• 한국항공우주학회지
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• 제50권12호
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• pp.829-838
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• 2022

본 연구에서는 다양한 형상의 우주 물체와 우주 구조물 사이의 충돌 각도를 고려한 초고속 충돌(Hypervelocity impact) 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 비선형 구조 동역학 전산 해석 프로그램인 LS-DYNA의 완화 입자 유동법(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)을 사용하여 초고속 충돌 현상을 묘사하였으며, 금속 재료의 비선형 거동을 구현하기 위하여 Mie-Grüneisen의 상태 방정식과 Johnson-Cook의 재료 모델을 사용하였다. 구, 정육면체, 원기둥 및 원뿔 형상의 다양한 형상의 우주 물체를 이용하였으며, 우주 구조물은 알루미늄 평판(200 mm×200 mm×2 mm)으로 모델링되었다. 우주 물체가 우주 구조물 대비 4.119 km/s의 상대 속도로 충돌하는 시뮬레이션을 수행하여 동일 질량을 갖는 다양한 형상의 우주 물체와 우주 구조물 사이의 0°, 30° 및 45°의 충돌 각도를 고려하였을 시 초고속 충돌에 의하여 발생되는 파편운(debris cloud) 형상을 분석하였다. 동일한 운동 에너지를 갖는 우주 물체는 형상의 차이로 인해 모두 다른 파편운이 형성되었다. 더불어 충돌 각도의 증가에 따라 파편운의 크기가 줄어드는 경향을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권9호
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• pp.56-65
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• 2005

시간유한요소법은 시간영역을 고정시키고 행렬 미분방정식 형태의 공간전파 관계식을 풂으로써 시간과 공간에 대한 동적 해석을 수행하는 방법이다. 이 방법은 공간이산화 유한요소법이나 시/공간 동시이산화 유한요소법에 비해 공간에 관한 자유도가 발생하는 것이 두드러진 특징으로, 이를 이용하여 분포형 구동기의 공간에 따른 특성을 최적화하는 데에 효율적으로 사용될 수 있다. 본 논문에서는 임의의 초기조건을 반영할 수 있도록 구성된 상태변수 벡터를 이용하여 구조물을 시간영역에서 이산화하고, 공간영역에서 전파관계식 및 경계조건을 이용하여 공간전파 관계식을 형성하였다. 이 때 구동기의 공간에 따른 형상 분포는 설계되어야 할 변수의 함수이고, 시간반응은 형상함수를 이용하여 이산화 하였다. 포텐셜 에너지 및 운동에너지를 구조물의 변위제어에 적절한 최적의 성능지수로 설정하고, 이를 최소화하도록 미지의 함수인 구동기의 분포형상을 구하였다. 일반적으로 구조물은 임의의 초기조건에서 외란을 받게 되나, 본 연구에서는 구현가능한 제어법칙을 이용하여 최종시간에서 안정화(rest) 조건을 만족한다고 가정하였다. 구동기 분포형상 최적화를 위해 상태/준상태 방정식을 유도하였다. 서브행렬 재형상화와 시/공간 경계조건을 통해 상태변수와 준상태변수에 대한 Ricatti 미분방정식을 유도하였다. 이를 통해 구동기 분포형상 최적화를 구현하였으며, 수치 시뮬레이션을 통해 적절한 구동기의 분포형상 최적화를 수행할 수 있음을 보였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.251-258
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• 2005

The free vibration of a spinning flexible disk-spindle system supported by hydro dynamic bearings (HDB) in an HDD is analyzed by FEM. The spinning flexible disk is described using Kirchhoff plate theory and von Karman non-linear strain, and its rigid body motion is also considered. It is discretized by annular sector element. The rotating spindle which includes the clamp, hub, permanent magnet and yoke, is modeled by Timoshenko beam including the gyroscopic effect. The flexible supporting structure with a complex shape which includes stator core, housing, base plate, sleeve and thrust pad is modeled by using a 4-node tetrahedron element with rotational degrees of freedom to satisfy the geometric compatibility. The dynamic coefficients of HDB are calculated from the HDB analysis program, which solves the perturbed Reynolds equation using FEM. Introducing the virtual nodes and the rigid link constraints defined in the center of HDB, beam elements of the shaft are connected to the solid elements of the sleeve and thrust pad through the spring and damper element. The global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to the state-space matrix-vector equation, and the associated eigen value problem is solved by using the restarted Arnoldi iteration method. The validity of this research is verified by comparing the numerical results of the natural frequencies with the experimental ones. Also the effect of supporting structures to the natural modes of the total HDD system is rigorously analyzed.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2003년도 추계학술대회논문집
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• pp.572-578
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• 2003

The free vibration of a spinning flexible disk-spindle system supported by hydro dynamic bearings in a HDD is analyzed by FEM. The spinning flexible disk is described using Kirchhoff plate theory and von Karman non-linear strain, and its rigid body motion is also considered. It is discretized by annular sector element. The rotating spindle which includes the clamp, hub, permanent magnet and yoke, is modeled by Timoshenko beam including the gyroscopic effect. The flexible supporting structure with a complex shape which includes stator core, housing, base plate, sleeve and thrust pad is modeled by using a 4-node tetrahedron element with rotational degrees of freedom to satisfy the geometric compatibility. The dynamic coefficients of HDB are calculated from the HDB analysis program, which solves the perturbed Raynolds equation using FEM. Introducing the virtual nodes and the rigid link constraints defined in the center of HDB, beam elements of the shaft are connected to the solid elements of the sleeve and thrust pad through the spring and damper element. The global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to the state-space matrix-vector equation, and the associated eigenvalue problem is solved by using the restarted Arnoldi iteration method. The validity of this research is verified by comparing the numerical results of the natural frequencies with the experimental ones. Also the effect of supporting structures to the natural modes of the total HDD system is rigorously analyzed.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2006년도 춘계학술대회논문집
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• pp.660-665
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• 2006

This paper presents a finite element method to analyze the free and forced vibration of a hard disk drive (HDD) considering the flexibility of a spinning disk-spindle with fluid dynamic bearings (FDBs), an actuator with pivot bearings, an air bearing between head-disk interface and the base with complicated geometry. Finite element equation of each component is consistently derived with the satisfaction of the geometric compatibility of the internal boundary between each component. The spinning disk, hub and FDBs are modeled by annular sector elements, beam elements and stiffness and damping elements, respectively. The actuator am, E-block, suspension and base plate are modeled by tetrahedral elements. The pivot bearing in the actuator and the air bearing between head-disk interfaces are modeled by the stiffness element with five degrees of freedom and the axial stiffness, respectively. A global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to a state-space matrix-vector equation, and both damped natural frequencies and modal damping ratios are calculated by solving the associated eigenvalue problem with the restarted Arnoldi iteration method. Modal and shock testing are performed to show that the proposed method well predicts the vibration characteristics of a HDD.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.134-142
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• 2012

본 연구는 탄현 에이스 11차 아파트에 위치한 14m 높이의 L형 옹벽의 장기 경사 계측치에 대한 System Identification연구로써, 옹벽구조물이 운용 중에 어떤 하중상태에서 어떻게 거동하는지를 이해하고, 이를 바탕으로 최적 모델을 규명하고, 최종적으로 옹벽의 이상상태를 판단할 수 있는 기준치를 제시하고자 하였다. 본 옹벽은 도심에 위치한 옹벽으로써는 보기 드물게 높고(14m), 인접한 건물과의 거리가 짧아서 붕괴 발생 시 큰 피해 가능성이 있다. 3개의 경사계로와 9개의 대기, 표면, 내부온도계로 구성된 경사 모니터링 시스템이 2004년 10월에 설치되어 2007년 7월까지 운용되었다. 모든 12 채널의 센서가 정상적으로 계측된 5개월 간의 연속된 데이터를 사용하여 두 가지 모델 1) 선형모델과 2) 상태방정식모델에 대하여 system identification을 수행하였다. 가용한 입력온도는 총 9이고, 이로부터 조합 가능한 총 511개의 입력온도 경우의 수에 대하여 규명데이터를 사용하여 시스템규명을 수행하고, 검증데이터에 대한 Fitness를 사용하여 최적모델을 선정하였다. 선형모델은 모델구조가 간단하지만 thermal dynamics를 표현하지 못하고, 약 68%의 Fitness를 얻을 수 있었고, 상태방정식 모델은 모델구조가 상대적으로 복잡하지만 thermal dynamics를 표현할 수 있고, 약 90%의 Fitness를 얻었다.

• Advances in Energy Research
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• 제4권4호
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• pp.299-323
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• 2016

Cylindrical parabolic solar concentrators of small concentration ratio are attractive options for working temperatures around $120^{\circ}C$. The heat gained can be utilized in many applications such as air conditioning, space heating, heating water and many others. These collectors can be easily manufactured and do not need to track the sun continuously. Using a heat pipe as a solar absorber makes the system more compact and easy to install. This study is devoted to modeling a system of cylindrical parabolic solar concentrators of small concentration ratio (around 5) fitted with a heat pipe absorber with a porous wick. The heat pipe is surrounded by evacuated glass tube to reduce thermal losses from the heat pipe. The liquid and vapor flow equations, energy equation, the internal and external boundary conditions were taken into consideration. The system of equations was solved and the numerical results were validated against available experimental and numerical results. The validated heat pipe model was inserted in an evacuated transparent glass tube as the absorber of the cylindrical parabolic collector. A calculation procedure was developed for the system, a computer program was developed and tested and numerical simulations were realized for the whole system. An experimental solar collector of small concentration, fitted with evacuated tube heat pipe absorber was constructed and instrumented. Experiments were realized with the concentrator axis along the E-W direction. Results of the instantaneous efficiency and heat gain were compared with numerical simulations realized under the same conditions and reasonably good agreement was found.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제26권12호
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• pp.29-43
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• 2021

본 연구에서 제약식프로그래밍을 이용하여 제약식 있는 동적계획법 모형을 푸는 한 방법을 제시한다. 현재 제약식 있는 동적계획법을 다루는 방법은 각 단계별 제약식들의 상태를 일반적인 동적계획법의 상태공간에 추가하여 마치 제약식이 없는 동적계획법 방식을 적용하는데 반해, 이 연구에서 제시하는 방식은 제약식의 상태가 제약식프로그래밍의 변수 도메인으로 표현되고 저장된다. 계산에 있어서도 일반적인 동적계획법의 벨만방정식의 해법과 함께 제약식을 다루기 위한 제약식프로그래밍의 확산-추론 방법을 사용하는 하이브리드 방식을 따른다. 이 두가지 방식의 비교를 위해 특별히 장기 자동차 렌탈 문제를 제시하고 이 문제의 단순화된 모형을 중심으로 다른 방식으로 해결하는 과정을 보고 그 장단점을 논한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권8호
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• pp.531-540
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• 2022

본 논문에서는 IMM 필터 기반으로 장사정포의 탄종을 식별하고 탄착점을 신속하게 예측하는 알고리즘을 제시한다. 탄도궤적 방정식을 시스템 모델로 사용하고, 각각 다른 탄도계수 값을 갖는 3가지 모델을 IMM 필터에 적용한다. 가속도를 중력, 공기저항, 양력에 의한 3가지 성분으로 나누고 양력가속도를 새로운 상태변수로 추가하여 추정한다. 속도벡터와 양력가속도가 수직이라는 운동학 조건을 유사 측정값으로 추가한 측정방정식을 다룬다. IMM 필터를 통해 추정된 상태변수와 모드 확률이 가장 높은 모델의 탄도계수를 기반으로 탄착점을 예측한다. 탄착점 예측을 위해 일반적으로 사용되는 룽게-쿠타 수치적분 대신, 준해석적인 방법을 사용하여 적은 계산량으로 탄착점을 예측할 수 있음을 설명한다. 마지막으로 최소제곱법을 이용한 상태변수 초기화 방법에 대해 제안하고 성능을 확인하였다. 탄종식별, 탄착점 예측 및 초기화를 포함한 통합 알고리즘을 제시하고 시뮬레이션을 통해 제안한 방법의 타당성을 검증하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2007년도 춘계학술대회논문집
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• pp.859-865
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• 2007

This paper presents a method to analyze the unbalance response of a high speed polygon mirror scanner motor supported by sintered bearing and flexible supporting structures by using the finite element method and the mode superposition method. The appropriate finite element equations for polygon mirror are described by rotating annular sector element using Kirchhoff plate theory and von Karman non-linear strain, and its rigid body motion is also considered. The rotating components except for the polygon mirror are modeled by Timoshenko beam element including the gyroscopic effect. The flexible supporting structures are modeled by using a 4-node tetrahedron element and 4-node shell element with rotational degrees of freedom. Finite element equations of each component of the polygon mirror scanner motor and the flexible supporting structures are consistently derived by satisfying the geometric compatibility in the internal boundary between each component. The rigid link constraints are also imposed at the interface area between sleeve and sintered bearing to describe the physical motion at this interface. A global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to a state-space matrix-vector equation, and both damped natural frequencies and modal damping ratios are calculated by solving the associated eigenvalue problem by using the restarted Arnoldi iteration method. Unbalance responses in time and frequency domain are performed by superposing the eigenvalues and eigenvectors from the free vibration analysis. The validity of the proposed method is verified by comparing the simulated unbalance response with the experimental results. This research also shows that the flexibility of supporting structures plays an important role in determining the unbalance response of the polygon mirror scanner motor.