음이온 교환막(AEM) 수전해용 AEM 소재 개발은 재생 에너지를 활용한 수소 생산 기술을 개선하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 소재를 설계하고 최적화하는 데 분자동역학 전산모사가 유용하게 사용되지만, 전산모사 결과의 정확도 는 사용된 force-field에 크게 의존한다. 본 연구의 목적은 AEM 소재의 구조와 이온 전도 특성을 예측할 때 force-field 선택 이 미치는 영향을 체계적으로 조사하는 것이다. 이를 위해 poly(spirobisindane-co-aryl terphenyl piperidinium) (PSTP) 구조를 모델 시스템으로 선택하고 COMPASS III, pcff, Universal, Dreiding 등 네 가지 주요 force-field를 비교 분석하였다. 각 force-field의 특성과 한계를 평가하기 위해 298~353 K의 온도 범위에서 수화 채널 형태, 물 분자와 수산화 이온의 분포, 수산 화 이온 전도성을 계산하였다. 이를 통해 AEM 소재의 분자동역학 전산모사에 가장 적합한 force-field를 제시하고, 고성능 AEM 소재 개발을 위한 계산 지침을 제공하고자 한다.

A force-free field (FFF) is determined solely by the normal components of magnetic field and current density on the entire boundary of the domain. Methods employing three components of magnetic field suffer from overspecification of boundary conditions and/or a nonzero divergence-B problem. A vector potential formulation eliminates the latter issue, but introduces difficulties in imposing the normal component of current density at the boundary. This paper proposes four different boundary treatment methods within the vector potential formulation. We conduct a comparative analysis of the vector potential FFF solvers that we have developed incorporating these methods against other FFF codes in different magnetic field representations. Although the vector potential solvers with the new boundary treatments do not outperform our poloidal-toroidal formulation code, they demonstrate comparable or superior performance compared to the optimization code in SolarSoftWare. The methods developed here are expected to be readily applied not only to force-free field computations but also to time-dependent data-driven simulations.

본 연구에서는 분자동역학에서 원자의 움직임을 정의하는 가장 중요한 요소인 force-field가 실제 고분자 및 기체 분자의 움직임에 어떠한 영향을 주는지 알아보고자 하였다. Repeat unit과 고분자 구조는 본 연구에서 사용된 5종의 force-field 에서 모두 정상적으로 작용을 하였고, 최종 고분자 3D 모델에서 고분자 linear chain의 분포에서도 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 실제 기체 분자의 움직임은 매우 다른 경향을 나타내었으며, 이는 같은 functional form을 사용하는 COMPASS와 pcff 에서도 관찰되었다. 따라서 동일한 구조라고 하더라도 기체 분자의 운동은 시간에 따라 지속적으로 force-field의 영향 하에서 움직이기 때문에, 고분자 linear chain과 같은 거대 분자에 비하여 그 영향을 훨씬 크게 받는다는 것을 알 수 있으며, 결론적으로 서로 다른 force-field의 사용 시에는 결과 비교에 있어서도 매우 신중을 기해야 할 것이다.

연료전지용 전해질막의 성능에 있어서 가장 중요한 요소는 수소이온이 전해질막 내부에 형성된 수화채널을 따라 서 얼마나 빨리 전달될 수 있느냐이다. 여기에는 수화채널의 모폴로지 및 수소이온의 확산도 등이 매우 중요한 요소가 되는 데, 이를 규명하기 위하여 다양한 분자동역학 전산모사 연구가 진행되고 있다. 분자동역학 계산에 있어서 각 원자의 움직임 및 상호작용을 미리 변수화 시켜 놓은 force-field는 필수 요소 중 하나로서, 본 연구에서는 이러한 force-field의 종류가 전해 질막 전산모사에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 다양한 force-field를 이용하여 연료전지용 전해질막의 수소이온 확산도를 계산하였다. 이 과정에서 non-bonding interaction을 결정하는 전하 값이 수화채널 모폴로지 형성에 매우 중요한 역할을 한다 는 것이 밝혀졌으며, COMPASS force-field가 가장 정확한 수소이온 확산도 값을 얻음으로써 연료전지용 전해질막의 전산모 사에 있어서 가장 적절한 force-field일 것으로 판단된다. 이러한 force-field의 적절한 선정은 최종 분자 구조 뿐만 아니라 수 소이온 확산도에도 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었으며, 연료전지용 전해질막 전산모사 수행 시에는 이러한 부분을 충분히 감안하여 force-field를 선택하여야 할 것이다.

The effects of the field emission property in relation to the surface morphology and adhesion force were investigated. The single-wall-nanotube-based cathode was obtained by use of an in-situ arc discharge synthesis method, a screen-printing method and a spray method. The morphologies of the formed emitter layers were very different. The emission stability and uniformity were dramatically improved by employing an in-situ arc discharge synthesis method. In this study, it was confirmed that the current stability and uniformity of the field emission of the cathode depend on the surface morphology and adhesion force of the emitters. The current stability of the field emission device was also studied through an electrical aging process by varying the current and electric field.

On the instantaneous tidal relaxation approximation, formulae are derived for the ellipticities and virial theorem of a slightly flattened homogeneous rotating cluster (the largest axis of the cluster is directed towards the Galactic center), in terms of the Galactic tidal force and the characteristic intrinsic plus orbital angular velocity. The expression for a purely tidally-determined ellipticity is identical to that for an incompressible fluid body of uniform density. Orbital motion generally contributes significantly to the shape of the cluster. The virial theorem is identical to that for an isolated cluster except that the gravitational potential energy is multiplied by (1- χ ), where χ is a positive tidal correction term. To obtain the actual mass of a cluster, the virial theorem mass based on an isolated cluster should be multiplied by the factor 1/(1- χ ). The formulae are applied to open star clusters, the globular cluster ω Centauri, and dwarf elliptical galaxies in the Local Group.

본 연구의 목표는 PSC 거더 구조물의 긴장력 변화 조건하에 계측을 통한 잔류 긴장력을 예측하는데 있다. 이를 위해 본 연구에서는 도시형 자기부상열차 직선부 PSC 거더의 긴장력 변화에 따른 처짐, 동적임피던스, 그리고 가속도 계측을 통한 고유진동수를 계측하여 거더의 잔류긴장력 변화에 따른 계측 데이터의 변화를 분석하였다.

본 논문은 이론으로 개발된 FEM과 HGA의 조합을 이용한 외부 긴장재의 손실 긴장력 평가에 대한 실험적 검증과 현장 적용에 대하여 소개한다. 외부 긴장된 텐던에 대한 모형실험과 현장실험을 통하여 진동실험이 수행되었고, 진동실험으로부터 고유진동수를 획득하였다. 추출된 고유진동수를 기반으로 제안된 기법이 적용되었고, 모형실험으로부터 추정장력과 추정 긴장 손실량은 4%이내의 오차를 보여주었다. 또한 현장실험에서는 Rayleigh 댐핑이 고려된 현장 시스템에 대한 정확한 모델이 모사되었다. 제안된 기법을 적용하여 1%이내의 장력이 추정되었고, 추정된 긴장 손실량은 실제값보다 작은 값으로 수렴되었다.

본 연구에서는 사장교의 케이블 장력을 장기적인 관점에서 보다 효과적으로 분석하고 모니터링할 수 있는 케이블 장력 모니터링 시스템을 개발하는 연구를 수행하였다. 제안된 모니터링 시스템에는 실시간 동적 데이터에서 일정 대상시간 동안의 가속도 데이터를 선정하고, 이를 고속 푸리에 변환 알고리즘에 적용하여 주파수 분석한 결과를 평균하여 일반화시키는 신호해석이론이 적용되었다. 제안된 케이블 장력의 모니터링 시스템의 적용성을 평가하기 위하여 실제 공용중인 사장교에 대한 현장재하시험을 실시하였다. 현장계측을 통한 수동으로 계산된 장력과 모니터링 시스템의 강제저장 기능을 통해 저장된 데이터를 수계산하여 반자동으로 계산된 장력을 비교한 결과, 장력차이가 1% 이내로 발생하였고, 제안된 모니터링 시스템에서 자동으로 계산된 장력을 비교한 결과에서는 약 5% 범위의 무시할만한 차이로 나타나 본 연구에서 제안된 사장교 케이블 장력 모니터링 시스템의 신뢰도를 검증하였다.