• 터널과지하공간
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• 제22권2호
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• pp.77-85
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• 2012

피로파괴는 반복적인 하중에 의해 재료 내에 균열이 발생하고, 진전함에 따라 재료의 물성이 약화되어 최종적으로 파괴에 이르는 현상을 말하며, 일반적으로 반복적인 하중이 가해지는 기계나 구조물 등은 피로파괴를 고려한다. 암반구조물의 경우 일반적으로 동적인 반복하중에 의한 피로파괴보다는 정적인 크립에 의한 피로 파괴를 경험하는 경우가 대다수이다. 그러나 압축공기와 같은 물질을 지하에 저장하는 경우 물질의 입 출에 의한 내부 압력의 변화가 발생하기 때문에 지하저장시설이 위치하는 암반과 내부 콘크리트의 동적 피로파괴 특성을 검토해야한다. 본 연구에서는 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동 내부에 설치되는 콘크리트 라이닝의 반복굴곡하중에 대한 물성변화와 플러그가 설치된 경계에서의 반복전단하중에 대한 물성변화를 실험적인 방법에 의해 알아보았다. 반복전단시험을 통해 적절한 수직응력에서 평면 인터페이스의 플러그도 역학적인 안정성을 확보할 수 있음을 알 수 있었다. 반복굴곡시험에서는 반복재하에 따른 콘크리트 라이닝의 강도저하 현상을 확인하였으며, 이로부터 S-N 곡선을 구하였다.

• 터널과지하공간
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• 제26권2호
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• pp.59-67
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• 2016

본 논문에서는 해저 하이드레이트 퇴적층에서의 메탄가스 생산 과정에서 발생 가능한 생산정 주변 단층의 재활성화 가능성을 수치해석을 통해 평가하고 재활성화에 따른 미소지진 규모를 예측한 결과를 소개하였다. 가스 생산에 의한 하이드레이트 퇴적층의 유효응력 변화 및 역학적 변형은 TOUGH+Hydrate 코드와 FLAC3D 코드를 순차적으로 연계해석함으로써 시뮬레이션하였다. 단층면 재활성화 기준은 모어쿨롱(Mohr-Coulomb)법칙이 유효한 것으로 가정하였다. 30일간의 시험생산 해석 결과, 감압에 의한 공극압력 감소 및 유효응력의 증가가 주변 단층의 활성화를 일으킬 가능성은 크지 않은 것으로 나타났다. 초기응력 조건에 따른 활성화 가능성을 활동마찰각으로 평가한 결과로부터 수평응력에 비해 수직응력이 상대적으로 큰 정단층 응력조건(normal fault stress regime)에서 단층 재활성화 가능성이 상대적으로 큰 것으로 파악되었다. 또한, 정단층 응력조건에서 단층 재활성화에 기인한 유도지진 발생규모를 모멘트 크기(moment magnitude)로 추정할 경우, 모두 음(-)의 값을 보여 인간이 감지하지 어려운 수준의 미소지진에 해당하는 결과를 보였다. 다만, 본 해석은 하이드레이트 생산과정에서의 단층재활성화 가능성 평가를 목적으로 한 해석기법 구축 및 그 적용성을 소개할 목적으로 상당히 단순화된 지질구조 모델을 가정한 결과이므로, 향후 하이드레이트 시험 생산 및 상업 생산 지역에서의 상세 지질구조, 입력 물성 및 생산 설계조건을 반영한 해석에서는 상이한 결과를 보일 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제24권2호
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• pp.176-186
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• 2014

절리면의 수리특성에 영향을 미치는 요소는 절리면의 거칠기, 절리면의 틈새, 충진물 등이 있다. 본 연구에서는 절리면의 거칠기에 따른 수리특성을 분석하고자 Barton and Choubey(1977)가 제안한 표준 프로파일을 이용하여 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 인공 프로파일을 생성시켰다. 표준 프로파일과 인공 프로파일을 조합하여 유동채널 모델을 제작하였으며, 최소 간극의 변화와 유동채널의 형상에 따른 수리특성을 수치해석적으로 분석하였다. 두 프로파일이 이루는 최소 간극지점을 통과한 이후 유동면적이 증가하는 지점에서 최대 유동률을 나타냈으며, 최소 간극이 증가할수록 최대 유동률은 감소하였다. 또한 유동채널의 형상과 유동채널내의 최소 간극 지점의 위치가 모델마다 상이하기 때문에 단위면적당 최대 유동률은 모델마다 다른 값을 나타내고 있었다. 유동채널 내의 역학적 간극과 수리적 간극은 1.07 ~ 3.00 배 정도의 차이를 나타내고 있으며, 본 수리해석에서 분석된 $A_i$ 값과 역학적 간극은 $e_m=0.519A^{0.7169_i}$의 관계를 나타내고, 수리적 간극은 $e_h=0.6182A^{0.239}_i$의 관계를 나타는 것으로 분석되었다.

• 터널과지하공간
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• 제16권2호
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• pp.166-178
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• 2006

암반구조물의 대형, 대단면화에 따라 자유면에 노출된 암반블록의 거동특성 평가가 더욱 중요해지고 있으며, 최근 들어 지진이나 발파, 고속철도의 운행에 의한 진동 등으로 야기되는 동적하중의 발생빈도가 증가하는 추세이므로 동적 하중조건 하에서 암반 절리의 거동특성 파악을 위한 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 거친 절리면의 동적 마찰거동 특성 파악을 위해 인공 인장절리시료를 제작하고 3차원 표면거칠기 측정을 통해 인장절리면의 거칠기 특성을 분석하였으며, 다양한 조건에서 진동대 시험을 수행하였다. 절리면이 맞물린 조건에서 경사시험을 통해 구한 한계 경사각과 진동하중 하에서의 임계가속도로부터 역산한 정적 마찰각을 비교한 결과 동하중 하에서 정적 마찰각이 평균 $2.7^{\circ}$ 정도 낮게 산정되는 경향을 보였다. 엇물린 상태에서 진동하중에 의해 미끄러지는 암석블록의 가속도 및 변위 계측결과를 블록거동 프로그램에 의한 결과와 비교하여 동적 마찰각을 산정하였는데 동적 마찰각 역시 한계 경사각에 비해 평균 $1.8^{\circ}$ 감소하는 결과를 얻었다. 미끄러짐 변위패턴을 4가지로 분류하였으며 이는 절리면의 1차 거칠기와 관련있는 것으로 나타났다. 절리면이 맞물린 상태에서 측정된 한계 경사각과 정적 마찰각은 2차 거칠기를 표현하는 파라미터인 평균 거 각과 상관성을 가지는 것으로 보이나, 엇물린 상태에서 측정된 한계 경사각과 동적 마찰각은 거칠기 파라미터와 특별한 상관성을 파악할 수 없었다. 진동대 시험에 의한 동적, 정적 마찰각은 직접전단시험에 의한 마찰각 결과보다 작게 산정되었다.

• 터널과지하공간
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• 제17권5호
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• pp.389-410
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• 2007

불연속면의 빈도가 높지 않은 견고한 암반의 경우 굴착시 공동 주변 영역에서의 파괴나 변형 특성은 형성되어 있는 초기응력 조건과 강도 특성에 절대적인 영향을 받는다. 과도한 초기응력장은 굴착 공동 주변에 점진적이고 국부적인 취성파괴를 유발시킴으로서 시공의 안정성과 경제성을 확보하는데 장애요인으로 작용할 수 있다. 이 논문에서는 응력 수준과 터널형상에 따른 공동 주변의 취성파괴 거동 특성을 파악하기 위해 축소된 터널 시험체를 이용한 이축압축시험과 입자 결합모델을 이용한 개별요소법의 일종인 $PFC^{2D}$ 해석에 의한 연구를 수행하였다. 실내 이축압축시험을 통해 취성파괴의 발생 영역과 형태 면에서 실제 암반 공동 주변에서 발생된 파괴 특성과 유사한 파괴 거동을 모사할 수 있었다. 모형시험체에 대한 이축압축시험 결과 최소 주응력 방향의 공동 단면 곡선부에서는 균열이 표면에서 개시된 후 내부로 진행되어 국부적인 노치형 파괴영역이 형성되었다. 이에 비해 모서리와 직선부의 경우 공벽 표면과 내부에서 발생된 균열들의 상호 연결, 결합에 의해 대규모의 노치형 분리면이 유도되고 곡선부에 비해 큰 파괴영역이 형성되는 것으로 조사되었다.

• 천문학논총
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• 제24권1호
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• pp.53-64
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• 2009

MIRIS is the main payload of the STSAT-3 (Science and Technology Satellite 3) and the first infrared space telescope for astronomical observation in Korea. MIRIS space observation camera (SOC) covers the observation wavelength from $0.9{\mu}m$ to $2.0{\mu}m$ with a wide field of view $3.67^{\circ}\times3.67^{\circ}$. The PICNIC HgCdTe detector in a cold box is cooled down below 100K by a micro Stirling cooler of which cooling capacity is 220mW at 77K. MIRIS SOC adopts passive cooling technique to chill the telescope below 200 K by pointing to the deep space (3K). The cooling mechanism employs a radiator, a Winston cone baffle, a thermal shield, MLI (Multi Layer Insulation) of 30 layers, and GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) pipe support in the system. Optomechanical analysis was made in order to estimate and compensate possible stresses from the thermal contraction of mounting parts at cryogenic temperatures. Finite Element Analysis (FEA) of mechanical structure was also conducted to ensure safety and stability in launching environments and in orbit. MIRIS SOC will mainly perform Galactic plane survey with narrow band filters (Pa $\alpha$ and Pa $\alpha$ continuum) and CIB (Cosmic Infrared Background) observation with wide band filters (I and H) driven by a cryogenic stepping motor.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권8호
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• pp.378-385
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• 2017

본 연구는 플라스틱 부품의 체결에 널리 활용되고 있는 스냅핏의 설계에 관하여 연구하였다. 이탈방지 기능이 우수한 이탈방지 스냅핏은 형상과 체결 메카니즘이 복잡하여 기존의 이론식에 기반한 체결력과 이탈력을 해석적으로 구할 수가 없다. 따라서 본 연구에서는 이탈방지 스냅핏에 대하여 체결 메커니즘을 분석하고, 실험계획법에 기반하여 체결력 및 이탈력을 측정하고, 분산분석을 통하여 회귀식을 도출하였다. 실험계획은 중심합성계획을 사용하였다. Polybutylene terephthalate를 이용하여 시편을 제작하여 미소인장시험기를 이용하여 체결력과 이탈력을 측정하였다. 설계인자는 Length, Width, Thickness, Interference 등 4개를 선정하였으며, 2차 회귀모형을 이용하여 체결력과 이탈력에 대한 회귀식을 도출하였다. Length와 Width가 증가할수록 체결력은 낮아졌으며, Thickness와 Interference는 증가할수록 체결력이 증가하였다. 이탈력은 체결력과 반대의 결과를 나타내었다. 유한요소법을 이용하여 체결 역학에 대하여 분석하였다. Width는 체결단계에서 단면관성모멘트의 증가를 통한 보의 강성 증가 효과 보다는, 오히려 길이 증가에 따른 연성증대로 인하여 체결력을 감소시키는 것으로 나타났다. 낮은 체결력과 높은 이탈력을 위한 인자들의 영향도는 서로 상반되는 것으로 나타났다. 적정 수준의 이탈력을 유지하면서 체결력을 최소화하는 설계가 필요한 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제29권4호
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• pp.230-242
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• 2019

신속한 암반 및 암석 균열 조사를 위해서는 자동화된 조사기법이 필요하다. 그러나 자동 조사기법의 균열 지도가 수동으로 조사한 것과 얼마나 일치하는지 표기하는 단일 지표가 없어서 그 정확도를 평가하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 균열 지도 간의 일치도를 단일 값으로 표현하는 조사선 교차 일치도 (Scanline Intersection Similarity, SIS)라는 지표를 새롭게 제안하였다. 제안된 지표는 두 균열 지도의 균열 빈도를 다수의 조사선 상에서 비교하여 이들 간의 기하학적 일치도를 도출한다. 해당 지표의 적용성을 검토하기 위해 컴퓨터 비전 (Computer Vision) 분야에서 널리 사용하는 일치도 지표인 Intersection Over Union (IoU)과 비교분석하였다. IoU는 균열의 미시적 형태 차이를 과대평가하는 반면에, 제안된 지표의 경우 미시적 형태 차이보다 경사와 같은 거시적 형태 차이를 더 민감하게 반영하였다. 따라서 균열의 거시적 형태가 중요한 암반 공학적 관점에서, 제안된 지표가 IoU 보다 균열 지도의 일치도 지표로써 적합하였다. 더 나아가 제안된 지표를 딥러닝(Deep Learning)을 이용한 균열 조사기법에 적용해본 결과, 해당 기법의 정확도가 조사선 교차 일치도로 0.674 임을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.270-288
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 역학적, 수리적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 해석해와의 비교를 통해 검증하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 본 연구에서는 사면체 개별 입자들을 이용하여 해석모델을 생성하고 3DEC을 이용하여 입자와 접촉에서의 거동을 해석하였다. 이 과정에서 등가연속체 개념을 적용해 입자기반모델의 미시물성을 산정할 수 있는 새로운 기법을 제시하였다. 한편, 균열 경사각과 거칠기, 경계응력조건 및 압력 조건에 따른 해석을 실시하여 각 해석조건이 균열의 수직, 전단방향 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 해석 결과, 제안된 수치모델은 경계응력에 따른 균열의 미끄러짐(fracture slip)과 유체 압력에 따른 균열의 개방(fracture opening), 균열 경사에 따른 응력 분포, 거칠기로 인한 전단변위의 구속 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 수치해석을 통해 계산된 균열의 수직방향, 전단방향 변위는 모두 해석해를 통해 계산된 값과 거의 일치하는 결과를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 다양한 조건의 실내시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.593-609
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 결정질 암석 내 포함된 균열의 열-역학적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 열에 의한 균열의 미끄러짐 거동을 해석하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 여기에서는 Voronoi diagram을 이용하여 다면체 개별입자의 집합체로서 해석모델을 생성하고, 입자 및 입자간 접촉에서 발생하는 열-역학적 거동을 개별요소프로그램인 3DEC을 통해 해석하였다. 암석 시험편의 탄성거동을 재현하기 위하여 등가연속체 개념을 적용하여 입자와 접촉의 미시물성을 산정하였으며, 균열에 상응하는 접촉에는 Coulomb slip model을 부여하여 인장강도와 전단강도를 갖는 불연속면을 모사하였다. 경계응력과 열응력에 의한 균열의 거동을 수치적으로 모델링하였으며, 경계조건에 따라 균열의 미끄러짐이 발생하는 열-역학적 메커니즘을 정량적으로 분석하였다. 해석 결과, 본 연구에서 제시한 해석모델이 암석 내 열팽창과 열응력의 증가, 균열 응력과 변위, 경계조건의 영향 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 실내실험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.