본 실험은 토마토(Solanum lycopersicum L. ‘Hoyong’ ‘Super Doterang’) 암면재배에서 배지 전체의 정전용량을 측정할 수 있는 장치(Substrate capacitance measurement device, SCMD)를 기반으로 한 적정 급액 방법을 구명하기 위하여 누적일사량 제어구(Integrated solar radiation automated irrigation, ISR)와 물관수액흐름 제어구(sap flow automated irrigation, SF)를 대조구로 비교하면서 봄부터 여름철과 겨울철에 재배를 실시하였다. SCMD 제어구는 급액 개시 후 배지 한 개당 설정된 배액 목표량이 처음 발생하는 시점까지 10분간격으로 급액하였고 첫 배액이 배출되면 그 때의 배지의 정전용량(Capacitance)을 100%로 간주하고 그 기준치의 급액제어 점(Capacitance threshold, CT)에 도달하면 급액 되었고 그 뒤 목표 배액량이 발생하면 급액이 멈추는 방식으로 제어되었다. 봄부터 여름재배에서 실험 처리를 위해 SCMD제어구의 일회 급액량 (Irrigation volume per event)을 50, 75, 또는 100mL로 설정하였고 겨울철 재배에서는 CT가 0.65, 0.75, 또는 0.90가 되면 급액 되도록 설정하였다. 봄부터 여름철 재배에서 일회 급액량을 50, 75, 100mL로 설정하였을 때 급액 횟수는 각각 39, 29, 19회 였고 배액율은 각각 3.04, 9.25, 20.18%였다. 겨울철 재 배에서 CT를 0.65, 0.75, 0.90로 설정하였을 때 급액횟수는 각각 5.67, 6.50, 14.67회였고 배액율은 9.91, 10.78, 35.3%였다. 봄부터 여름철 재배에서 일회 급액량 처리에 따른 물관수액흐름속도(SF) 변화는 1회 급액량과 배액량을 각각 50과 75mL로 제한한 경우 100mL로 제 한한 경우와 비교하여SF 신호가 외부 광량 신호 (SI) 보다 늦어지는 경향(time lag)을 보였고 겨울철 재배에서 CT를 0.65로 설정한 경우는 물관수액흐름 속도나 함수율이 매우 낮아졌고 CT를 0.90로 설정한 경우는 함수율과 물관수액흐름 속도는 매우 높았으나 많은 배액이 배출되었다. 따라서 토마토 봄부터 여름철 재배에서 SCMD를 활용하여 CT를 0.9로, 배지 한 개당 배액 목 표량을 100mL로 설정하였을 때 일회 급액량은 75~100mL 범위가 적합하고 겨울철 재배에서는 1회 급 액량을 75mL로, 배액 목표량을 70mL로 설정하였을 때 CT는 0.75이상 0.9이하 범위가 적합할 것으로 판단되었다. 앞으로 정전용량 값과 배지 용적수분함량의 관계성을 구명하고 보정계수를 구하는 연구가 필요할 것으로 판단된다.

풍향풍속계는 실시간으로 풍향과 풍속을 측정하는 기상관측기구로서 바람의 영향을 많이 받는 항만, 조선소, 해상구조물, 또는 건설현장에서 사용되는 크레인에 장착되어 작업가능 여부를 알리거나 전도 사고를 예방하기 위한 안전시스템과 연동되어 사용된다. 로드 셀형 풍향풍속계는 4개의 수풍부에 연결된 로드 셀의 하중 합을 이용하여 풍속을, 하중 비를 이용하여 풍향을 측정한다. 선행연구에 따르면, 풍향에 따른 인접한 두 수풍부의 하중 비는 날개 주위에 와류로 인해 불규칙한 값을 보이게 되며, 이는 풍향 오차를 증가시키는 원인이 된다. 본 연구에서는 이러한 오차를 줄이기 위하여 세 가지 수풍부 형상에 따른 하중 비를 분석하고, 오차를 줄일 수 있는 수풍부 형상을 제시하고자 한다. 수풍부 형상에 따른 하중 비를 비교하기 위해 ANSYS CFX를 사용하여 유동해석을 수행하였으며, 설계변수로 0도에서 90도까지 11.25도 간격으로 9가지 풍향조건을 설정하였다.

풍향풍속계는 실시간으로 풍향과 풍속을 측정하는 기상관측기구로서 바람의 영향을 많이 받는 항만, 조선소, 해상구조물, 또는 건설현장에서 사용되는 크레인에 장착되어 작업가능 여부를 알리거나 전도 사고를 예방하기 위한 안전시스템과 연동되어 사용된다. 로드 셀형 풍향풍속계는 로드 셀을 이용하여 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 것으로 4개의 날개에 연결된 로드 셀의 하중 합을 이용하여 풍속을, 하중 비를 이용하여 풍향을 측정한다. 본 연구에서는 하중 비와 풍향사이의 관계식을 도출하기 위하여 각각 이론적 접근, 해석적 접근, 실험적 접근 세 가지를 병행하여 결과를 비교 분석한다. 풍향을 설계변수로 설정하며, 해석 시 0˚에서 90˚까지 11.25˚ 간격으로 9가지 풍향조건을, 실험 시 10˚ 간격으로 10가지 풍향조건을 설정한다.

기계장치에 있어서 브레이크 시스템은 기계의 안전상 동작만큼이나 중요한 부분이다. 기계를 급히 정지시켜야하는 비상시에 기계가 멈추지 않으면 큰 사고로 발전할 수 있기 때문이다. 이것은 모든 기계장치에서 공통된 사항이며, 선박에서 또한 마찬가지이다. 선박에는 2종류의 계류장치가 존재한다. 그 중 하나는 항해하는 선박을 근해에 정박시키기 위해서는 해저에 닻을 내리는 윈드라스 윈치이며, 또 다른 하나는 배를 항구에 계류시키기 위한 무어링 윈치이다. 그 중 기존에 사용하는 무어링 윈치의 경우, 브레이크 밴드가 하나의 철판으로 만들어져 있으며, 브레이크 밴드와 라이닝을 연결하는 볼트의 파손이 발생하게 된다. 본 연구에서는 이 파손을 방지하기 위해 유한요소해석 프로그램을 사용하여 응력이 집중되는 부위를 선정하였고, 이 부위를 분리하여 응력 집중을 해소하였다, 또한 이 분리지점의 각도에 따른 해석을 수행하여 최적의 위치를 선정하였다.

컨테이너 크레인은 강풍으로부터 보호를 받기 위한 차폐물이 없는 곳에 존재하기 때문에 이상 기후 조건에 취약성이 있는 구조물이다. 본 연구에서는 붐 각도의 변화에 따라 풍동실험과 전산유동 해석을 사용하여 컨테이너 크레인의 구조물에 대한 풍하중의 영향을 수행하였다. 그리고 75m/s의 풍속을 컨테이너 크레인에 적용하였다고 가정하였을 때 컨테이너 크레인의 풍력 내구성 설계에 사용되는 데이터를 컨테이너 크레인 설계자에게 제공하고자 한다. 본 연구에서는 건축물 하중기준의 풍하중 설계기준에 따라 풍하중을 적용하였으며 풍향에 따른 영향을 분석하기 위해서 유동장을 10˚ 간격으로 분할하였다. 이를 바탕으로 풍동실험과 전산 유동해석을 수행하였으며 얻어진 결과들을 비교 연구함으로써 컨테이너 크레인의 구조설계에 필요한 풍하중을 분석하였다.

현재 기존 철송 시스템에 있어서 문제점인 출발지와 목적지 사이 발생하는 복잡한 작업 프로세스(job process)를 간소화하여 철송 운임비감소와 물류운송의 체계 개선 및 활성화에 기여할 수 있는 시스템으로 DMT(Dual Mode Trailer) 시스템을 들 수 있다. 이에 본 기술의 국내적용 및 개발을 위해 기술동향 조사 및 국내 적용시 고려사항, 국내 적용 접합 모델 도출 등 기술성을 분석하였다.

컨테이너 크레인은 강풍으로부터 보호를 받기 위한 차폐물이 없는 곳에 존재하기 때문에 이상 기후 조건에 취약성이 있는 구조물이다. 본 연구에서는 풍향변화에 따라 컨테이너 크레인에 작용되는 풍하중을 분석하기 위하여 수행되었다. 사용된 모델은 61톤 급 컨테이너 크레인으로 현재 항만시설에 많이 사용되는 모델이다. 유동장은 원통으로 모델링하였으며, 직경 500m, 높이 200m로 설정하였다. 본 연구에서는 건축물 하중기준의 풍하중 설계기준에 따라 풍하중을 적용하였으며 풍향에 따른 영향을 분석하기 위해서 유동장을 10˚ 간격으로 분할하였다. 이를 바탕으로 CFX-10을 사용하여 전산유동해석을 수행하고 이를 통하여 얻어진 결과와 풍력실험 결과를 비교 연구함으로써, 컨테이너 크레인의 구조설계에 필요한 풍하중을 분석하였다.

컨테이너 크레인의 설계 시 적용되는 하중 조건 중에서 풍하중이 가장 중요하게 고려되어지는바, 본 연구는 75m/s의 풍하중이 컨테이너 크레인에 작용 할 때 컨테이너 크레인의 구조적 안정성에 미치는 영향을 보다 정확하게 예측하기 위하여 유동-구조 연성해석을 실시하였다. 컨테이너 크레인에 작용하는 실제 유동현상을 고려하기 위하여 먼저 전산유동해석을 실시하였으며, 이를 통해서 얻어진 풍하중을 구조해석의 하중조건으로 적용하는 유동-구조 연성해석을 통하여 컨테이너 크레인 각 지지점에서의 반력을 도출하고 그 결과를 분석하였다. 사용된 모델은 주변 환경으로 인하여 컨테이너 크레인의 최대 고도가 제한 될 경우 사용되는 관절형 컨테이너 크레인이며 전산유동해석 및 유동-구조 연성해석 프로그램으로는 ANSYS ICEM CFD 10.0과 ANSYS CFX 10.0을 사용하였다.

쐐기형 레일클램프는 초기에는 작은 압착력으로 레일을 압착하다가 바람이 불면 쐐기작용에 의해 큰 압착력으로 레일을 압착하는 구조를 가지고 있다. 이 때쐐기작용을 위해 레일클램프는 레일을 따라 이동하게 되는데, 만약 지지대를 설치하지 않으면 밀림거리가 증가하여 구조물을 파괴에 이르게 하는 과부하가 발생하게 되므로 이를 방지하기 위한 지지대를 적절히 설치하여야 한다. 이러한 지지대의 적정위치는 초기압착력과 쐐기각에 따라서 결정되므로, 본 연구에서는 이러한 초기압착력과 지지대의 위치사이의 관계에 대하여 살펴보기 위하여 5가지 쐐기각을 설계변수로 하여 유한요소해석을 수행하였다.

컨테이너 터미널에서 컨테이너의 양 하역 작업 시 컨테이너 크레인을 정위치에 고정시키고, 돌풍으로 인해 컨테이너 크레인이 레일방향으로 미끄러지는 것을 방지하는 장치가 레일클램프이다. 쐐기형 레일클램프는 초기에는 작은 압착력으로 레일을 압착하다가 풍속이 증가하면 쐐기작용에 의해 압착력이 증가하는 방식을 취함으로서 구조적으로 안정성과 내구성이 높은 장점을 가지고 있다. 본연구에서는 레일클램프의 주요부인 조에 대해 형상최적설계를 수행하였다. 본 논문에서는 솔리드 요소로 유한요소 모델링된 조(jaw)의 경량화 설계를 위하여 강도를 고려하였다. 설계변수로는 조의 측면부의 두께, 조의 중간부의 롤러지지부의 두께, 조의 하단부의 롤러지지부의 두께, 조의 곡면부의 위치로 설정하였다. 본 연구에서는 상용프래그램인 ANSYS WORKBENCH의 최적화 기능을 이용하였다.

LMTT는 항만 자동화를 위한 수평 이송이 가능하도록 설계된 셔틀카와 격자구조의 레일에 부착된 스테이터 모듈(stator module)로 구성된 PMLSM(Permanent Magnetic Linear Synchronous Motor)에 의해 구동된다. 본 연구에서는 순차적 표본방법에 기초하여 구성된 크리깅 근사모델을 이용하여 이동체의 구조최적설계를 수행하였다. 본 논문에서는 셀 요소로 유한요소 모델링된 이동체(mover)의 경량화 설계를 위하여 강도기준을 고려하고, 설계변수로는 가로빔, 세로빔, 휠 빔의 두께로 설정하였다. 순차적 크리깅모델에 의하여 구해진 최적해를 상용프로그램인 GENESIS를 이용하여 구해진 최적해와 비교, 검토하였다.

기존의 기계적인 센서들보다 높은 민감도와 선형성을 가지는 반도체 압력 센서들은 크기가 작고 일괄공정에 의해 제작될 수 있는 반도체 공정 기술로 제작되므로 다양한 산업에서 적용되고 있다. 하지만 열과 반복적인 외부 하중은 센서의 수명에 치명적인 영향을 미치고 있고, 특히 외부에서 가해지는 열은 센서를 구성하는 구조물보다 신호를 전달하는 금속 배선의 피로 수명에 지대한 영향을 미치고 있으므로 이에 대한 영향성을 분석할 수 있는 프로세스를 확립하고, 이후 다양한 재료의 반복적인 열하중에 대한 피로 수명을 Manson & Coffin식에 따라서 평가하였다. 금속 배선의 밑단에서 피로수명이 가장 낮고, 굽힘하중은 피로 수명보다는 응력분포에 큰 영향을 미치고 있다.

항만에서 작동중인 컨테이너 크레인에 갑작스러운 돌풍에 의해 크레인이 밀리는 현상을 방지하기 위한 안전장치로 레일 클램프가 적용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 레일 클램프 중에서 특히 레일의 손상과 레일 클램프 수명을 향상시킬 수 있는 쐐기형 레일 클램프을 제작하기 위한 기초 설계에 관한 연구를 수행하였다. 특히, 조의 회전을 방지하고 적절한 가압력을 발휘할 수 있는 쐐기각을 설정하기 위해, 우선조의 설계 치수와 회전력의 관계에 대한 하중분석을 수행하고, 여기에서 최대 쐐기각을 도출하고, 이후 수치 해석을 통한 강성도 분석을 통하여 최소 쐐기각 6˚를 제안한다. 또한, 제작된 레일 클램프를 통한 실험으로 검증하였다.

본 연구에서는 풍하중 설계 기준에 따른 50톤급 컨테이너 크레인의 안정성을 비교·분석하였다. '항만시설장비기준 /크레인강 구조부분 설계 기준(KS A 1627)'과 건설교통부의 '건축물하중기준'에 의거한 풍하중이 산정되었으며, 이리한 풍하중이 컨테이너 크레인에 작용할때, 컨테이너 크레인의 각 지지점에서 발생돠는 반력을 분석함으로써 구조적 안정성을 비교·평가하였다. 연구결과. 컨테이너 크레인의 설계 풍하중 산정 시 설계풍속의 명확한 정의가 필요하고, 컨테이너 크레인의 구조 안정성 분석을 위하여 인장력 평가와 지반 안정성을 고려하기 위한 최대 압축력 검토의 필요성을 확인하였다.

LMTT는 항만 자동화를 위한 수평 이송이 가능하도록 설계된 셔틀카(shuttle car)하 격자구조의 레일에 부착된 스테이터 모듈(stator module)로 구성된 PMLSM(Permanent Magnetic Linear Synchronous Motor)에 의해 구동된다. 본 논문에서는 강도 및 강성기준을 고려하고 경량화 설계를 위하여 셀 요소로 유한요소 모델링된 이동체(mover)의 구조최적설계를 수행하였다. 설계변수로는 가로빔, 세로빔, 휠 빔의 두께와 가로빔 및 세로빔의 높이를 포함시켰다. 목적함수는 중량, 제한조건 함수는 안전율이 고려된 허용응력과 가로빔의 허용변위로 설정하였다.

컨테이너 무역 규모가 매년 증가함에 따라 항만 환경이 급격히 변화하고 있다. 이러한 항만의 변화에 성공적으로 대처하기 위해 차세대 항만하역시스템인 LMTT(Linear Motor-based Transfer Technology)의 연구가 진행되고 있다. LMTT용 셔틀 카의 프레임부는 내부 빔, 내부 빔, 크로스 빔으로 구성되어 있으며, 본 연구에서는 프레임을 설계하기 위하여 크로스 빔의 개수, 하중 재하 위치 및 내부 빔의 위치에 따른 외부 빔과의 거리비 등이 프레임의 강도 및 강성에 미치는 영향을 유한요소 해석을 통하여 하중이 외부 빔과 내부 빔에 동시에 작용하고 크로스 빔이 5개일 때가 최적의 조건이라는 결론을 얻을 수 있었다.

본 연구에서는 컨테이너의 하역작업 시간을 단축함으로써 항만 하역 능률을 향상시킬 수 있는 고효율 갠트리 크레인의 필수 구조인 컨베이어 프레임의 구조선계를 수행하였다. 이것은 작업시 프레임 상부에 얹혀지는 컨테이너의 중량과 컨베이어 프레임의 자중으로 인하여 굽혀지게 되므로 본 연구에서는 프레임의 굽힘응력과 처짐이 설정값을 만족하면서 자체의 중량을 최소화할 수 있도록 ANSYS를 이용한 치수 최적화를 통하여 프레임의 두께를 설계하였다.

LMTT(Linear Motor-based Transfer Technology)는 항만 자동화를 위한 컨테이너 터미널용 수평 이송 장치이며, rail과 shuttle car(mover)에 부착된 stator module로 구성된 PMLSM(Permanent Magnetic Linear Synchronous Motor)에 의해 구동된다. 본 논문은 inner beam과 outer beam의 높이비가 LMTT용 shuttle car의 frame 강도 및 강성에 미치는 영향을 살펴보았다. 설계변수는 inner beam의 단면형상 및 높이비로 설정하였으며, 유한요소해석을 통하여 설계변수가 frame의 강도 및 강성에 미치는 영향을 살펴보았다.

본 연구에서는 항만하역장비인 스프레더용 충격흡수기의 개발을 위해 스프링과 오일댐퍼로 구성된 세 가지 형태의 모델에 대한 동적응답을 유한요소해석에 의해 수행하였다. 또한, 세 가지 모델의 충격흡수기에서 피스톤의 제한된 행정을 정적변수로 하고 목적함수인 충격에 대한 반력이 최소가 되도록 최적설계를 수행하였다. 본 연구의 결과로는 직렬식 2자유도계 모델의 반력이 가장 작게 나타났으며 그 다음으로는 1자유도계 모델, 병렬식 2자유도계 모델의 순으로 나타났다. 스프링상수와 감쇠계수의 변화가 반력에 미치는 영향을 확인하였으며, 최적설계 결과 각 모델에 대한 반력이 최소가 되는 스프링상수와 감쇠계수를 구하였다.

본 연구에서는 비감쇠 자유진동을 하는 점용접된 사각평판의 고유진동수를 수치해석을 통하여 살펴보고, 실험을 통하여 결과를 검증하였다 설계변수로는 점용접에 미치는 여러 설계변수 중에서 점용접이 차지하는 면적을 사각평판의 면적으로 나눈 면적비와 점용접점 사이의 거리를 평판의 한 변의 길이로 나눈 거리비로 무차원화하여 사용하였으며, 목적함수로는 점용접으로 인한 두께효과를 진동수에 대한 처짐의 비로써 나타낸 등가두께로써 무차원화하여 정의하였다. 수치해석에는 범용유한요소해석 프로그램인 ANSYS 5.6을 사용하였고, 실험에는 B&K Data analyzer를 통하여 주파수분석을 수행하였다. 연구의 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 점용접의 면적비가 단지 4.52%인데 비해 점 용접으로 인한 두께효과는 55%로써 매우 크게 나타났다. 2. 거리비에 따른 두께효과는 거리비가 0.4일 때 가장 크게 나타났다.