• 항공우주시스템공학회지
• /
• 제18권3호
• /
• pp.17-26
• /
• 2024

항공기 엔진은 비행 중 고온, 고압과 터빈 축의 회전으로 인한 응력이 발생한다. 이러한 하중으로 인해 구조 내/외부에 미세한 균열이 발생할 수 있다. 이는 구조적 결함으로 이어져 부품의 수명에 악영향을 줄 수 있다. 이러한 현상을 사전에 방지하고자 균열에 대한 유한요소해석이 진행된다. 하지만 이 과정은 반복적인 균열 모델링이 이루어져 많은 시간과 노력을 수반한다. 그러므로 본 논문에서는 유한요소모델 기반의 균열 모델링 기법을 개발하였다. 균열 모델링에는 점 간의 연결에 제한을 가지고 공간을 삼각 분할하는 Constrained Delaunay Triangulation(CDT)을 사용하였다. 반타원 균열을 가지는 평판과 원통형 용기에 대한 응력확대계수 비교를 통해 기법을 검증하였으며, 균열 해석에 유용함을 보였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
• /
• 제19권4호
• /
• pp.341-350
• /
• 1998

대퇴 전염각의 정확한 측정은 뼈를 절개하여 각을 조절하는 시술(derotation osteotomy)에 있어서 매우 중요하다 대퇴 전염각을 정확히 측정하기 위해서는 대퇴골 장축과 목축, 관절구축의 정확한 선정이 필수적이다. 기존의 2차원 영상에 의한 대퇴 전염각의 측정 방법은 간단하지만 3차원 공간상에서 축들을 결정하기 모호한 단점을 가지고 있고, 3차원 영상을 이용하는 방법은 뼈를 밖에서 직접 측정하는 것과 같은 결과를 얻을 수 있어 2차원 방법보다는 정확한 측정이 가능하나 처리과정이 복잡하고 정량적이고 객관화된 결과를 얻는 것이 어려운 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 대퇴골을 3차원으로 모델링하여 정량적이고 객관적인 대퇴 전염각의 측정법을 제시한다. 이것은 먼저 촬영된 슬라이스 영상들을 3차원상에서 재구성한 뒤, 대퇴골두와 목 모델로부터 대퇴골 목축을 정하고, 대퇴 관절구 모델로부터 대퇴 관절구축을 결정한다. 또한, 대퇴골 주축을 원통으로 모델링하여 장축을 결정한다. 대퇴 전염각은 대퇴관절구의 접평면에 대한 대퇴골축의 기울어진 정도로 정의되며, 이 정의를 이용하여 대퇴 전염각을 구한다. 결과에서 20명 CT영상으로부터 대퇴골 샘플을 측정하여 기존의 2차원 및 3차원 영상법의 결과와 비교하여 제시한 방법이 객관적이고 정확한 측정방법임을 검증한다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제24권1호
• /
• pp.5-14
• /
• 2023

본 연구에서는 설계 대상인 현장타설말뚝기초에 대하여 상사율을 고려한 하중전이 대형토조 모형시험과 3차원 수치해석을 수행함으로써 현장타설말뚝 선단부와 주면부의 하중전이 특성을 분석하고 하중분담율을 산정하였다. 대형토조 모형시험 및 3차원 수치해석 결과에서 나타난 현장타설말뚝의 선형적 거동으로부터, 본 연구의 설계 조건에 대한 주면하중전이곡선은 Baquelin 등의 제안식, 선단하중전이곡선은 Baquelin 등의 제안식, 수평하중전이곡선은 Reese 등의 제안식이 적정한 것으로 확인되었다. 암반근입부에서 축하중은 시험값이 수치해석값보다 약간 크게 측정되었지만 암반 근입부에서 하중분담율은 연직하중이 증가함에 따라 평균적으로 약 27.8%의 분담율을 나타내었다. 연직재하 시에 말뚝두부의 침하량은 해석값이 시험값보다 약간 작게 평가되었으며, 모형시험 및 해석 최대 연직하중에서 말뚝두부의 최대 침하량은 시험치 10.6mm, 해석치 10.0mm 이고, 말뚝선단에서 최대 침하량은 시험치 2.0mm, 해석치 1.9mm로 나타났다. 수평재하 시에 기둥 두부(지표)와 말뚝 두부에서 수평변위는 시험값과 해석값이 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났고, 모형토조시험 결과 최대 수평변위 38.0mm에서 측정된 수평하중은 24,713kN, 수치해석에서의 수평하중은 26,073kN으로 평가되었다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제20권5호
• /
• pp.87-98
• /
• 2004

본 연구에서는 현장타설말뚝에 보강재를 정착시킴으로써 주변지반의 강성을 높이고 보강재의 저항력에 의해 지지력을 향상시키기 위한 연구를 수행하였다. 보강형 및 무보강 현장타설말뚝에 대하여 보강효과에 영향을 미치는 인자들인 보강재의 단수, 경사, 배열에 따른 일련의 실내모형실험 및 3차원 수치해석을 수행하였다. 또한 보강효과의 검증과 실제 현장에서의 적용성을 알아보기 위하여 현장재하시험을 수행하였다. 실내모형실험 및 수치해석 결과, 보강재3단, 8개, 40$^{\circ}$ 경사의 교차배열에서 최적의 보강효과가 발현됨을 알 수 있었다. 1/8 모형재하실험에서는 압축, 인발, 수평 모두 보강재에 의한 지지력 증가효과가 나타났으며, 변위 25mm를 기준으로 압축 및 수평실험에서는 100% 이상의 보강효과가 나타났다. 또한 무보강 현장타설말뚝의 하중 단계에 따른 변위와 주면마찰력 검토결과, 철탑기초와 같은 대규모 현장타설말뚝 설계 시 사용되는 주면마찰력 값인 풍화암 10t/$\textrm{m}^2$, 연암 15t/$\textrm{m}^2$ 보다 큰 주면마찰력 값을 얻을 수 있었다. 1/2 모형재하실험에서는 약 25m의 변위가 발생하였을 때 인발하중 650ton에서 파괴가 일어났으며, 약 22%의 보강재에 의한 지지력 증가효과가 있는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제19권3호
• /
• pp.355-373
• /
• 2017

도심지에서의 터널굴착은 상부구조물과의 상호거동에 대한 이해가 필수적이다. 도심지에 사용중인 대부분의 구조물은 말뚝기초로 상부의 하중을 지지하고 있어, 터널 굴착 시 반드시 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 실내모형시험을 통해 기존의 군말뚝 기초 하부 터널굴착에 따른 축력 분포와 지반의 거동을 분석하였다. 말뚝 기초는 2, 3 열 말뚝으로 가정되었으며, 말뚝 선단부와 터널 천단부의 이격거리는 터널직경에 대한 일반화를 위해 터널 직경(D) 대비 0.5D, 1.0D 그리고 1.5D로 고려되었다. 지반은 약 30%의 상대밀도(Dr)를 가지는 느슨한 사질토로 형성되었으며, 말뚝의 축력 분포를 측정하기 위해 말뚝에 변형률게이지(strain gauge)를 부착하였다. 또한, 이격거리에 따른 군말뚝의 침하와 인접지반의 침하를 변위센서(linear variable differential transformer; LVDT)와 다이얼게이지(dial gauge)를 통해 측정였으며, 터널굴착에 따른 지중의 변형을 근거리사진계측기법(close range photogrammetric technique)을 통해 측정하였다. 수치 해석을 통해 실내모형시험 및 근거리사진계측 결과와 비교 분석하였다. 본 연구에서는 체적손실율(volume loss; $V_L$) 개념을 이용하여 터널굴착을 모사하였으며, 1.5%로 적용되었다. 연구결과, 이격거리가 멀어질수록 말뚝의 축력감소는 작게 나타났으며, 침하량은 모두 유사한 경향을 나타내었다. 특히, 말뚝 선단부와 터널 천단부의 이격거리가 0.5D에서 1.0D로 증가할 때 축력과 침하량의 가장 큰 감소율이 가장 큰 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
• /
• 제22권6호
• /
• pp.412-428
• /
• 2012

본 연구에서는 재개광을 계획하고 있는 (구)양양철광의 수갱광체를 연구대상으로 설정하고 이를 재개광하기 위한 운반시스템의 구축을 목적으로 광체 및 광체 주변의 지질구조와 구갱도 현황 및 신갱도 개설 계획을 3차원으로 모델링 하였다. 연구에 사용된 software는 GEMCOM사(社)의 GEMS로써 3차원의 매장량평가, 개발타당성 평가, 운영 관리용 프로그램이다. 2차원 지형도와 지표 지질도를 자료로 하여 지표 지형 및 지질을 3차원으로 모델링 하였으며 (구)양양철광 개발 당시 작성된 지질 단면도와 시추자료를 토대로 연구대상지역의 지질 구조 및 광체를 3차원적으로 생성하였다. 수갱광체는 충전된 채굴적, 공동, 잔광으로 구분하여 모델링하고 잔광부의 품위에 대한 시추 정보로부터 지구통계학적 기법을 적용하여 품위별 매장량 평가 결과를 얻을 수 있었다. 또한 기존 2차원 구갱도 개설 현황 자료를 이용하여 구갱도에 대한 3차원 모델링을 수행하였고, 무궤도 운반 시스템의 적용을 고려하여 신갱도의 크기와 배치를 3차원으로 설계하였다. 완성된 광체 및 운반 시스템의 3차원 모델을 이용하여 지하선광장의 위치를 선정하였다. 마지막으로 채취한 시료의 암석 물성값들을 기초로 광체 주위에 부존하는 물성을 암종별로 입력하고 지구통계학적 기법을 통해 미조사 부분에 대한 암석물성을 추정할 수 있는 3차원 공학적 모델링을 수행하였다. 이러한 과정을 통하여 얻어진 재개광 광산의 3차원 모델은 매장량 평가 및 개발계획 수립, 추가 탐사 지역의 선정이나 개발 계획의 변경 등의 문제들을 해결하고 체계적이고도 지속적인 광산 개발 기술 확립에 기여할 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
• /
• 제24권4호
• /
• pp.297-307
• /
• 2014

암반공동을 이용한 열에너지 저장은 대용량 저장이 가능하며 열저장매체를 선택할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 사일로 형태의 열저장공동이 지반 내 두 개 이상 배치될 때 공동 사이에 형성되는 암반 필라의 안정성에 대해 3차원 유한차분해석 프로그램인 $FLAC^{3D}$를 이용하여 분석하였으며, 저장된 열에너지로 인해 암반에 발생하는 열응력을 반영할 수 있도록 열-역학적 연계모델을 사용하였다. 해석 결과, 열에너지 장기 저장으로 인해 암반 필라에 작용하는 최대주응력이 상당량 증가하였으며, 필라 폭이 좁아질수록 근접한 열원 때문에 열응력 증가량도 커짐을 확인하였다. 필라 안정성에 영향을 미치는 주요인자로서 저장공동 간격, 측압계수, 심도를 선정하고 민감도 분석을 실시한 결과, 측압계수, 저장공동 간격, 심도 순서로 영향력이 크게 평가되었다. 저장공동 간격의 경우 동일한 크기의 공동 건설 시 필라 폭을 최소 저장공동 직경 이상 확보해야 할 것으로 판단되었다. 큰 규모의 저장공동 주변에 소규모 수직갱이 설치될 때는 최소한 저장공동 직경의 0.5배 이상 이격함으로써 크기 차이로 인해 수직갱에 응력이 집중되는 현상을 해소할 수 있었다. 또한 최대수평주응력 작용방향과 공동 중심을 잇는 축이 평행하도록 배치하여 저장공동에 의한 방패효과가 발휘될 수 있게 함으로써 현지응력이 공동 사이 암반 필라에 미치는 영향을 최소화할 수 있었다.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제17권4호
• /
• pp.29-40
• /
• 2018

캐나다 및 베네수엘라에 주로 분포하는 오일샌드는 원유들이 모래질 흙의 간극에 존재한다. 이러한 오일샌드로부터 원유를 따로 추출하기 위해서는 규모가 큰 플랜트를 건설해야 한다. 일반적으로 오일샌드 플랜트의 기초는 주로 항타말뚝 혹은 현장타설말뚝이 사용되고 있다. 하지만 주로 극지에 위치한 오일샌드는 얼어있는 지반과 표층의 유기토 때문에 항타말뚝의 시공 및 장비 진입에 어려움이 있으며, 현장타설말뚝의 경우 기온이 낮기 때문에 콘크리트 양생에 문제가 있다. 이번 연구의 주제인 헬리컬 파일은 크지 않은 연직력에 기초한 회전력을 중심으로 빠르고 간편하게 시공이 가능하다. 따라서, 접근성이 떨어지는 극지환경에서도 소형장비를 사용하여 간단한 시공이 가능하며, 헬리컬 파일의 두부에 역회전을 가해 말뚝기초의 인발 및 재사용 또한 용이하다. 이번 연구에서는 헬릭스 피치를 변화시켜 헬리컬 파일 및 헬릭스의 거동을 수치해석으로 분석하였다. 수치해석의 검증은 모형 헬리컬 파일의 실내모형실험 결과와 비교하여 수행하였으며, 헬릭스의 피치에 따른 헬리컬 파일의 극한하중, 헬리컬 파일의 축에 부착한 각 헬릭스의 변위, 하중분담률을 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제22권6호
• /
• pp.15-26
• /
• 2006

말뚝의 지지력과 거동을 예측하기 위하여 다양한 연구들이 수행되었음에도 불구하고, 메커니즘에 대한 전반적인 이해가 아직까지 미흡한 실정이다. 이는 많은 인자들이 서로 복잡한 연관성을 맺으며 말뚝의 거동에 영향을 미치기 때문이다. 따라서 지반조건과 말뚝조건 및 항타조건 등 과 관련된 많은 인자들 가운데 지지력에 중요한 영향을 미치는 인자들을 도출하기 어려우며, 또한 인자들 간의 복잡한 연관성을 지지력 공식에 적합하게 고려하기란 매우 어렵다. 본 연구에서는 항타말뚝들에 대한 동재하시험으로부터 선단 및 주면 지지력을 포함한 지지력을 예측하기 위하여 인공신경망이 적용되었다. 첫째로, 신경망 모델링에 근거한 민감도 분석를 통하여 지지력에 대한 각 영향인자들의 영향이 검토되었다. 둘째로, 지지력 예측을 위한 최적의 인공신경망 모델을 도출하기 위하여 인공신경망과 유전자 알고리즘으로 구성된 설계기법이 적용되었다. 이를 통해 토사지반에 관입된 항타말뚝의 지지력을 산정할 수 있는 최적의 인공신경망 모델을 제안하고자 하였다. 사용된 설계기법을 통하여 적합한 입력층 조합, 은닉층 노드수과 각 층 사이의 연결구조를 도출하였다. 도출된 인공신경망 모델을 적용함으로써 항타말뚝의 지지력을 간단하며 신뢰성 있게 예측할 수 있음을 알 수 있다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제33권8호
• /
• pp.1170-1179
• /
• 2009

본 연구의 목적은 수평축 풍력터빈인 NREL Phase VI를 대상으로 ANSYS FLUENT에서 제공하는 LES와 FW-H 상사식을 이용하여 풍력발전기로부터 방사되는 저주파 공력소음을 수치적으로 예측하는 것이다. 풍력발전기 공력소음에 관한 어떠한 실험적 자료가 존재하지 않으므로, 먼저 정격풍속에서 토크와 출력 등의 공력성능 수치결과를 실험결과와 비교하여 소음원 예측의 타당성을 검증한 후, 풍속 변화에 따른 공력소음 특성을 분석하였다. 그 결과 수치성능결과는 약0.8%이내에서 실험결과와 잘 일치하였다. 풍속이 증가함에 따라 사극자와 이극자에 의한 총음압레벨은 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 풍력터빈 허브중심으로부터 거리가 증가함에 따라 원방에서는 $r^{-1}$, 근방에서는 $r^{-2}$에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 거리가 두배 증가함에 따른 총음압레벨은 약 6dB 감소하였다.