This study aims to estimate the scope of damage impact with a real-life explosion case and a damage prediction program (ALOHA) and suggest measures to reduce risk by comparing and analyzing the results using a Probit model. After applying it to the ALOHA program, the toxicity, overpressure, and radiant heat damage of 5 tons of storage scopes between 66 to 413 meters, and the real-life case also demonstrated that most of the damage took place within 300 meters of the LPG gas station. In the Probit analysis, the damages due to radiant heat were estimated as first-degree burns (13-50%), while structural damage (0-75%) and glass window breakage (94-100%) were expected from overpressure, depending on the storage volume. After comparing the real-life case and the damage prediction program, this study concluded that the ALOHA program could be used as the scope of damage impacts is nearly the same as the actual case; it also concluded that the analysis using the Probit model could reduce risks by applying calculated results and predicting the probability of human casualties and structural damages.

The purpose of this study is to compare and analyze the impact range of explosion damage due to gas leaks at LPG filling stations, focusing on propane and butane, which are components of vehicle LPG. The scenarios were designed based on the explosion incident at an LPG filling station in Gangwon-do, where an actual gas leak accident occurred, resulting in Scenario I and Scenario II. The ALOHA program, developed by the U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), was used as the tool to analyze the impact range of the explosion damage for both substances. The results of the study indicated that, under identical conditions, propane had a wider impact range of damage than butane. This is presumed to be due to the greater explosion energy of propane, attributable to its physicochemical properties. Therefore, when preparing for LPG leak accidents, measures for propane need to be prioritized. As safety measures for propane, two suggestions were made to minimize human casualties. First, from a preventive perspective, it is suggested to educate workers about propane. Second, from the perspective of response measures and damage minimization, it is suggested to thoroughly prepare emergency evacuation and rescue plans, evacuation routes, designated shelters, and emergency response teams. This study compares and analyzes the impact range of radiative heat damage based on LPG components. However, hazardous accidents are critically influenced by the type of leaking substance, the form of the leak, and meteorological factors affecting the diffusion pattern of the substance. Therefore, for future research, it is proposed to model various leakage scenarios for the same substance to conduct a comprehensive risk assessment.

최근 원자력 지진 PSA(Probabilistic Safety Assessment)를 토대로 산업시설물의 지진 PSA를 수행하는 연구가 진행되었다. 해당 연 구는 원자력 발전소와 산업시설물의 차이를 파악하고, 최종적으로 운영정지를 목표로 하는 고장수목(Fault Tree)를 구축한 후 시각적 확률도구인 베이지안 네트워크(Bayesian Network, BN)으로 변환하였다. 본 연구는 선행연구를 기반으로 지진으로 유발된 구조손상 으로 인해 발생 가능한 화재･폭발에 대해 PSA를 수행하고자 하였다. 이를 위해 화재･폭발을 사건수목(Event Tree)으로 표현하고, BN 으로 변환하였다. 변환된 BN은 화재･폭발 모듈로서 선행연구에서 제시된 고장수목 기반 BN과 연계되어 최종적으로 지진 유발 화재･ 폭발 PSA를 수행할 수 있는 BN 기반 방법론이 개발되었다. 개발된 BN을 검증하기위해 수치예제로서 가상의 가스플랜트 Plot Plan을 생성하였고, 가스플랜트의 설비 종류가 구체적으로 반영된 대규모 BN을 구축하였다. 해당 BN을 이용하여 지진 규모에 따른 전체시 스템의 운영정지 확률 및 하위시스템들의 고장확률 산정과 더불어 역으로 전체시스템이 운영 정지되었을 때 하위시스템들의 영향도 분석과 화재･폭발 가능성을 산정하여 다양한 의사결정을 수행할 수 있음을 제시함으로써 그 우수성을 확인하였다.

본 논문에서는 충격파 형태의 폭발 하중을 받는 부재의 소성 범위를 고려한 SDOF 해석의 수정계수를 개발하였다. SDOF 해석의 수 정계수는 MDOF 해석 결과 값을 비교하여 도출하였다. SDOF 해석에 영향을 미치는 매개변수로 부재의 경계조건, 폭발 하중 지속시 간과 고유주기 비를 선정하였다. 수정계수는 탄성 하중-질량 변환 계수를 기준으로 산정하였다. 수정계수 곡선은 상한, 하한 매개변수 경계 사이에 있도록 타원 방정식을 이용하여 도출하였다. 서로 다른 단면과 경계조건을 가지는 예제에 수정계수를 적용한 결과 SDOF 해석의 오차율이 15%에서 3%로 감소하였다. 본 연구의 결과는 수정계수를 적용하여 SDOF 해석의 정확도를 높임에 따라 폭발 해석 에 널리 활용될 수 있다.

PURPOSES : This study analyzes the accident damage scale of hazardous material transportation vehicles not monitored in real time by the Hazardous Material Transportation Safety (HMTS) management center. METHODS : To simulate hazardous-material transportation vehicle accidents, a preliminary analysis of transportation vehicle registration status was conducted. Simulation analyses were conducted for hazardous substance and flammable gas transportation vehicles with a high proportion of small- and medium-sized vehicles. To perform a spill accident damage-scale simulation of hazardous-substance transportation vehicles, the fluid analysis software ANSYS Fluent was used. Additionally, to analyze explosion accidents in combustible gas transportation vehicles, the risk assessment software Phast and Aloha were utilized. RESULT : Simulation analysis of hazardous material transportation vehicles revealed varying damage scales based on vehicle capacity. Simulation analysis of spillage accidents showed that the first arrival time at the side gutter was similar for various vehicle capacities. However, the results of the cumulative pollution analysis based on vehicle capacity exhibited some differences. In addition, the simulation analysis of the explosion overpressure and radiant heat intensity of the combustible gas transportation vehicle showed that the difference in the danger radius owing to the difference in vehicle capacity was insignificant. CONCLUSIONS : The simulation analysis of hazardous-material transportation vehicles indicated that accidents involving small- and medium-sized transportation vehicles could result in substantial damage to humans and ecosystems. For safety management of these small and medium-sized hazardous material transportation vehicles, it is expected that damage can be minimized with the help of rapid accident response through real-time vehicle control operated by the existing HMTS management center.

본 논문에서는 상용 프로그램 MIDAS GEN을 활용하여 플랜트 시설물의 특성을 반영한 골조와 단일 부재의 비선형 동적 해석을 수 행하였으며 이에 따른 결과를 분석하였다. 플랜트에 배치되는 일반적인 구조 부재의 크기와 재료적 특성을 고려하였으며, 수치해석 방법 중 뉴마크 평균 가속도법, 재료 비선형을 고려하기 위한 소성 힌지를 적용하였다. 플랜트 폭발의 대표적 유형인 증기운 폭발의 폭 발하중을 산정하였으며, 이를 골조 및 단일 부재에 적용하여 비선형 동적 해석을 수행하였다. 동적 거동의 결과는 고유주기와 하중지 속시간의 비율, 최대변위, 연성도, 회전각으로 정리하였으며 골조를 단일 부재로 해석할 수 있는 조건과 범위를 분석 및 확인하였다. 보-기둥 강성비가 0.5, 연성도가 2.0 이상인 NSFF는 FFC로 단순화할 수 있으며, 보-기둥 강성비가 0.5, 연성도가 1.5 이상인 NSPF는 FPC로 단순화하여 해석할 수 있다. 본 연구의 결과는 플랜트 시설물의 내폭설계 가이드라인으로 활용될 수 있다.

본 논문에서는 확률론적 처리기법을 적용하여 플랜트 시설물의 폭발 재현주기에 따른 폭발 위험도를 분석하였다. HSE에서 제공하 는 누출 데이터, DNV에서 제시한 플랜트당 연간 누출 빈도, 다양한 연구진이 제시한 점화 확률을 고려하여 누출량에 따른 폭발 재현 주기를 산정하였다. 산정된 폭발 재현주기를 통해 폭발 위험도를 증기운의 부피 및 반경, 폭발하중에 대하여 평가하였다. 재현주기에 따른 증기운의 반경과 과거 실제 증기운 폭발 사례, 내폭설계 가이드라인을 비교 분석하여 설계폭발하중 모델을 위한 기준거리를 제 시하였다. 멀티에너지법을 통하여 폭발 재현주기에 따른 폭발하중의 범위를 분석하였으며, 설계폭발하중 모델의 기준이 되는 재현주 기를 제안하였다. 본 연구의 결과로 플랜트 시설물에 대한 성능기반 내폭설계의 간략한 표준안으로 활용이 가능하다.

폭발 수치해석 기법 중 Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)는 구조물의 파괴뿐만 아니라 폭발 이후 충격파의 전파 과정까지 관찰할 수 있는 장점이 있다. 그러나 동적 해석 시 유한요소 모델의 격자망 크기가 일정 수준 이하로 감소하게 되면 해석 결과의 신뢰도가 부 정확해진다. 본 연구에서는 ALE 수치해석 기법을 활용하여 대기의 격자망 크기가 해석의 정확도에 미치는 영향을 조사한다. 다양한 조건의 격자망 크기와 폭발 중량을 갖는 대기 중 폭발모델을 구축하고, 폭발 중심으로부터 거리에 따른 폭발압력을 관찰한다. 수치해 석과 실험에서 얻은 최대 폭발압력 결과에 대해 평균 제곱 오차를 계산하여 최적의 격자망 크기를 제안하고, 제안된 크기를 바탕으로 폭발물 중량과 대기의 최적 격자망 크기에 대한 상관관계를 분석한다. 본 연구는 다양한 중량을 가진 폭발물 해석에서 최적의 격자망 크기를 제공함으로써 신뢰성이 향상된 폭발 수치해석 모델 개발에 도움이 될 것으로 기대한다.

본 논문에서는 유한요소해석 프로그램을 통해 파괴 거동 유형별 철근콘크리트 기둥 및 폭발 하중을 모델링하였으며, 실제 실험과 의 동적 응답을 비교하여 모델의 적합성을 입증하였다. 개발한 모델을 이용하여 폭발 하중에 대한 부재의 동적 응답을 확인하기 위해 폭발 하중 시나리오를 설정하였으며 해당 시나리오별 폭발 하중에 대한 시간에 따른 변위 및 응력 결과를 도출하였다. 동적 응답을 통 해 폭발 하중에 대한 기둥의 성능평가(Ductility, Residual)를 수행하였으며 이를 비교 및 분석하였다.

폭발물을 사용한 폭력적 극단주의나 테러사건은 자주 발생하는 사건은 아 니지만, 폭발물 테러나 범죄사건은 그 영향력이 매우 심각하고 다수의 사상 자를 발생시켜 엄청난 사회적 파급력을 남긴다. 최근 국내외에서 발생한 사 제폭탄을 이용한 공격들은 이러한 위협이 실존하는 위협이라는 것을 명확히 보여준다. 문제는 오늘날에는 악의를 가진 범죄자나 극단주의자들이 폭발물 을 제조하는 방법이 알려지고 관련 화약류 등의 물질을 손쉽게 구할 수도 있 다는 점이다. 그러나 학계에서는 사제폭탄을 비롯한 폭발물 범죄와 테러의 위협에 대한 연구가 매우 부족하고, 법령이나 담당기관들이 변화하는 유통망 이나 사회환경, 그리고 잠재적 극단주의자들의 발생가능성 등에 대한 정비가 미진하다고 판단된다. 특히 국내의 경우는 폭발물 관련 테러나 극단주의범죄 사용에 대한 미국의 대응에 비교하면 더욱 그러하다. 이에 따라 이 연구는 국내의 폭발물관련 대응을 분석하기 위해 관련 법령과 폭발물질에 대한 관 리ㆍ감독에 대한 분석하였다. 그리고 국내의 상황을 미국의 폭발물 관련 입 법례와 연방정부기관의 활동을 비교 분석하였다. 이 연구는 특히 미국의 입 법례들 중 the Safe Explosives Act of 2002(이하 SEA)의 미국 폭발물 관 련 형법들의 개정과 미국 연방정부기관들 중 폭발물관리에 대한 가장 핵심 적 역할을 수행하는 ATF의 활동을 규정하는 데 미친 영향을 분석하였다. 또 한 ATF의 최근 강화된 폭발물 관리ㆍ감독과 관련된 업무를 분석하고 이에 대한 평가를 수행하였다. 특히 ATF업무들 중 민간영역의 파트너들과의 협 력, 교육강화 등에 대해 초점을 맞추어 분석하였다. 분석결과는 미국의 입법 례와 ATF의 활동이 국내의 폭발물 법령과 담당기관의 활동에 중요한 정책 적, 법적 함의가 있다고 분석되었다. 특히 국내의 민간영역의 파트너들과의 긴밀한 협력과 이를 가능하게 할 수 있는 전문담당인력의 양성을 위해 관련 법령의 개정의 필요성이 강조되었다. 이 연구의 분석결과, 정책적 함의, 학 문적 공헌 등은 결론과 논의 부분에서 논의되었다.

Determination of explosion reference pressure is important in designing and testing flameproof enclosures (Ex d). Although relative humidity affects to explosion pressure, its effect is not well investigated for the gas group IIB, IIA, and I. This study tested explosion pressure for Ethylene (8 vol.%), Propane (4.6 vol.%), and Methane (9.8 vol.%), which are the representative gas of the gas group IIB, IIA, and I, at ambient temperature and atmospheric pressure (1 atm) under different relative humidity (0% ~ 80%). Ethylene- and Propane-air mixed gases generally tended to decrease as the relative humidity increased; however, explosion pressure was largely dropped at 20% of relative humidity compared to 0% and 10% of relative humidity. On the other hand, Methane-air mixture gas showed similar pressures at 0% and 10% of relative humidity; but no explosion occurred at more than 20%. The results of this study can be used in setting a testing protocol of explosion reference pressure for designing and testing a flameproof enclosure.

This paper presents a computational fluid dynamics (CFD) analysis to investiagate the effect of expansion chamber on overpressure reduction in protective tunnels subjected to detonation of high explosives. A commercial CFD code, Viper::Blast, was used to model the blast waves in a protective tunnel with a length of 160 m, width of 8.9 m and height of 7.2 m. Blast scenarios and simulation matrix were establihsed in consideration of the design parameters of expansion chamber, including the chamber lengths of 6.1 m to 12.1 m, widths of 10.7 m to 97 m, length to width ratios of 0.0 to 5.0, heights of 8.0 m and 14.9 m, and ratios of chamber to tunnel width of 1.2 to 10.9 m. A charge weight of TNT of 1000 kg was used. The mesh sizes of the numerical model of the protective tunnel were determined based on a mesh convergence study. A parametric study based on the simulation matrix was performed using the proposed CFD tunnel model and the optimized shape of expansion chamber of the considered tunnel was then proposed based on the numerical results. Design recommendations for the use of expansion chamber in protective tunnel under blast loads to reduce the internal overpressures were finally provided.

경험식에 기반한 폭발 해석방법은 폭압-시간 이력곡선을 하중으로 적용하여 해석하는 방법이다. 이 방법은 모델링이 간단하고 해 석시간이 짧아 효율적이지만, 일부 연구에 따르면 근거리 폭발 해석에는 적합하지 않음이 보고되고 있다. 본 연구에서는 예로써 환산 거리 0.4~1.0의 근거리 폭발조건에 있는 RC 보에 대해 해석방법에 따른 결과의 차이 및 원인을 분석하였고, 이를 통해 경험식 방법을 이용한 해석의 적용 범위를 구체적으로 검토 및 확인할 수 있었다. 사용된 유한요소해석 프로그램은 LS-DYNA이다. 해석결과에 따르 면, 원거리 폭발 실험 데이터를 근거로 하는 경험식 해석방법은 충격량을 과소평가하고 있었다. 이로 인해 RC 보의 처짐은 측정된 처 짐 또는 ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian) 해석결과에 비해 작게 계산되었다. 구조체의 응답이 크게 나타나는 근거리 폭발에 대해 서는 ALE 해석방법을 사용하는 것이 더 적합할 것으로 사료된다.

To test a flameproof enclosure for the safety certificate, a reference pressure of explosion needs to be determined. However, the explosion pressure may be changed according to relative humidity of explosive gases. Therefore, the guideline on relative humidity should be recommended for measuring the explosion pressure for accurate and reproducible testings. This study examined the relationship of explosion pressure with relative humidity of hydrogen (31 vol %)-air and acetylene (14 vol %)-air mixture gases. The explosion pressures were measured by increasing the relative humidity of the gases by 10 % from dry state to 80 % in a cylindrical explosion enclosure of 2.3 L. on ambient temperature and atmospheric pressure (1 atm). The maximum explosive pressures were remained almost constant until the relative humidity reached 10 % for the hydrogen-air mixture and 20 % for the acetylene-air mixture. However, the maximum explosive pressures linearly decreased as the relative humidity increased. Based on the results of the study, it would be recommended to use 10 % relative humidity for the hydrogen-air mixture and 20 % for the acetylene-air mixture as the critical value in testing a flameproof enclosure.

본 논문에서는 등가 단자유도를 이용하여 구조부재의 정적변위를 고려하는 해석기법을 제시하였다. 기존의 단자유도 비선형 동적 해석 알고리듬을 구조부재의 초기정적변위의 영향을 고려할 수 있도록 개선하였다. 가정된 폭발하중 지속시간과 부재의 고유주기 비 에 따라 정적변위가 최대응답에 미치는 영향의 차이와 폭발하중의 방향과 초기변위의 방향에 따른 차이를 확인하였다. 이에 따라 기 존의 응답 차트를 정적변위를 고려할 수 있도록 폭발하중의 형태에 따라 각각 제시하였다. 설계 예제를 정적변위가 고려된 응답 차트 에 적용하여 부재의 최대 변위를 비교 및 분석하였다. 본 연구의 결과를 통해 초기 정적변위를 고려한 구조부재의 최대응답을 쉽게 산 정할 수 있으며 본 연구에서 제시한 응답 차트는 플랜트 또는 군사시설물의 내폭 설계에 활용될 수 있다.

본 연구에서는 유한요소해석 D/B를 기반으로 보간식을 산출하여 개활지 폭발현상에 의해 기둥에 작용하는 폭압이력을 예측하는 모델을 개발했다. D/B 구성을 위해 7종류 기둥 너비에 대해 총 70회의 유한요소해석을 수행했다. 제안하는 방법의 성능확인을 위해, 기존에 제시된 경험식 기반의 예측식과의 비교연구를 수행했다. 또한, D/B를 구성하는 point 외의 영역에서의 예측 정확도 확인을 위 해 유한요소해석 결과와의 비교/검증 연구를 추가로 수행했다. 제안하는 방법은 기존의 경험식 기반 예측식에 비해 유한요소해석 결 과와 유사한 결과를 산출함을 확인했다.