구조 건전도 모니터링 시스템과 응답기반모드해석 기법의 발전과 함께 토목구조물의 고유진동수나 감쇠비, 모드형상과 같은 동특성의 변화를 통해 구조물의 상태를 평가하거나 손상도를 추정하는 연구가 지속적으로 수행되었다. 그러나 온도나 풍속, 진폭 같은 환경 및 거동조건에 따른 동특성의 변동성으로 인해 구조물의 손상이나 상태 변화에 의한 영향만을 파악하는 데 한계점이 있다. 본 연구에서는 복잡한 공기역학적 특성을 보이는 장대교량의 동특성과 환경 및 거동조건 사이의 상관성을 분석하기 위한 다중선형회귀분석 기반의 예측모델을 제안하였다. 응답기반모드해석 기법을 적용하여 3달간의 계측데이터로부터 대상 구조물의 고유진동수와 감쇠 비를 추정하고 온도나 풍속, 구조물의 진폭 등 환경 및 거동조건과의 다중선형회귀분석을 통해 각 요인의 변화가 동특성의 변동성에 미치는 영향을 정량화하였다. 또한, 랜덤 추출한 80%의 데이터를 토대로 다변수 회귀모델을 구축하고 나머지 20% 데이터의 환경 및 거동조건으로부터 예측한 값과 실제 추정치를 비교함으로써 제안한 모델의 예측 성능을 검증하였다. 마지막으로 단계적 회귀분석을 통해 기여도가 높은 독립변수를 파악하고 예측 성능을 개선하였다.

구조물에 장기적으로 발생하는 노후화를 정량적으로 파악하기 위해 상시진동 데이터를 활용한 일반화된 모니터링 시스템에 관한 연구가 세계적으로 활발히 수행중이다. 본 연구에서는 구조물에서 장기적으로 취득되는 동특성을 앙상블 학습에 활용하여 구조물의 이상을 감지하기 위한 보급형 엣지 컴퓨팅 시스템을 구축하였다. 시스템의 하드웨어는 라즈베리파이와 보급형 가속도계, 기울기센서, GPS RTK 모듈, 로라 모듈로 구성됐다. 실험실 규모의 구조물 모형 진동실험을 통해 동특성을 활용한 앙상블 학습의 구조물 이상 감지를 검증하였으며, 실험을 기반으로 한 실시간 동특성 추출 분산처리 알고리즘을 라즈베리파이에 탑재하였다. 구축된 시스템을 하우징하고 포항시 행정복지센터에 설치하여 데이터를 취득함으로써 개발된 시스템의 현장 적용성을 검증하였다.

본 연구에서는 구조물의 진동제어를 위하여 사용되는 가장 대표적인 수동형 제진장치로 알려진 동조질량 감쇠기(Tuned Mass Damper, TMD)의 동적특성을 운영 중에 추정하는 기법에 대해서 다룬다. 동적특성 추정법은 무향칼만필터에 기반하고 있으며, 구조물과 TMD의 계측 가속도를 이용한다. TMD 파라미터 중에 마찰계수를 추정 파라미터로 포함하는 경우와 그렇지 않은 경우로 구분하여 마찰계수가 TMD의 동적특성에 미치는 영향을 평가하였다. 추정된 TMD 파라미터와 TMD에 의해서 분화된 두 개의 인접모드의 동적 특성을 이용하여 제어 대상 모드의 동적특성을 추정하여 제진장치에 의한 제어성능을 평가하였다. 본 연구에서 제안된 TMD 파라미터 추정법을 실 구조물 계측응답에 적용한 결과 안정적인 파라미터 추정이 이루어지는 것을 확인할 수 있었으며 제어성능 평가가 가능함을 검증하였다.

급증하는 전련소비량을 감당하기 위해서 발전소는 필수적인 사회기반시설이며 안정적인 에너지 공급을 위해 발전소 내 구조적/비구조적 요소의 외부하중에 의한 안전성 평가는 반드시 필요하다. 국내에서 발생되는 지진의 상당수는 고주파 영역의 지진으로 보고되고 있으며 국내외 선행연구들에 의해 비구조적 요소가 고주파 지진에 더 많이 피해가 발생할 수 있는 것으로 연구되었다. 발전소 내에 대표적인 비구조적 요수중 하나인 전기 캐비닛의 경우 선행연구들에서 고유진동수가 10Hz 이상의 고주파 영역에 속하는 것으로 나타났으며 이에 따라 고주파 지진에 의한 안전성 평가가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 전기 캐비닛의 고주파 지진에 의한 영향성 평가에 앞서 양문형 전기 캐비닛의 유한요소 모델을 구축하여 모드해석을 수행하였으며 진동대를 이용한 공진탐색실험 결과와 비교하여 모델의 타당성을 검토하였다. 또한 모델의 신뢰성을 높이기 위해 ABAQUS와 ANSYS Platform을 이용하여 모델을 구축하고 모드해석을 수행하였다. 실험에서 얻어진 1차, 2차 3차 전역모드의 주파수와 비교하였을 때 최대 약 5%의 오차가 발생하는 것으로 나타났다. 또한 1차, 2차, 3차 전역모드에 유효질량이 90%이상 참여하는 것으로 나타나 가장 지배적일 것으로 판단되며 모드형상이 유사한 것으로 판단되어 구축된 모델이 양문형 전기 캐비닛의 전체적인 동적 거동을 잘 모사할 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, a bistable energy harvester (BEH) with a piecewise potential function is proposed to improve its energy harvesting performance. A mathematical model of the piecewise BEH (PWBEH) system is established first and a series of numerical simulation are performed, based on the developed model, in order to investigate the nonlinear dynamic behaviors and energy-harvesting performance of the system. The analysis results for the proposed PWBEH system are compared with a conventional BEH (CBEH). The frequency response results show the stiffness-softening interwell motion of the PWBEH, due to the piecewise potential energy function, which is contrary to the stiffness-hardening behavior of the CBEH. Such softening behavior of interwell motion tends to reduce the operating frequency of the BEH, while significantly increasing the output power. This observation indicate that the introduction of the piecewise potential function to a BEH would be beneficial to the system design for enhancing enegy-harvesting performance at the cost of redundant frequency band, which depends on the characteristics of environmental vibration sources.

2017년 발생한 포항 지진으로 인하여 천장재, 외장재, 커튼월 등 비구조재의 파괴에 의한 피해가 다수 보고되었으며 비구조재의 내진설계가 중요해지고 있다. 본 연구에서는 임팩트해머 테스트를 통해 행어볼트 길이에 따른 천장재의 고유진동수와 감쇠비를 식별하였다. 또한 천장재가 벽 또는 다른 구조체에 충돌하는 경우 발생하는 충격효과를 정확히 고려하기 위해 충돌실험을 수행하였다. 식별된 천장재의 동특성과 충격지속시간을 바탕으로 실제로 천장재가 지진하중으로 인하여 주변 구조물과 충돌이 발생하는 경우에 대한 천장재 응답특성을 수치해석을 통하여 분석하였다. 수치해석 시뮬레이션 결과, 충격하중은 이격거리에 따라 선형적으로 증가하는 경향을 보였으며, 달대길이와는 무관한 것으로 나타났다.

진동대를 통한 백색잡음 가진 실험과 모드별 고유진동수의 Sine wave 가진 후 자유진동 실험을 통해 다자유도 구조물의 영상기반 동특성 추정을 수행하고자 하였다. 실제 현장에 적용하기에 앞서, 15 케이스의 모형 구조물을 통한 동특성 식별을 통해 영상 기반 계측 시스템의 적용성을 검증하였다. 캠코더를 통한 계측 및 동특성 추정 결과는 LDS(Laser Displacement Sensor) 및 가속도계 를 통한 결과와 비교하여 유효성을 판단하고자 하였다. 시간 및 진동수 영역에서의 동적계측 결과, 모든 센서를 통한 계측 결과가 높은 유사성을 나타냈다. 또한 캠코더 계측 데이터를 활용한 동특성 추정 결과는 LDS 및 가속도계 계측 데이터를 통한 추정 결과와 전 체적으로 유사하게 나타나므로, 영상기반 계측을 통한 구조물 동특성 추정은 유효성이 있다고 판단된다.

Liquid storage tank is one of the major infrastructures and generally used to store gases, drinking and utilizing water, dangerous fluids, fire water and so on. According to the recent reports and experiences, the tank structures are damaged in many earthquakes due to their low energy dissipating capacity. Therefore, many researchers have been tried to know the dynamic properties of the tanks including liquids. However, vary limited experimental studies are carried out using relatively small tank models. In this study, a series of shaking table tests are performed with maximum 2 m cubic rectangular liquid storage tanks made of steel to measure the natural frequency and estimate damping coefficient of impulsive and convective mode of the tanks. Especially, the damping values under different shapes and excitation methods are estimated by logarithmic decrement method and half power band-pass method and compared with current design code and standards such as ASCE 7, Eurocode 8 and NZS. Test results show that the impulsive mode damping is around 2% which is proposed by general standards and codes but the impulsive mode damping is 0.13% average that is slightly lower than the code recommendation.

This study investigates dynamic characteristics of a 2MW wind turbine structure by long-term response monitoring with accelerometers, tiltmeter and strain gauges. The object wind turbine structure is located in Jeju Island, Korea. The natural frequency and damping ratio were evaluated by least-square frequency domain decomposition and random decrement technique using acceleration response data. As a result, it was found that natural frequencies with 1st, 2nd and 3rd modes, and blade passing frequencies with 1P, 2P and 3P were clearly showed from power spectral densities of acceleration reponses. Furthermore, 1st model frequencies were almost constant with increase in standard deviations of acceleration responses. Another notable observation was that when standard deviations of acceleration responses were small, damping ratios showed to diverge. However, when standard deviations of acceleration responses had large values, damping ratios were converged to about 0.5%.

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.

본 연구에서는 저층 조적채움벽 철근콘크리트 골조 구조물의 내진보강 전과 후에 대하여 강제 진동 실험과 상시 진동 계측을 수행하였으며 시스템 식별과정을 통하여 구조물의 동특성을 구하고 해당 구조물과 유사한 동특성을 보이는 해석 모델을 만들었다. 시스템 식별 결과 댐퍼가 설치된 x방향의 감쇠비가 증가되었으며, 해석 모델과 비교한 결과 추가 설치된 부재들(전단벽과 댐퍼)의 유효 강성은 부재의 총단면 강성의 50%만이 발현되어 해당 부재들이 기존의 구조물이나 부재와 완전히 일체화되지는 않음을 알 수 있었다. 또한, 추가 설치된 기초의 y방향 구속조건을 핀으로 하여야 동특성을 일치시킬 수 있었는데, 이는 새로운 기초가 설치되며 해당 지질의 특성이 변화되었기 때문으로 보인다.

This work introduces a modal testing and analysis results of the mock-up for a layered stone pagoda. The pagoda has been horizontally excited by an impact hammer. As to the measured acceleration time responses, the first five lower mode shapes and natural frequency are extracted by the TDD technique. It is observed that the time delay of a shear wave occurs through friction surfaces. Such phenomena cannot be described by using the traditional analytical models such as a continuum cantilever beam model or a discrete shear building model. However, the time delay typically affects only the phases of the pagoda system. The frequencies of the pagoda system are not affected by such time delay. It is found in the first time that the layered stone pagoda system has a set of closely placed modes in near of natural frequency. It is believed that such modes are due to the friction characteristics in friction surfaces. Based on the stick-slip friction model, it seems that the one of the closely placed mode can be a self-excited one.

육지와 도서를 연결하는 차도선은 교통수단 기능과 물자수송을 담당하는 중요한 역할을 하고 있다. 이에 따라 차도선의 효율성 증대와 안전성 향상 및 경제적 요건 등을 고려한 선박이 개발 중이다. 유럽에서는 승객의 편의성 및 경제성을 고려하여 양방향 차도선(Double-ended Car Ferry)의 개발이 활발히 진행 중이며 국내에서도 이에 대한 연구 개발이 필요하다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 차도선 제작 시 축계의 제작 및 강도의 문제를 Campbell Diagram 및 Modal 해석을 통한 동특성 분석을 하였다. 이를 통하여 양방향 차도선의 추진 방향 및 후진 방향 축계 작동 시 공진 현상 및 위험속도를 분석 결과 안정성을 보인 것으로 판단된다.

Uniform brightness is very crucial for LCD panels, which should be made in during manufacturing. Usually some compensating algorithms are applied to recover the brightness deviation that occurs in actual panels. Although such remedying tools are used, it is very hard to prevent horizontal or vertical crosstalks that represent the brightness level difference in horizontal or vertical direction. This research applied transformability Taguchi dynamic characteristics and “nominal is best” static characteristic simultaneously to design the compensating circuit optimally that may reduce the crosstalks and make uniform brightness level.

Porcelain surge arrestor is very vulnerable to earthquake but there is very few information on its dynamic characteristics which are necessary to the seismic design. Therefore, the dynamic characteristics of the porcelain surge arrestor are evaluated considering the variation of its cable tension and stiffness by shaking table test. The test results show that the first natural frequencies are 5.3 Hz and 5.2 Hz in the horizontal x- and y-axis directions, respectively, and higher than 30 Hz in the vertical z-axis direction, respectively. The installation of cable on the surge arrestor reduces the horizontal natural frequencies due to the constraint effect of the cable but cable tension has no effect on the natural frequency. Also, the natural frequency is proportional to the stiffness of the surge arrestor. This test result will be used for the seismic design and seismic capacity assessment of domestic substations and contribute to the stability of the electric power supply under earthquake event.