이 연구는 화재에 노출된 구조물의 역학적 거동을 평가하기 위한 기반연구로서 화재 유동해석과 열응력해석의 통합 프레임워크를 확립하고 이를 강재와 콘크리트로 이루어진 대표체적에 적용한 결과를 제시하였다. 먼저 Fire Dynamics Simulator(FDS)를 이용해 임의의 화재곡선으로 모델링되는 화원으로부터 구조물 표면까지 유동해석을 실시하였다. 이를 통해 구조물 표면에서 시간에 따른 온도 분포를 계산하였고, 이 결과를 비선형 열응력해석에 경계조건으로 적용하였다. 이후의 과정은 화재의 성장 또는 감소에 따라 구조물 표면온도의 변화를 반영하는 열전달해석과 구조해석으로 이루어진다. 제시한 통합 프레임워크에 의해 화재 구조해석을 수행한 결과, 강재와 콘크리트의 대표체적 모두 동일한 하중이 작용할 때 상온 조건에서는 탄성 거동을 보였지만 화재로 인한 온도 조건을 고려할 경우 소성 거동을 보였다. 이는 구조물이 화재에 노출되는 경우 설계하중보다 작은 하중에서도 한계상태에 이를 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 원전구조물이나 교량과 같은 중요 사회기반구조물의 설계 시 구조물의 화재거동 평가가 고려되어야 한다고 할 수 있다.

이 연구는 화재에 노출된 구조물의 역학적 거동을 평가하기 위한 기반연구로서 화재 유동해석과 열응력해석의 통합 프레 임워크를 확립하고 이를 강재와 콘크리트로 이루어진 대표체적에 적용한 결과를 제시하였다. 먼저 Fire Dynamics Simulator(FDS)를 이용해 임의의 화재곡선으로 모델링되는 화원으로부터 구조물 표면까지 유동해석을 실시하였다. 이를 통 해 구조물 표면에서 시간에 따른 온도 분포를 계산하였고, 이 결과를 비선형 열응력해석에 경계조건으로 적용하였다. 이후의 과정은 화재의 성장 또는 감소에 따라 구조물 표면온도의 변화를 반영하는 열전달해석과 구조해석으로 이루어진다. 제시한 통합 프레임워크에 의해 화재 구조해석을 수행한 결과, 강재와 콘크리트의 대표체적 모두 동일한 하중이 작용할 때 상온 조 건에서는 탄성 거동을 보였지만 화재로 인한 온도 조건을 고려할 경우 소성 거동을 보였다. 이는 구조물이 화재에 노출되는 경우 설계하중보다 작은 하중에서도 한계상태에 이를 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 원전구조물이나 교량과 같은 중요 사회기반구조물의 설계 시 구조물의 화재거동 평가가 고려되어야 한다고 할 수 있다.

가스 터빈은 기동 및 정지 횟수가 많기 때문에 열피로나 취화 현상으로 인한 가스터빈 케이싱의 균열 또는 케이싱의 플랜 지면에서 고온고압 가스의 누설이 발생할 가능성이 높다. 따라서 가스터빈 케이싱의 구조안전성 및 플랜지면에서의 누설평 가는 반드시 수행되어야 하는 부분이다. 본 논문에서는 유한요소해석을 바탕으로 터빈 케이싱의 ASME B&PVC VIII-2 구 조안전성 평가 및 접촉압력을 통한 누설 평가 그리고 볼트의 구조안전성 평가를 진행하였다. 또한 가스터빈 케이싱의 유한 요소모델링 및 해석/평가 방법을 제안하여 가스터빈 개발에 활용할 수 있게 하였다.

가스 터빈은 기동 및 정지 횟수가 많기 때문에 열피로나 취화 현상으로 인한 가스터빈 케이싱의 균열 또는 케이싱의 플랜지면에서 고온고압 가스의 누설이 발생할 가능성이 높다. 따라서 가스터빈 케이싱의 구조안전성 및 플랜지면에서의 누설평가는 반드시 수행되어야 하는 부분이다. 본 논문에서는 유한요소해석을 바탕으로 터빈 케이싱의 ASME B&PVC VIII-2 구조안전성 평가 및 접촉압력을 통한 누설 평가 그리고 볼트의 구조안전성 평가를 진행하였다. 또한 가스터빈 케이싱의 유한요소모델링 및 해석/평가 방법을 제안하여 가스터빈 개발에 활용할 수 있게 하였다.

이 연구에서는 3축 방향 지반운동이 작용하는 지반-구조물 상호작용계의 비선형 지진응답 해석을 수행한다. 비선형 거동이 예상되는 구조물과 지반의 근역은 비선형 유한요소에 의해 모형을 구성한다. 기하학적 형상과 재료 성질이 균일하고 선형 거동을 가정하는 원역지반은 무한 영역으로의 에너지 방사를 정확히 고려할 수 있는 3차원 perfectly matched discrete layer에 의해 수치 모형을 구성한다. 이와 같은 지반-구조물 상호작용계의 수치모형을 사용하여 3축 방향 지반운동이 작용하는 비선형 지진-구조물 상호작용계의 지진응답해석을 수행한다. 3축 방향 지반운동이 작용하는 경우에는 입력 지반운동의 특성에 따라 시스템의 응답이 우세하게 발현되는 방향이 존재하고 그 수준 또한 정밀한 지진응답해석을 통해 산정하여야 한다. 이 연구의 해석기법은 구조물과 지반의 재료 비선형 거동, 기초와 지반 경계면에서의 경계 비선형 거동 등 다양한 비선형 지반-구조물 상호작용 해석에 확장 적용할 수 있을 것이다.

이 연구에서는 3축 방향 지반운동이 작용하는 지반-구조물 상호작용계의 비선형 지진응답 해석을 수행한다. 비선형 거동 이 예상되는 구조물과 지반의 근역은 비선형 유한요소에 의해 모형을 구성한다. 기하학적 형상과 재료 성질이 균일하고 선 형 거동을 가정하는 원역지반은 무한 영역으로의 에너지 방사를 정확히 고려할 수 있는 3차원 perfectly matched discrete layer에 의해 수치 모형을 구성한다. 이와 같은 지반-구조물 상호작용계의 수치모형을 사용하여 3축 방향 지반운동이 작용 하는 비선형 지진-구조물 상호작용계의 지진응답해석을 수행한다. 3축 방향 지반운동이 작용하는 경우에는 입력 지반운동의 특성에 따라 시스템의 응답이 우세하게 발현되는 방향이 존재하고 그 수준 또한 정밀한 지진응답해석을 통해 산정하여야 한 다. 이 연구의 해석기법은 구조물과 지반의 재료 비선형 거동, 기초와 지반 경계면에서의 경계 비선형 거동 등 다양한 비선 형 지반-구조물 상호작용 해석에 확장 적용할 수 있을 것이다.

최근 치의학 분야에서도 인체에 대한 구조적이고 역학적인 이해를 위하여 유한요소해석 기법이 널리 사용되고 있다. 따라 서 본 연구에서는 CT 이미지를 기반으로 하는 유한요소모델링 기법을 제안하고, 실험결과와 비교하여 검증하였다. 또한 제 안된 해석기법을 통해 교합 시뮬레이션을 구현하여 정상 Ⅰ급 교합과 Full-CUSP Ⅱ급 교합상태의 두개골 모델에 대하여 기 하비선형구조해석을 수행하였다. 그 결과, 하악골이 같은 거리만큼 이동할 때 사람의 실제 교합력 범위에서는 두 모델의 교 합력에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 응력분포를 비교했을 때 정상 Ⅰ급 교합모델은 치아 및 치조골 전반에 응력 이 균등하게 발생하는 반면, Full-CUSP Ⅱ급 교합모델의 경우 일부 구역에 응력집중 현상이 나타났다. 이는 치아의 부재 및 재배열로 인하여 교합면이 달라지면서 생긴 결과라고 분석된다.

최근 치의학 분야에서도 인체에 대한 구조적이고 역학적인 이해를 위하여 유한요소해석 기법이 널리 사용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 CT 이미지를 기반으로 하는 유한요소모델링 기법을 제안하고, 실험결과와 비교하여 검증하였다. 또한 제안된 해석기법을 통해 교합 시뮬레이션을 구현하여 정상 Ⅰ급 교합과 Full-CUSP Ⅱ급 교합상태의 두개골 모델에 대하여 기하비선형구조해석을 수행하였다. 그 결과, 하악골이 같은 거리만큼 이동할 때 사람의 실제 교합력 범위에서는 두 모델의 교합력에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 응력분포를 비교했을 때 정상 Ⅰ급 교합모델은 치아 및 치조골 전반에 응력이 균등하게 발생하는 반면, Full-CUSP Ⅱ급 교합모델의 경우 일부 구역에 응력집중 현상이 나타났다. 이는 치아의 부재 및 재배열로 인하여 교합면이 달라지면서 생긴 결과라고 분석된다.

본 연구에서는 마커없이 구조물의 변위를 측정할 수 있는 영상기반 변위계측 시스템(NVDMS)을 제안한다. 기존의 방식 과 제안하는 NVDMS는 크게 두 가지의 차이점이 있다. 첫째, NVDMS는 마커를 사용하지 않고 구조물의 특징점의 픽셀좌 표 변화를 추출한다. 둘째, 특징점의 픽셀좌표를 물리좌표로 변환하는 scaling factor는 기존 방식에선 마커의 크기로부터 계 산되는 반면, NVDMS에서는 카메라와 구조물사이의 거리, 각도, 초점거리로 계산된다. 3층 축소모형의 자유진동 실험에서 제안한 NVDMS로부터 얻은 변위데이터의 신뢰도를 분석하기 위해 LDS로부터 얻은 변위데이터의 비교를 하였으며, 얻어진 변위데이터를 이용하여 동특성을 분석하였다. 분석결과 NVDMS는 마커없이 구조물의 동적변위를 정밀하게 측정가능할 뿐 만 아니라 얻어진 변위데이터로부터 추출한 동특성의 신뢰도 또한 높았다.

본 연구에서는 마커없이 구조물의 변위를 측정할 수 있는 영상기반 변위계측 시스템(NVDMS)을 제안한다. 기존의 방식과 제안하는 NVDMS는 크게 두 가지의 차이점이 있다. 첫째, NVDMS는 마커를 사용하지 않고 구조물의 특징점의 픽셀좌표 변화를 추출한다. 둘째, 특징점의 픽셀좌표를 물리좌표로 변환하는 scaling factor는 기존 방식에선 마커의 크기로부터 계산되는 반면, NVDMS에서는 카메라와 구조물사이의 거리, 각도, 초점거리로 계산된다. 3층 축소모형의 자유진동 실험에서 제안한 NVDMS로부터 얻은 변위데이터의 신뢰도를 분석하기 위해 LDS로부터 얻은 변위데이터의 비교를 하였으며, 얻어진 변위데이터를 이용하여 동특성을 분석하였다. 분석결과 NVDMS는 마커없이 구조물의 동적변위를 정밀하게 측정가능할 뿐만 아니라 얻어진 변위데이터로부터 추출한 동특성의 신뢰도 또한 높았다.

층면구조 안정성 다이어그램은 층면구조가 주어진 입도와 유속에서 나타나는 층면구조의 모양과 크기를 지시한다. 이 다이어그램은 대부분 수조실험에 의해 획득한 실험 데이터를 기반으로 작성되었다. 일반적으로, 수조실험은 입자의 크기와 유속사이의 관계를 이해하기 위해 분급이 좋고 단일입도의 분포를 보이는 퇴적물을 이용하여 수행되었다. 이 다이어그램에 의하면, 세립사와 중립사 퇴적물 표면에서 유속이 빨라지면서, 평행층에서 연흔이 형성되기 시작한다. 이 연구의 목적은 층면구조 안정성 다이어그램의 결과가 실험을 통하여 잘 재현되는지를 확인하고, 분급이 좋은 퇴적물과 달리 분급이 불량한 경우인 이정 입도 분포를 보이는 사질 퇴적물에서도 잘 재현되는지 확인하는 것이다. 본 연구 실험 결과는 2D 연흔이나 3D 연흔 층면구조가 형성되기 위해서, 분급이 불량한 퇴적물의 경우에, 분급이 좋은 퇴적물보다 더 높은 유체의 유속과 전단응력이 필요하다는 것을 보여주고 있다. 탄산염 퇴적물은 수력학적 분급작용이 활발하지 않으며, 퇴적물의 구성이 알로켐과 기질로 이루어지는 이정 입도 분포를 보이는 퇴적물로서 일반적으로 분급이 불량한 특징을 가지고 있다. 따라서, 실험의 결과는 탄산염 퇴적물에서 층면구조 형성을 위해 쇄설성 퇴적환경의 퇴적물 보다 더 높은 유속이 필요할 수 있음을 제안하고 있다. 분급이 불량한 퇴적물 입자가 침식되어 이동기 위해 더 높은 에너지와 유속이 필요하다는 것은 분급 효과, 마찰 효과, 안정성 효과, 갑옷 효과 등이 복합적으로 작용한 결과로 설명될 수 있을 것이다. 본 연구는 예비적 고찰로서, 이어지는 연구를 통해 이러한 현상을 과학적으로 설명하고 입도와 층면구조 형성의 상관성을 보다 정교하게 규명하고자 한다.

Geum’yeok-dang house in Andong was originally constructed in 1558. The original floor plan of the upper base featured a 90-degree tilted ‘日’ shape, and had inner court(內庭) on each side of ‘Jungdang(中堂, center hall)’ building that was placed on the south-north axis. When designing the building, the Neo-Confucian client of Geum’yeok-dang applied his understanding of how Ga’rye(家禮) defined the structure of ritual space. Consequently, ‘Daecheong(大廳)’, the place where guests were greeted and ancestral rites and coming of age ceremonies for male were held, was built in a protruding fashion. ‘Jungdang’[otherwise known as ‘Jeongchim(正寢)’], where coming of age ceremonies for females were held, the master of the house faced death, and memorials for close ancestors were held, was placed at the center of the residence on the south-north axis. The Geum’yeok-dang today was greatly renovated in the early and mid 18th century, due to the spread of ‘Ondol’ heating system. As the Ondol heating system became popular, the pre-existing drawbacks and the inconvenience of the house stood out clearly. As a result, the house was renovated into today’s structure consisting of ‘口’ shape ‘Anchae’ and ‘Daecheongchae’ in separate building.

We report on an all-solution-processed hydrothermal method to control the morphology of ZnO nanostructures on Si substrates from three-dimensional hemispherical structures to two-dimensional thin film layers, by controlling the seed layer and the molar contents of surfactants during their primary growth. The size and the density of the seed layer, which is composed of ZnO nanodots, change with variation in the solute concentration. The ZnO nanodots act as heterogeneous nucleation sites for the main ZnO nanostructures. When the seed layer concentration is increased, the ZnO nanostructures change from a hemispherical shape to a thin film structure, formed by densely packed ZnO hemispheres. In addition, the morphology of the ZnO layer is systematically controlled by using trisodium citrate, which acts as a surfactant to enhance the lateral growth of ZnO crystals rather than a preferential one-dimensional growth along the c-direction. X-ray diffraction and energy dispersive X-ray spectroscopy results reveal that the ZnO structure is wurtzite and did not incorporate any impurities from the surfactants used in this study.

최근 2차원 나노 물질을 응용하여 수처리 막의 성능을 향상시킬 수 있는가에 대한 연구가 활발하다. 그 노력의 한 가운데에 원자 두께를 가지고 있으면서 손쉽게 구할 수 있고 층으로 쌓을 수도 있는 2차원 물질인 그래핀이 자리하고 있다. 이 총설에서 우리는 그래핀으로부터 만들 수 있는 두 가지 막 구조에 관한 기초 물질 전달 현상을 최근 연구 성과를 중심으 로 다룬다. 그 물질 자체로 이미 물질 전달 차단성을 갖는 그래핀에 정확히 제어된 크기의 구멍을 뚫을 수 있다면 아마도 원 자 크기 수준으로 얇은 두께 때문에 그래핀 막은 같은 기공 크기의 어느 막보다도 빠른 궁극적 투과도를 나타낼 것이며, 이 로부터 선택도를 담보할 수 있다면 다양한 막 분리 공정에 적용할 수 있을 것이다. 그 한 예로, 나노미터 이하의 기공을 가정 한 초박막 침투성 그래핀 막에 대한 분자동역학 연구와 몇몇 초기 실험 결과들이 해수담수화 막으로서의 가능성을 보인 점은 주목할 만하다. 그래핀 물질로부터 다른 구성을 가진 막을 설계할 수 있는데, 이 막은 적당히 산화된 그래핀 마이크로 판들을 무작위로 적층함으로써 구현할 수 있다. 그래핀 판 적층 간격을 나노미터 이하로 쉽게 제어할 수 있기 때문에 이 구조 역시 수처리 및 해수담수화 막으로서의 가능성을 시사한다. 기존 막기술에 존재하지 않던 구조와 물질 전달 성질을 가짐으로써 두 종류의 그래핀 막은 앞으로 수처리 기술을 비롯한 다양한 막 기술의 응용분야에서 효과적으로 기여할 가능성이 충분하다.

The suspension system of special tracked vehicle is using hydraulic piston pump to adjust track tension and control vehicle position change. During operation of vehicle on rough field, failure of suspension control was occurred due to the piston pump failure. In this study, investigation was performed to analyze the cause of hydraulic piston pump failure. Main reason of piston pump failure is strong peak pressure and insufficient structural safety of shoe. The static stress analysis considering peak pressure was performed to find the weak point of the shoe. From the result, it is confirmed that pass hole of lubrication is the weakest point. Improved piston shoe shows 27% decrease in maximum stress and satisfies the design target which is less than 40% of stress margin.

강원도 태백시에서 부산광역시까지 이어지는 낙동정맥 마루금 일대의 식생상황을 파악하기 위해, 낙동정맥의 환경조 건과 인위적 영향을 고려해 중점조사지 6곳을 선정해 식생조사를 실시했다. TWINSPAN에 의한 군락분류 결과, 거제수 나무-신갈나무군락, 신갈나무군락, 소나무-신갈나무군락, 소나무군락, 낙엽성 참나무류-소나무군락, 낙엽성 참나무류군 락, 곰솔림, 잣나무-리기다소나무림, 편백-사방오리림 등 9개로 유형화되었다. 강원도 태백시의 백병산에서는 온대북부 기후대의 환경특성을 반영한 거제수나무-신갈나무군락이 출현했고, 부산광역시의 구덕산은 해안에 인접한 지역으로 곰솔림이 분포했다. 구덕산은 도심에 위치해 있고 해발고도가 낮아 사람들이 자주 찾는 곳으로서 임목생산 및 사방녹화 를 위한 편백, 곰솔 등과 조경수가 심어져 자연성이 낮은 편이었다. 그 외 중점조사지에서는 남한의 정맥을 대표하는 산림식생유형인 신갈나무우점군락, 소나무우점군락, 낙엽성 참나무류군락이 주로 분포해, 타 정맥과 산림식생유형이 크게 다르지 않았다. 낙동정맥은 남북방향으로 길게 늘어져 있어 온대북부 기후대부터 난온대 기후대까지의 식생변화 가 뚜렷하게 나타난 것이 특징적이었다.

태백산도립공원의 남사면인 금천계곡과 북사면인 제당골의 식생을 조사하여 사면 및 해발고별 식생구조 및 변화의 특징을 살펴보았다. 해발 850m의 금천계곡에서 1,380m의 마루금을 거쳐 950m 제당골까지 해발 50m간격으로 30개 조사구를 설치하고 조사 및 종조성 분석을 실시하였다. 분석결과 태백산도립공원은 사면에 관계없이 신갈나무, 거제수 나무, 층층나무, 피나무, 당단풍나무, 함박꽃나무 등 낙엽활엽수가 넓게 분포하고 있었으며, 고로쇠나무, 물푸레나무, 물박달나무, 생강나무 등은 남사면에, 마가목, 귀룽나무, 개벚지나무, 시닥나무 등은 북사면에만 분포하고 있었다. Ordination 분석결과 사면별로 식생이 불연속적으로 분포하고 있는 것으로 나타났는데, 특히, 북사면의 식생은 사면향 에 따른 환경요인의 영향을 받는 것으로 나타났다. 해발 1,200m이상에서 우점종으로 나타나는 신갈나무는 환경요인 중 해발고의 영향을 받는 것으로 판단되었다. 연륜분석결과 주요 식생인 거제수나무는 53년, 신갈나무는 최고 94년생까 지 분석되었다.

Finite Element analysis were carried out to investigate the deformation behaviours of a buckled automotive seat frames made of three different types of materials, i.e., SAPH440, Al6082-T6 and Al7021-T7, when they were subject to external load, based on the ECE R14 regulation to achieve lightweight structure. Also, several thicknesses were applied to the seat frame structures of each material for characterising deformations. It was found that light weight seat frame structure was obtained compared to conventional steel structure when it was made of aluminium under the condition of satisfying ECE R14 regulation. Interpretation result, when changing from SAPHH440 material has a thickness of 1.5mm to Al material has a thickness of 3.0mm, that could checking weight lightening about 47%.

본 연구에서는 부유구조물 모델링의 효율성 및 응답의 정확성을 분석하기 위해 유체 영역을 압력으로 정의한 유탄성 해석법에 1차원 보-2차원 유체 결합의 1차원 문제와 2차원 판-3차원 유체 결합의 2차원 문제를 적용하여 수치해석을 수행하였다. 그리고 1차원 문제와 2차원 문제의 모델링 차원에 따른 응답을 비교하기 위해 다양한 평판의 변장비와 입사파의 조건을 적용하였다. 이에 따르면 강체거동의 영향이 큰 장주기파에서는 변장비가 변하더라도 두 문제의 유탄성 응답이 거의 유사하게 나타나지만 탄성거동의 영향이 지배적인 단주기파에서는 모델링 차원에 따라 뚜렷한 차이가 발생한다. 즉, 1차원 보 모델은 비록 입사파의 각도는 고려할 수 없지만 평판의 변장비가 클 경우에 유탄성 해석에 적용이 가능하다. 또한, 2차원 평판보다 단순화된 모델링 조건으로서 부유구조물의 전반적인 응답을 분석할 수 있을 뿐만 아니라 수치해석의 효율을 높일 수 있다.

본 논문에서는 풍산 FNS에서 개발한 force-feedback형 고정밀 국산 3축 가속도계의 성능을 실험적으로 평가하고, 건설구조물 전산구조해석 및 유지관리용 건전성 모니터링에의 적용성을 논한다. 레이트 테이블 및 가진기를 통해 다양한 형태로 가진실험을 수행함으로써 국산 가속도계의 비선형성, 대역폭, 저주파 신호계측 성능, 바이어스 특성을 검증하고, 국내 가속도계 시장의 대부분을 차지하고 있는 해외 업체들의 대표적 가속도계와 성능을 비교 평가하여 국산 가속도계의 적용성과 시장진입 가능성을 평가하였다. 실험분석 결과 국산 가속도계는 실험으로 평가한 모든 항목에서 실험에 사용된 수입 가속도계보다 좋은 성능을 보였다. 특히 건설 구조물 계측에 필수적인 저주파 대역 계측성능은 수입 가속도계의 성능을 능가하였으며, 바이어스도 상수 특성을 가장 잘 유지하는 것으로 나타나 향후 실험기반 구조해석 및 구조물 장기 건전도 모니터링에 좋은 대안이 될 것으로 평가된다.