다. 본 논문에서 제안한 방법을 삼중대각행렬 시스템 풀이 방법으로 잘 알려져 있는 Thomas 방법과 GPU를 이용한 선형시스템 풀이에서 좋은 성과를 보이고 있는 conjugate gradient 방법과 비교할 때 상당한 성능 향상을 얻을 수 있었다. 또한, 열전도(heat conduction) 방정식, 이류 확산(advection-diffusion) 방정식, 얕은 물(shallow water) 방정식에 의한 물리 기반 시뮬레이션의 GPU 구현에 본 논문에서 제안한 방법을 사용하여 1024x1024 격자의 계산 영역에서 초당 35프레임 이상의 놀라운 성능을 보여주었다.

• 분석과학
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• 제10권1호
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• pp.66-74
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• 1997

지름 2.54cm, 길이 10cm인 유리관에 tyrosinase(EC. 1.14.18.1)를 입자의 크기 $550{\mu}m$인 탄소에 고정시켜 충진하고, 페놀과 산소를 기질로 사용하여 tyrosinase의 반응 특성을 조사하기 위해 axial dispersion 모델을 제안하였다. 본 논문에서 페놀의 농도는 55.5mM로 고정시키고 산소(2.7ppm, 5.4ppm, 그리고 9.5ppm)와 유속 (1~3mL/s)을 변화시키면서 탄소에 고정된 tyrosinase의 반응을 관찰하였다. 또한, Damkolher수를 계산하고 분산 특성과 식으로부터 효소반응 속도 및 분산의 영향을 예측하기 위해 수치적 해석을 하였다. 연구 결과 물질저항은 주로 외부 전달과 내부확산이었으며, 제안된 모델에서 Biot수는 64.25였다. 페놀은 1.0mL/s 정도의 느린 속도에서 산소의 농도가 높을수록 높은 전환율을 나타내었다. 한편, axial dispersion 모델과 plug flow 모델의 비교에서는 모두 같은 전환율을 나타내어 axial dispersion 모델이 반응속도와 무관함을 알 수 있었다.

• 환경영향평가
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• 제29권6호
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• pp.403-413
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• 2020

최적의 염소 소독 전략을 구축하기 위해 8개의 연립 준선형 편미분방정식으로 구성된 수학적 모형이 제안되었다. 다차원 수치 프로그램을 개발하기 위해 상류 가중 유한요소법을 사용하였다. 프로그램은 세 가지 유형의 반응기에서 측정된 농도에 대해 검증되었다. 16개의 실험 결과에 대해 경계 조건 및 반응 속도를 보정하여 측정된 값을 재생시켰다. 모델링 결과로부터 8개의 반응 속도계수가 추정되었다. 반응 속도계수는 pH 및 온도로 표현되었다. 반응 속도계수를 추정하기 위해 수치 오차의 제곱의 합을 최소화하는 자동 최적 알고리즘의 프로그램을 개발하고 모형에 결합하였다. 최종 사용지에서 염소 및 오염물의 농도를 최소화하기 위해서는 정수장의 염소소독공정으로부터 최종 사용지까지의 수질 변화를 모형에 의해 예측하고 이를 기반으로 유입수 수질에 따라 염소소독공정을 운영하는 실시간 예측 제어 시스템이 필요하다. 본 모형을 이용하여 정수장에 이러한 시스템을 구축할 수 있을 것이다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제33권10호
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• pp.1544-1557
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• 2020

Objective: Genomic selection (GS) is becoming popular in animals' genetic development. We, therefore, investigated the single-step genomic best linear unbiased prediction (ssGBLUP) as tool for GS, and compared its efficacy with the traditional pedigree BLUP (pedBLUP) method. Methods: A total of 9,952 males born between 1997 and 2018 under Hanwoo proven-bull selection program was studied. We analyzed body weight at 12 months and carcass weight (kg), backfat thickness, eye muscle area, and marbling score traits. About 7,387 bulls were genotyped using Illumina 50K BeadChip Arrays. Multiple-trait animal model analyses were performed using BLUPF90 software programs. Breeding value accuracy was calculated using two methods: i) Pearson's correlation of genomic estimated breeding value (GEBV) with EBV of all animals (r_M1) and ii) correlation using inverse of coefficient matrix from the mixed-model equations (r_M2). Then, we compared these accuracies by overall population, info-type (PHEN, phenotyped-only; GEN, genotyped-only; and PH+GEN, phenotyped and genotyped), and bull-types (YBULL, young male calves; CBULL, young candidate bulls; and PBULL, proven bulls). Results: The r_M1 estimates in the study were between 0.90 and 0.96 among five traits. The r_M1 estimates varied slightly by population and info-type, but noticeably by bull-type for traits. Generally average r_M2 estimates were much smaller than r_M1 (pedBLUP, 0.40 to0.44; ssGBLUP, 0.41 to 0.45) at population level. However, r_M2 from both BLUP models varied noticeably across info-types and bull-types. The ssGBLUP estimates of r_M2 in PHEN, GEN, and PH+ GEN ranged between 0.51 and 0.63, 0.66 and 0.70, and 0.68 and 0.73, respectively. In YBULL, CBULL, and PBULL, the r_M2 estimates ranged between 0.54 and 0.57, 0.55 and 0.62, and 0.70 and 0.74, respectively. The pedBLUP based r_M2 estimates were also relatively lower than ssGBLUP estimates. At the population level, we found an increase in accuracy by 2.0% to 4.5% among traits. Traits in PHEN were least influenced by ssGBLUP (0% to 2.0%), whereas the highest positive changes were in GEN (8.1% to 10.7%). PH+GEN also showed 6.5% to 8.5% increase in accuracy by ssGBLUP. However, the highest improvements were found in bull-types (YBULL, 21% to 35.7%; CBULL, 3.3% to 9.3%; PBULL, 2.8% to 6.1%). Conclusion: A noticeable improvement by ssGBLUP was observed in this study. Findings of differential responses to ssGBLUP by various bulls could assist in better selection decision making as well. We, therefore, suggest that ssGBLUP could be used for GS in Hanwoo proven-bull evaluation program.

• 한국식품영양과학회지
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• 제26권4호
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• pp.704-713
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• 1997

Simulation의 결과와 PAF식으로 계산된 성장기의 단백질 축적량과의 상대적 차이는 8.8%를 보여 본 연구의 타당성이 확인되었다. 성장률을 나타내는 총 체단백질량에 대한 단백질 축적량은 양질의 단백질을 섭취 할 경우 성장함에 따라 parabolic 형태를 띄나, 사료단백질의 질이 낮아짐에 따라 150일 simulation 기간내에 이러한 형태는 사라졌다. 성장하는 동안 단백질 회전의 두요소가 항상 병행하여 증가하였다 단백질 합성량과 분해량은 서로 병행하여 단백질 질에 따라 차이를 보였는데, 질이 높은 단백질을 섭취하였을 때 단백질 축적의 증가는 높은 단백질 합성량과 분해량에 의해 일어남 을 보여 주었다. 이는 근육단백질의 대사형태(5)를 반영하며, 그리하여 돼지의 총 단백질대사는 근육단백질에 의해 결정됨을 확인해 주었다. 그리고 단백질 질이 낮을 경우 매일의 단백질 대사율과 성장률이 저하할 뿐 아니라 성장지연도 일어남을 보여 주었다 본 연구에서 추정된 필수아미노산의 총 필요량은 28.1g이며, 일반적으로 돼지 사료의 제1 제한 아미노산인 lysine의 필요량은 4.2g이다. 이러한 아미노산 필요량은 NRC에서 권장하는 균형잡힌 아미노산 조성과 유사하다. 이와 같이 본 연구는 동위원소를 사용한 실험을 시행할 필요없이 simulation을 통해 다양한 질의 사료단백질에 따른 단백질 축적량에 대한 자료만으로 성장기의 단백질 회전률과 단백질대사의 동적행위를 나타내어 식이의 단백질 질의 변화에 적응하는 기전을 나타낼 수 있음을 보여주었다.