초음파 탐상은 다양한 콘크리트 구조물의 비파괴검사에서 활용된다. 본 연구에서는 골재형상을 고려한 골재-모르타르 모델 생성과 초음파 전파 해석을 수행하였다. 실제 골재형상을 반영하기 위해 이미지처리를 통한 골재-모르타르 단면으로부터 모르타르와 골재 영역을 파악하고, 영역 경계형상을 보존하면서 격자를 생성하는 기법을 개발하였다. 개발된 기법에서는 모든 격자가 4각형으로 생성된다. 골재-모르타르 모델을 통해 초음파 전파 해석을 수행하였고 모델을 반무한체로 간주하기 위해 CALM 기반 경계흡수 조건을 적용하였다. 골재 및 결함을 포함한 이미지로부터 격자를 생성한 뒤, 결함 영역에 포함된 격자를 제거하여 공극결함을 모사하였다. 본격적인 결함탐지 전 선행 해석을 통해 모델 동특성을 고려한 적절한 가진 주파수를 결정 및 가진 신호형상을 설계하였다. 이후 case 별 초음파 전파 해석을 통해 신호를 획득하고 신호 에너지 맵핑 작업을 통해 내부 결함을 가시화 하였다. 가시화 결과, 골재에 의한 다수 반사 및 산란현상이 관찰되지만 결함부에서 신호 에너지는 가장 높게 나타났으며 모든 해석 case에서 결함위치 추정이 가능하였다. 또한 균열의 경우 형상파악도 가능하였다.

다중적층구조는 상대적으로 두꺼운 주 적층구조(ply)와 얇은 층간구조(interlayer)를 반복하여 붙여서 만들어진다. 적층구조의 동적 파괴 페리다이나믹 해석을 효율적으로 수행하기 위해 주 적층구조만 실제 페리다이나믹 절점으로 모델링하고 층간구조는 가상의 절점으로 간략히 모델링하는 비국부 가상 층간구조 모델링 기법을 도입한다. 이를 통해 얇은 층간구조의 수치적 이산화 정도는 무시하고 상대적으로 두꺼운 주 적층구조를 해석하기에 적절한 수준의 수치적 이산화만으로 효율적인 페리다이나믹 모델링 및 해석을 수행할 수 있다. 본 연구에서는 가상 층간 구조 페리다이나믹 해석의 파동 전파 특성을 분석한다. 층간 구조는 인접한 적층판들을 접합하는 역할뿐만 아니라 적층판 사이의 에너지 전달 특성에도 영향을 주기 때문에 적층구조물의 변형 및 운동에도 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 또한 경계 근처에서 페리다이나믹 절점은 불완전한 형태의 비국부 영역을 구성하는데, 이를 통해 완전한 비국부 영역을 구성하는 내부 절점과 경계 근처의 절점에서 재료 물성치 효과가 달라지게 된다. 본 연구에서는 이와 같은 표면 효과를 보정하기 위해 비국부 체적 기반의 보정법을 도입하고, 표면 효과 보정이 다중적층 구조물의 파동 전파에 미치는 영향을 조사한다.

본 논문에서는 전자기파에 대한 수치적 파동흡수 경계모델인 Perfectly-Matched-Layer(PML)를 개발하고 PML을 연동시킨 유한요소법에 의해 콘크리트 구조물을 통과하는 마이크로파의 전파거동을 해석하는 수치적 기법을 제시한다. 콘크리트 부재와 공기로 구성된 무한매질을 PML을 경계로 하는 유한영역으로 치환하고, 이 유한영역에서 평면 전자기파에 대한 시간영역 맥스웰방정식의 수치 해를 혼합유한요소법에 의해 계산하였다. 공기로만 이루어진 균일매질의 경우와 콘크리트 구조물이 존재하는 비균일 매질의 경우에 대하여 단일주파수 및 복합주파수를 갖는 마이크로파의 전기장을 계산하였고, 오차분석을 위해 L2-놈 형태로 표현되는 정해와 수치 해의 상대오차를 정의하여 수치 해의 정확도를 평가하였다. 이 연구는 마이크로파를 이용한 철근콘크리트 구조물의 건전도평가 및 손상평가에 적용될 수 있다.

터널을 통과하는 고속 열차로 인해 발생하는 열차풍에 의한 영향은 갑작스런 압력장의 변화 등으로 인한 충격파의 전달 과정의 정확한 분석이 필수적이다. 이에 본 논문에서는 근사 리만 솔버를 이용한 단상 압축성 유체장의 충격파 전달 과정의 수치해석 기법을 제시하였다. 통상 이용되는 이상기체 상태 방정식을 대신하여 Tait 상태방정식을 이용하였으며, 1차원에서의 오일러 고정 격자계에서의 고압과 저압의 영역을 구분하는 막이 파열됨으로써 발생하는 충격파의 전파를 해석하였다. 본 논문에서 제시하는 기법을 검증하기 위하여 이전의 해석적 기법에 의한 연구 결과와 비교하여 잘 일치함을 나타내었으며, 범용 전산 유체 역학 프로그램을 이용한 해석을 수행하여 비교함으로써 유용성 및 효율성을 검증하였다.

본 논문에서는 충격이나 폭발하중에 의해 발생되는 응력파와 균열의 상호작용을 수치적으로 계산하였다. 수치해법으로는 응력파의 물리적 특징을 잘 재현시켜주는 Bicharacteristic Method가 사용되었다. 충격하중에 대한 동적응력확대계수 KI(t)가 수치해석적으로 시뮬레이션된 코오스틱곡선에 의해 계산되었으며, Kalthoff의 실험에 의해 얻어진 결과와 잘 일치함을 보여주었다. 또한 균열 주변에 구멍이 존재하는 경우에 응력파가 구멍의 효과에 의해 균열의 응력확대계수에 미치는 영향을 조사하였으며 실험과 비교하여 만족할만한 결과를 얻었다.

현 시점에서 한국은 8개의 UPS국을 설치하여 운영 중에 있고, 앞으로 3개의 국을 추가하여 우리나라의 전 해역을 2중으로 커버할 계획으로 있다. 한국의 관련 정부기관에서는 NDGPS를 설치하여 우리나라 전 지역의 해상은 물론 육상의 전 지역에서의 자동차에서도 활용할 수 있는 방안을 추진 중에 있다. 이 연구에서는 해상 UPS기지국을 근간으로 사용하여 NDGPS로 육상의 전역을 커버하기 위하여 추가로 필요로 하는 NUP즐 기지국을 평가하였다. 그리고, 300kHz대 주파수의 해상 및 육상에서의 전파특성을 실측하여, 이의 결과에 따른 한국에서의 NDGPS시스템에서 필요로 하는 전반적인 사항을 제시하였다.