목적 : 수치 해석을 통해 Gullstrand 모형안에서 광학적 특성(초점거리, 구면수차 및 초점심도)를 분석했다. 방법 : 광학상수 값(방수)이 수정된 Gullstrand 모형안(각막 전·후면, 수정체 피질 전·후면 및 수정체 핵질 전·후면)을 사용하였다. 평행광선이 입사되었을 때 근축 근사 없는 Snell의 법칙에 따른 눈의 광학적 특성을 수치적으로 분석하였다. 결과 : 모형안으로 입사된 모든 평행광선은 입사 높이가 증가할수록 초점거리, 구면수차 및 초점심도에서 각각 비선형적으로 감소, 증가 및 감소한 것으로 나타났으며, 일반적으로 알려진 근축 근사가 적용된 Gullstrand 정식 모형안의 결과와 잘 일치되었다. 결론 : 생체적 분석이 제한될 수밖에 없는 눈의 광학적 특성을 근축 근사 없이 수치적으로 분석할 수 있었다. 이를 기반으로 다양한 눈의 광학적 현상을 이해할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구의 대상은 신축이음장치를 설치하지 않고 상부구조와 교대를 일체화하는 무조인트 교량이다. 무조인트 교량은 국내에 2009년 이후 본격적으로 도입되었다. 공용기간이 짧고 설계, 시공 및 유지관리 경험이 부족하여 장기거동에 대한 신뢰도가 아직은 부족하다. 수치해석을 통해 다수의 교량을 분석하는 경우 수치해석 모델은 안정적인 정확성 유지와 모델 구축의 편의성이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 다양한 형식을 가진 무조인트 교량의 수치해석 모델을 선정하기 위해 민감도 해석을 수행하였다. 민감도 해석은 상용 유한요소 프로그램인 MIDAS Civil과 ABAQUS를 사용하여 수행하였다. solid 요소 기반인 모델을 기준으로 하여 구조모델간 평균 및 최대 상대오차를 분석하였다. 해석결과 beam 요소 기반인 모델은 상대오차가 크게 발생하였고 shell 요소 기반인 모델은 상대오차가 아주 미소하였다. 따라서 무조인트 교량의 최적 수치해석 모델은 상대오차에 의한 변위 형상의 유사성과 정밀도를 유지하면서 실용적인 모델인 shell 요소 기반 모델이 가장 적합한 것으로 판단하였다.

PURPOSES : The objective of this study is to analyze the uniform diffusion mechanism of precursor gas species, and the effect of NOx reduction technology in a full-scale particulate matter testing facility, using computational fluid dynamics (CFD). METHODS : A full-scale environment chamber was constructed to evaluate the effects of particulate matter reduction technologies on the road. CFD analysis was conducted to simulate the road environment conditions in the chamber, and investigate the effect of the NOx removal panel. The time required to reach the NOx concentration to target value in the fluid field was determined at a given inflow velocity, inlet direction, and initial inflow concentration. The effect of the NOx removal panel, and solar energy on the reduction characteristics of the NOx concentration in the environment chamber was analyzed. RESULTS : The inflow velocity was determined to be the major factor affecting the time required to reach a uniform target NOx concentration in the environment chamber. The inlet location in the transverse direction requires additional time to approach the uniform target concentration, than the longitudinal direction at the same inflow velocity. Based on the CFD analysis in the 1ppm concentration condition of the chamber, a two-fold increase in the NOx removal panel efficiency can reduce the time to target concentration by approximately 50%. It is also observed that a 20% increase in solar energy can decrease the time to target concentration by 4%–12% depending on the panel efficiency. CONCLUSIONS : This study proved that a full-scale environment chamber can be effectively utilized to evaluate the particulate matter reduction technologies applied in road facilities

본 연구에서는 섬유보강콘크리트(SFRC) 구조물의 수치해석을 위한 K&C모델의 보정기법을 소개하였다. SFRC 1축 및 3축 압축강도 실험결과를 기반으로 보정을 수행하였으며, 단일요소 해석결과를 실험결과와 비교함으로써 보정 기법의 검증을 수행하였다. 또 한, 변형률 속도의 영향을 반형하기 위해 동적증가계수(DIF)를 고려하여 SFRC 구조물의 발사체 관통해석을 수행함으로써 보정기법의 적용 가능성을 확인하였다.

선박 및 해양구조물과 같은 대형 유한요소모델의 진동 특성을 평가하기 위해 고유치 해석 및 가진 주파수에 따른 응답 계산을 필수적으로 수행해야 한다. 하지만 이러한 해석들은 과도한 전산 장비와 계산 시간이 요구되어 고성능 해석 프로그램의 개발이 필요하다. 특히 선형연립방정식에서 발생하는 역행렬 계산 및 고유치 해석 시에는 상당한 전산 해석 시간이 발생하기 때문에 최신 고성능 라이브러리를 적용함으로써 이를 개선할 수 있다. 본 연구에서는 병렬식 선형연립방정식 계산 라이브러리인 PARDISO와 고성능 고유치 해석 라이 브러리인 ARPACK을 적용하여 빠르고 정확한 해석이 가능한 진동해석 프로그램을 개발하였다. 끝으로 개발된 해석 프로그램의 정확도와 효율성을 검증하기 위해 여러 선박해양공학 수치 예제를 사용하였고, 상용 유한요소 프로그램인 ABAQUS와의 결과 비교 검토를 통해 개발된 진동해석 프로그램의 신뢰성을 검증, 제시하였다.

PURPOSES : The cooling characteristics of the asphalt mixture in a moving dump truck were analyzed using a numerical simulation method. The cooling characteristic can be used to determine the optimum transport path for minimizing the temperature drop of the asphalt mixture. METHODS : In this research, a coupled analysis of the discrete element method (DEM) with computational fluid dynamics (CFD) was applied for cooling characteristic analysis of asphalt mixtures in transit. Two different transit speeds, 30 km/h and 60 km/h, were considered to evaluate the effect of speed on the temperature drop of the asphalt mixture. Velocity, pressure, and temperature contours were plotted and temperature variations were compared. RESULTS : Most of the temperature drops in the asphalt mixture were observed in the middle of the dump box in the longitudinal direction. It was confirmed that a faster speed causes a greater temperature drop for the same travel time and a slower speed causes the more temperature to reach the same travel distance as expected. CONCLUSIONS : It is concluded that the coupled analysis method can be used to quantitatively evaluate the effect of vehicle speed on temperature drop in asphalt mixtures. In addition, the method can be used to determine the optimum travel path considering environmental conditions and traffic congestion.

If an excessive displacement occurs in the base isolation system, the structure will be damaged due to overturning of the upper structure. In this study, we analyze the behavior of base isolation by applying earthquake to base isolation with anti-uplift device. In the case of structures that generate horizontal reaction forces such as arch structures, horizontal reaction forces must be considered in the design of the base isolation and structural members. And anti-uplift device for preventing the excessive displacement of the base isolation system is needed.

본 연구의 대상은 도로 폭이 좁은 시가지에서 굴착공사 시 적용되는 장지간 주형의 연결부이다. 일반적으로 적용되고 있는 연결부에서 상부 플랜지의 단차와 피로균열 등의 문제로 연결부의 신뢰도가 저하된다. 연결부의 결함을 보완하고 안전성을 향상시킨 개선형 연결부를 개발하였다. 유한요소 기반의 상용프로그램(ABAQUS)를 이용하여 개선형 연결부의 거동을 평가하였다. 먼저, 개선형 연결부에 적용되는 고장력 볼트 연결 및 강재와 콘크리트의 합성거동을 구현하기 위한 수치해석 방법을 제안하였다. 비교논문의 실험결과와 수치해석 결과의 비교를 통하여 개선형 연결부를 해석하는데 있어 수치해석 방법의 적합성을 검증하였다. 본 연구에서 제 안하는 수치해석 방법을 적용하여 개선형 연결부와 일반형 연결부가 적용된 장지간 주형을 해석하였다. 장지간 주형의 탄소성 거동과 연결부의 응력분포를 수치 해석적으로 비교분석하였다. 개선형 연결부의 도입으로 25%의 압축응력이 감소되며 구조적 성능 개선 효과 및 안전성을 확인하였다.

In order to design a diesel engine system and predict its performance, it is necessary to analyze the gas flow of the intake and exhaust system. A gas flow analysis in three-dimensional (3D) format needs a high-resolution workstation and enormous time for analysis. Therefore, the method of characteristics (MOC) was used for a gas flow analysis with a fast calculation time and a low-resolution workstation. An experiment was conducted on a single cylinder diesel engine to measure pressure in cylinder, intake pipe and exhaust pipe. The one-dimensional (1D) gas flow was analyzed under the same conditions as the experiment. The engine speed, valve timing and compression ratio were the same conditions and the intake pressure was inputted as the experimental results. Bent pipe such as an exhaust port that cannot be realized in 1D was omitted. As results of validation, the cylinder pressure showed accuracy, but the exhaust pipe pressure exhibited inaccuracy. This is considered as an error caused by the failure to implement a bent pipe such as an exhaust port. When analyzed in 3D, calculation time required 61 hours more based on a model of this study. In the future, we intend to implement a bent pipe that cannot be realized in 1D using 3D and prepare a method to supplement reliability by using 1D-3D coupling.

The improvement of heat transfer in water cooling passage of lithium-ion battery is numerically studied by employing trapezoidal vortex generators. Battery Design StudioⓇ software is used for modeling electro-chemical heat generation in the battery. The conjugated heat transfer is analyzed with the commercial package STAR-CCM+ in terms of inlet flow velocities. The result shows that vortex generator enhances the convective heat transfer by developing thermal boundary layers and secondary flows in downstream, which results in reducing the average temperature of the battery by about 1℃. The heat transfer is enhanced for the whole inlet velocity, while the pressure loss sharply increases at more than inlet velocity of 0.1m/s. The optimum inlet velocity is around 0.1m/s for in terms of the heat transfer and pressure loss.

관내에서 이동하는 물체 주위의 유동에 대한 연구는 대부분 비정상상태가 아닌 정상상태의 종단속도 조건 하에 이루어져있 으므로 이에 대한 유체역학적 분석이 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 직경의 원통형 관 안에서 9.81m/s2으로 비정상 등가 속 운동을 하는 3D 구에 작용하는 힘을 전산유체역학을 이용하여 분석하였다. 유한 체적 기반 CFD 코드 인 Fluent 19.0을 사용하였으 며, 상대 운동 프레임과 난류 모사를 위한 SST k-ω 모델을 적용하였다. 선행연구 결과와의 비교를 통해 본 연구의 해석방법이 타당함 을 보이고 있다. 또한 후류 분석을 통하여 항력 변화를 설명하고, 벽면효과에 의한 항력 증가를 정량적으로 분석하였다.

In fisheries, the importance of designing efficient fish cages is being emphasized as aquaculture has become more production than capture fishing. Particularly, the gravity cage system is one of the popular fish cage system in Korea. Currently, gravity cages of various shapes and sizes are being widely designed and installed in offshore and inland seas. The cage is subject to external forces, such as currents and waves, and the shape of the structure and tension on the ropes changes according to these external forces. Thus, it is important to accurately calculate these dynamic behavior, including the external forces and tension on the structure during the design stage. In this study, three types of cage systems with an equal internal volume of 8000 m3 were analyzed using mass-spring models and their behavior was interpreted through simulations. These simulations were used to analyze the behavior and tension of the ropes in response to currents and waves to aid in the selection of individual cage sizes for a given total volume. The numerical calculation results indicate that depending on the flow rate, the most resistant system is System 1, which has eight strays, and System 2 and System 3 have 69.4% and 54.8% of the resistance of System 1. Further, total resistance increased as the number of cages increased for all flow rates.