• Research Paper

    Study on the Calculation of the Blast Pressure of Vapor Cloud Explosions by Analyzing Plant Explosion Cases

    플랜트 폭발 사례 분석을 통한 증기운 폭발의 폭압 산정법 연구

    Seung-Hoon Lee and Han-Soo Kim

    이승훈, 김한수

    Vapor cloud explosions show different characteristics from that caused by ordinary TNT explosives and their loading effect is similar to pressure waves ...

    플랜트 증기운 폭발은 TNT 폭발물에 의한 폭발과는 다른 특징이 있으며 압력파 양상과 비슷하다. 대표적인 유형의 폭압 산정법은 TNT 등가량 환산법과 멀티에너지법이 있다 ...

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    Vapor cloud explosions show different characteristics from that caused by ordinary TNT explosives and their loading effect is similar to pressure waves. Typical methods used for blast pressure calculations are the TNT-equivalent method and multi-energy method. The TNT-equivalent method is based on shock waves, similar to a detonation phenomenon, and multi-energy method is based on pressure waves, similar to a deflagration phenomenon. This study was conducted to derive an appropriate blast pressure by applying various plant explosion cases. SDOF analysis and nonlinear dynamic analysis were performed to compare the degree of deformation and damage of the selected structural members for the explosion cases. The results indicated that the multi-energy method was more exact than the TNT-equivalent method in predicting the blast pressure of vapor cloud explosions. The blast pressure of vapor cloud explosion in plants can be more accurately calculated by assuming the charge strength of multi-energy method as 7 or 8.


    플랜트 증기운 폭발은 TNT 폭발물에 의한 폭발과는 다른 특징이 있으며 압력파 양상과 비슷하다. 대표적인 유형의 폭압 산정법은 TNT 등가량 환산법과 멀티에너지법이 있다. TNT 등가량 환산법은 폭굉과 같은 충격파를 전제로 하며, 멀티에너지법은 폭연과 같은 압력파를 전제로 한다. 본 연구는 세 가지 플랜트 폭발 사례를 적용하여 플랜트 증기운 폭발의 적절한 폭압을 도출하기 위한 연구를 수행하였다. 폭발 사례에 대하여 피해를 입은 부재를 선정한 후, 단자유도 해석과 비선형 동적 해석을 수행하여 변형과 손상 정도를 비교 분석하였다. 구조물의 피해 정도는 TNT 등가량 환산법보다는 멀티에너지법에 의한 폭압을 사용한 경우가 실제 상황에 더욱 근접한 것으로 나타났다. 또한, 멀티에너지법의 폭발강도계수를 7 또는 8로 가정할 경우 증기운 폭발의 폭압 모델을 비교적 정확하게 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

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    February 2021
  • Research Paper

    Study on Damage Information Management Plan for Maintenance and Operation of River Facilities

    하천시설 유지운영을 위한 손상정보 관리방안 연구

    Jae-Ha Joo, Jeung-Yong Nam and Tae-Hyung Kim

    주재하, 남정용, 김태형

    Recently, the rapid proliferation, introduction, and application of the fourth industrial revolution technology has emerged as a trend in the construction market ...

    최근 건설시장에 4차 산업혁명기술의 급속한 확산과 도입, 적용이 트랜드로 부각되고 있다. BIM 기술은 4차 산업혁명 기술의 근간을 이루는 다차원 정보체계이다. 이러한 정보기반체계를 ...

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    Recently, the rapid proliferation, introduction, and application of the fourth industrial revolution technology has emerged as a trend in the construction market. Building Information Model (BIM) technology is a multidimensional information system that forms the basis of the fourth industrial revolution technology. The river sector utilizing this information-based system is also being actively reviewed, for example, the current measures for maintenance. In recent years, active research and current work should be done to reflect the need for river experts to introduce BIM into the river field. In addition, the development of tools and support software for establishing various information systems is essential for the activation of facility maintenance information systems reflecting advanced technology and to establish and operate management plans. A study on the maintenance of river facilities involves using existing drawings to build a three-dimensional (3D) information model, check the damage utilizing it, and inform it, and utilize it as the data for maintenance reinforcement. This study involved determining a method to build a river facility without the existing information system and using the property maintenance information with 3D modeling to provide a more effective and highly utilized management plan to check maintenance operations and manage damages.


    최근 건설시장에 4차 산업혁명기술의 급속한 확산과 도입, 적용이 트랜드로 부각되고 있다. BIM 기술은 4차 산업혁명 기술의 근간을 이루는 다차원 정보체계이다. 이러한 정보기반체계를 활용한 하천분야도 유지관리를 위한 현행화 방안 등 적극적인 연구검토가 되고 있다. 최근 하천 전문가들의 하천분야 BIM도입 효과에 필요성을 반영하여 적극적인 연구와 현행화 작업을 해야 된다. 그리고 첨단기술을 반영한 시설물 유지관리 정보체계를 활성화하고 관리계획 수립 및 운영을 위해서는 다양한 정보체계를 구축하기 위한 도구 및 지원소프트웨어의 개발이 반드시 필요할 것으로 전망된다. 하천시설의 유지운영을 위한 연구로 기본적으로 기존 도면자료를 이용하여 3차원 정보모델을 구축하고 이를 활용한 손상을 점검하고 정보화하며 보수보강을 위한 자료로 활용토록 하는 것이다. 이는 기존 도면방식에 없는 정보체계를 하천시설물을 3D 모델링과 함께 유지관리정보를 속성으로 구축하는 방법을 연구하여 유지운영을 위한 점검, 손상 관리를 보다 효과적이고 활용성이 높은 관리방안을 제시하고자 하였다.

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    February 2021
  • Research Paper

    Study on AR/VR Model Generation Techniques Using Piping Isometric Drawing Files

    배관 ISO도면 파일 기반 AR/VR모델 생성 기법 연구

    Jung-Min Lee, Kyung-Ho Lee, Yang-Ouk Kim and Young-Soo Han

    이정민, 이경호, 김양욱, 한영수

    This paper presents a method to generate three-dimensional AR/VR models using the information in Isogen data files (IDFs). An IDF is ...

    본 논문에서는 배관의 ISO 도면 교환파일을 이용하여 AR/VR모델을 실시간으로 생성하는 방법을 소개한다. 도면 교환 파일 중에서 산업 표준으로 활용되는 IDF 파일을 ...

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    This paper presents a method to generate three-dimensional AR/VR models using the information in Isogen data files (IDFs). An IDF is an output file produced by ISOGEN that contains piping isometric drawings. A piping isometric drawing is used for pipeline installation in the shipyard; therefore, the drawing describes assembly information with symbolic features, not with detailed geometric features. An IDF specifies relationships between piping routes and components with three-dimensional points and tag information as well as the bill of the materials of a pipeline. The key idea of this paper is that AR/VR models can be generated with the piping route points data and piping components tag information in real time, without any conversion of standard data exchange file formats, such as STP, IGES, and SAT. This paper describes IDF data structure and suggests the geometry generation process with IDF data and parametric functions.


    본 논문에서는 배관의 ISO 도면 교환파일을 이용하여 AR/VR모델을 실시간으로 생성하는 방법을 소개한다. 도면 교환 파일 중에서 산업 표준으로 활용되는 IDF 파일을 분석했으며, 속성 정보의 추출과 함께 형상을 파라메트릭한 방법으로 정의하는 방법을 사용하였다. 이 방법을 통해서 파일 크기가 작은 도면 교환 파일을 사용함으로써 원거리 데이터 교환이 용이하면서도 형상과 속성을 모두 전달할 수 있는 효과를 가질 수가 있다. 이 과정에서 본 논문에서는 배관과 컴포넌트의 형상을 템플릿 형태로 정의해 놓았으며, 이를 통해 배관의 도면 교환 파일로부터 실시간으로 배관 형상을 생성함과 동시에 설계 정보와 함께 AR/VR모델로 가시화가 됨을 검증하였다.

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    February 2021
  • Research Paper

    Fault Classification Model Based on Time Domain Feature Extraction of Vibration Data

    진동 데이터의 시간영역 특징 추출에 기반한 고장 분류 모델

    Seung-il Kim, Yoojeong Noh, Young-jin Kang, Sunhwa Park and Byungha Ahn

    김승일, 노유정, 강영진, 박선화, 안병하

    With the development of machine learning techniques, various types of data such as vibration, temperature, and flow rate can be used to ...

    머신러닝 기법의 발달과 함께 기계에서 발생하는 다양한 종류(진동, 온도, 유량 등)의 데이터를 활용하여 기계의 상태를 진단하고 이상 탐지 및 비정상 ...

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    With the development of machine learning techniques, various types of data such as vibration, temperature, and flow rate can be used to detect and diagnose abnormalities in machine conditions. In particular, in the field of the state monitoring of rotating machines, the fault diagnosis of machines using vibration data has long been carried out, and the methods are also very diverse. In this study, an experiment was conducted to collect vibration data from normal and abnormal compressors by installing accelerometers directly on rotary compressors used in household air conditioners. Data segmentation was performed to solve the data shortage problem, and the main features for the fault classification model were extracted through the chi-square test after statistical and physical features were extracted from the vibration data in the time domain. The support vector machine (SVM) model was developed to classify the normal or abnormal conditions of compressors and improve the classification accuracy through the hyperparameter optimization of the SVM.


    머신러닝 기법의 발달과 함께 기계에서 발생하는 다양한 종류(진동, 온도, 유량 등)의 데이터를 활용하여 기계의 상태를 진단하고 이상 탐지 및 비정상 분류 연구도 활발히 진행되고 있다. 특히 진동 데이터를 활용한 회전 기계의 상태 진단은 전통적인 기계 상태 모니터링 분야로 오랜 기간 동안 연구가 진행되었고, 연구 방법 또한 매우 다양하다. 본 연구에서는 가정용 에어컨에 사용되는 로터리 압축기에 가속도계를 직접 설치하여 진동 데이터를 수집하는 실험을 진행하였다. 데이터 부족 문제를 해결하기 위해 데이터 분할을 수행하였으며, 시간 영역에서의 진동 데이터로부터 통계적, 물리적 특징들을 추출한 후, Chi-square 검증을 통해 고장 분류 모델의 주요 특징을 추출하였다. SVM(Support Vector Machine) 모델은 압축기의 정상 혹은 이상 유무를 분류하기 위해 개발되었으며, 파라미터 최적화를 통해 분류 정확도를 개선하였다.

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    February 2021
  • Research Paper

    On-line Finite Element Model Updating Using Operational Modal Analysis and Neural Networks

    운용중 모드해석 방법과 신경망을 이용한 온라인 유한요소모델 업데이트

    Wonsuk Park

    박원석

    This paper presents an on-line finite element model updating method for in-service structures using measured data. Conventional updating methods, which are based ...

    이 논문에서는 공용중인 구조물의 상시 계측 자료를 사용한 온라인 유한요소 모델 업데이트 방법을 제안한다. 일반적인 최적화 방법에 기반한 기존의 방법은 최적해를 찾기까지 ...

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    This paper presents an on-line finite element model updating method for in-service structures using measured data. Conventional updating methods, which are based on numerical optimization, are not efficient for on-line updating because they generally require repeated eigenvalue analyses until convergence criteria are met. The proposed method enables fully automated on-line finite element model updating, almost simultaneously with vibration measurement, without any user intervention or off-line procedures. The automated covariance-driven stochastic subspace identification (Cov-SSI) method is utilized to identify modal frequencies and vectors, and the identified modal data is fed to the neural network of the inverse eigenvalue function to produce the updated finite element model parameters. Numerical examples for a wind excited 20-story building structure shows that the proposed method can update the series of finite element model parameters automatically. It is also shown that sudden changes in the structural parameters can be detected and traced successfully.


    이 논문에서는 공용중인 구조물의 상시 계측 자료를 사용한 온라인 유한요소 모델 업데이트 방법을 제안한다. 일반적인 최적화 방법에 기반한 기존의 방법은 최적해를 찾기까지 반복적으로 고유치 해석을 수행해야 하므로 상시 업데이트에 사용하기에는 효과적이지 못하다. 제안하는 방법은 별도의 오프라인 작업이나 사용자의 개입이 없이 자동화된 과정으로 계측과 동시에 온라인 유한요소모델 업데이트를 수행할 수 있는 새로운 방법이다. 자동화된 Cov-SSI 알고리즘을 통해 구조물의 진동 계측 신호로부터 고유진동수 및 모드 형상을 식별하고, 이를 다시 역 고유치 신경망에 입력하여 최종적으로 업데이트된 유한요소 모델의 파라미터를 추정한다. 풍하중을 받는 20층 전단 빌딩 구조 모형에 대한 수치예제를 통해 제시한 방법이 자동으로 연속적인 유한요소모델 업데이트를 할 수 있었음을 확인하였다. 또한, 계측 도중 구조물의 특성이 변화하는 시나리오에 대한 예제에서 구조물의 변화가 일어나는 시점과 변화 후 변동된 구조 모델 파라미터 값을 성공적으로 추정할 수 있음을 확인하였다.

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    February 2021
  • Research Paper

    LMU Design Optimization for the Float-Over Installation of Floating Offshore Platforms

    부유식 해양구조물의 플로트오버 설치용 LMU 최적설계

    Hyun-Seok Kim, Byoungjae Park, Hong Gun Sung and Kangsu Lee

    김현석, 박병재, 성홍근, 이강수

    A Leg Mating Unit (LMU) is a device utilized during the float-over installation of offshore structures that include hyperelastic pads and mating ...

    LMU(Leg Mating Unit)는 해양구조물의 플로트오버 실치에서 활용되는 장비 중 하나로 충격을 흡수하는 부분과 결합부로 구성된다. 본 연구에서는 최적설계를 통해 부유식 ...

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    A Leg Mating Unit (LMU) is a device utilized during the float-over installation of offshore structures that include hyperelastic pads and mating part. The hyperelastic pads absorb the loads, whereas the mating part works as guidance between topside and supporting structures during the mating sequence of float-over installation. In this study, the design optimization of an LMU for the float-over installation of floating-type offshore structures is conducted to enhance the performance and to satisfy the requirements defined by classification society regulations. The initial dimensions of the LMU are referred to the dimensions of those used in fixed-type float-over installation because only the location and the number of LMUs are known. The two-parameter Mooney–Rivlin model is adopted to describe the hyperelastic pads under given material parameters. Geometric variables, such as the thickness, height, and width of members, as well as configuration variables, such as the angle and number of members, are defined as design variables and are parameterized. A sampling-based design sensitivity analysis based on latin hypercube sampling method is performed to filter the important design variables. The design optimization problem is formulated to minimize the total mass of the LMU under maximum von Mises stress and reaction force constraints.


    LMU(Leg Mating Unit)는 해양구조물의 플로트오버 실치에서 활용되는 장비 중 하나로 충격을 흡수하는 부분과 결합부로 구성된다. 본 연구에서는 최적설계를 통해 부유식 해양구조물의 플로트오버 설치용 LMU의 성능을 개선하여 설계 요구 조건을 만족하는 설계를 개발하였다. 초기설계는 고정식 해양구조물의 플로트오버 설치용으로 개발된 것의 제원을 참조하였으며, 초탄성재료의 거동을 표현하기 위해 Mooney-Rivlin 모델을 활용하였다. 설계민감도해석 결과를 바탕으로 중요도에 따라 설계 변수들을 선별하였고, 진화 알고리듬 기반 최적설계를 수행하였다. 최적설계 문제에서 목적함수는 LMU의 중량이며, 제약 조건은 LMU에 작용하는 최대 폰-미세스 응력과 LMU의 성능을 평가할 수 있는 반발력이다.

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    February 2021
  • Research Paper

    Multiscale Finite Element Analysis of Needle-Punched C/SiC Composites through Subcell Modeling

    서브셀 모델링을 통한 니들 펀치 C/SiC 복합재료의 멀티스케일 유한요소해석

    Hyoung Jun Lim, Ho-Il Choi, Min-Jung Lee and Gun Jin Yun

    임형준, 최호일, 이민정, 윤군진

    In this paper, a multi-scale finite element (FE) modeling methodology for three-dimensional (3D) needle-punched (NP) C/SiC with a complex microstructure is ...

    본 논문에서는 Needle-punched C/SiC 복합재료 해석을 위한 효율적인 멀티스케일 해석기법을 소개한다. 기존 Needle-punching으로 인해 복잡한 미소구조를 갖는 NP 복합재료는 기존의 제안된 ...

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    In this paper, a multi-scale finite element (FE) modeling methodology for three-dimensional (3D) needle-punched (NP) C/SiC with a complex microstructure is presented. The variations of the material properties induced by the needle-punching process and complex geometrical features could pose challenges when estimating the material behavior. For considering these features of composites, a 3D microscopic FE approach is introduced based on micro-CT technology to produce a 3D high fidelity FE model. The image processing techniques of micro-CT are utilized to generate discrete-gray images and reconstruct the high fidelity model. Furthermore, a subcell modeling technique is developed for the 3D NP C/SiC based on the high fidelity FE model to expand to the macro-scale structural problem. A numerical homogenization approach under periodic boundary conditions (PBCs) is employed to estimate the equivalent behavior of the high fidelity model and effective properties of subcell components, considering geometry continuity effects. For verification, proposed models compare excellently with experimental results for the mechanical behavior of tensile, shear, and bending under static loading conditions.


    본 논문에서는 Needle-punched C/SiC 복합재료 해석을 위한 효율적인 멀티스케일 해석기법을 소개한다. 기존 Needle-punching으로 인해 복잡한 미소구조를 갖는 NP 복합재료는 기존의 제안된 복합재료 멀티스케일 기법으로 물성을 계산하는 것은 한계가 있어 왔다. 이를 극복하기 위해 micro-CT 이미지 촬영을 통해 NP 복합재료의 미소구조를 면밀히 파악할 수 있었고, 이미지 프로세싱을 바탕으로 실제구조와 직접적으로 대응할 수 있는 3D high fidelity 모델을 구축하였다. 또한 유한요소해석에 맞춰 요소크기를 조절할 수 있는 sub-region processing 소개를 바탕으로 효율적인 유한요소해석을 수행하였다. NP 복합재료의 미소구조 거동뿐만 아니라, macro-scale 구조해석의 적용을 위해 subcell 모델링을 제안하였다. Needle-punching에 의한 Z축 NP 섬유의 규칙적인 간격을 이용하여 모델링을 수행할 수 있었다. 제안한 두 종류의 모델은 균질화 기법을 이용하여 등가거동 및 등가물성을 파악하였으며, 추가적인 실험 결과와의 비교를 통해 검증을 수행하였다.

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    February 2021
  • Research Paper

    SPH-Based Wave Tank Simulations

    SPH 기법 기반의 파동수조 시뮬레이션

    Sangmin Lee, Mujong Kim, Kwonhwan Ko and Jung-Wuk Hong

    이상민, 김무종, 고권환, 홍정욱

    Recently, large-scale offshore and coastal structures have been constructed owing to the increasing interest in eco-friendly energy development. To achieve this, precise ...

    최근 친환경 에너지 개발에 대한 관심의 증가로 해상 및 연안 지역에서 대규모 해양구조물들이 건설되고 있다. 해양구조물은 항상 파랑 하중에 노출되어 있으므로 구조적인 ...

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    Recently, large-scale offshore and coastal structures have been constructed owing to the increasing interest in eco-friendly energy development. To achieve this, precise simulations of waves are necessary to ensure the safe operations of marine structures. Several experiments are required in the field to understand the offshore wave; however, in terms of scale, it is difficult to control variables, and the cost is significant. In this study, numerical waves under various wave conditions are produced using a piston-type wavemaker, and the produced wave profiles are verified by comparing with the results from a numerical wave tank (NWT) modeled using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method and theoretical equations. To minimize the effect by the reflected wave, a mass-weighted damping zone is set at the right end of the NWT, and therefore, stable and uniform waves are simulated. The waves are generated using the linear and Stokes wave theories, and it is observed that the numerical wave profiles calculated by the Stokes wave theory yield high accuracy. When the relative depth is smaller than two, the results show good agreement irrespective of the wave steepness. However, when the relative depth and wave steepness are larger than 2 and 0.04, respectively, the errors are negligible if the measurement position is close to the excitation plate. However, the error is 10% or larger if the measurement position is away from the excitation location. Applicable target wave ranges are confirmed through various case studies.


    최근 친환경 에너지 개발에 대한 관심의 증가로 해상 및 연안 지역에서 대규모 해양구조물들이 건설되고 있다. 해양구조물은 항상 파랑 하중에 노출되어 있으므로 구조적인 안전성을 확보하기 위해서는 파랑에 대한 정확한 이해와 분석이 필수적이다. 실해역에서 수행되는 실험은 해양파를 이해하기 위한 가장 정확한 방법이지만, 변수의 통제가 어렵고 비용과 규모 측면에서 실험이 제한되는 경우가 많다. 본 연구에서는 수치파동수조를 이용하여 다양한 조건의 파를 생성하고 및 이론식과 비교를 통해 파랑 생성 능력을 검증하였다. 입자 기반 수치해석법인 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기법을 이용하여 3차원 수조 및 피스톤 조파기를 모델링하였으며, 반사파에 대한 영향을 최소화하기 위해 수로 끝단에 질량 가중 감쇠 영역을 설정하여 안정적인 파고 및 유속 계산이 수행될 수 있게 하였다. 목표 파랑 조건에서,상대 수심이 2 이하를 만족하는 경우 파형경사에 관계없이 파고와 유속을 계산한 결과가 이론값과 높은 정확도를 보였다. 그러나 상대수심과 파형경사의 목표값이 증가하고, 측정 위치가 멀어짐에 따라서 최대 10% 이상의 오차가 발생하였다. 수치해석을 이용하여 정확한 계산이 가능한 파랑 범위를 무차원 변수를 이용하여 제안하였으며, 차후 수치해석을 이용한 수치파동수조 검증기준과 유체-구조물 상호작용 해석분야 연구에 효과적으로 활용될 수 있다.

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    February 2021