화상 이미지 기반 FEM 해석을 이용한 기포제 혼입시멘트 페이스트의 역학 성능 평가

김보석,신준호,이한승 한국건축시공학회 2016 한국건축시공학회지 Vol.16 No.1

콘크리트는 대표적인 불균질 재료이며 콘크리트의 역학적 특성은 다양한 요인들에 의해 영향을 받는다. 그 중 콘크리트 내부에 존재하는 공극은 콘크리트의 강도를 결정하는데 많은 영향을 주고 있기 때문에 공극의 분포 및 크기를 파악하는 연구는 매우 중요하며 그 방법으로 화상이미지를 이용한 연구가 대두되고 있다. 경량 기포 콘크리트는현재 비구조용에 관한 연구만 진행되고 있기 때문에, 구조용으로 사용하기 위한 경량 기포 콘크리트의 역학적 특성을 평가하고 화상 이미지를 기반으로 FEM 해석을 이용한검증에 관한 연구는 미비하다. 그러므로 기포제 혼입률에따른 시멘트 페이스트를 제작하여 역학적 성능 평가를 실시하고 화상 이미지를 이용하여 FEM 해석을 실시하여 역학적 성능 비교 및 검증을 실시하였다. 본 연구에서 기포제 혼입률에 따른 공극 분포를 확인하기 위해 7수준으로하였으며 추 후 구조용 경량 기포 콘크리트에 대한 연구를진행하기 위해 물-결합재비를 20%로 하였다. 기포제 혼입률이 0.8%에서 단위 용적 질량이 최소가 되었으며 그이상 혼입했을 시 기포 간의 상호 연결로 인한 깨짐 현상이발생하여 단위 용적 질량이 증가하였다. 공극 분포에 따른FEM 해석을 위해 화상분석기(HF-MA C01)를 이용하여시멘트 페이스트 단면을 촬영하였고 이를 토대로OOF(Object Oriented Finite elements)를 이용한 FEM해석을 실시한 결과 실험 탄성계수와 해석 탄성계수가 일치하였다. Concrete is a representative heterogeneous material and mechanical properties of concrete are influenced by variousfactors. Due to the fact that pores in concrete affect determining compressive strength of concrete, studies which dealwith distribution and magnitudes of pores are very important. That way, studies using picture imaging have beenemerged. Studies on mechanical performance evaluation of structural lightweight foamed concrete and FEM analysisbased on picture image are inadequate because lightweight foamed concrete has been researched for onlynon-structural. Therefore, in this study, cement paste with foaming agent to evaluate mechanical performance is made,FEM analysis with picture image is conducted and young's modulus of experiment and analysis are compared. In thisstudy, dosage of foaming agent is determined 7 level to check pore distribution and water-binder ratio is determined20% to progress research about structural light weight foamed concrete. Weight of unit volume is minimum at 0.8%of foaming agent dosage. However, weight of unit volume is increased over 0.8% of foaming agent dosage because ofinterconnection with independent pores. For FEM analysis, cement paste is photographed to use imageanalyzer(HF-MA C01). Consequently, the fact that Young's Modulus of experiment and FEM analysis are same isdrawn by using OOF(Object Oriented Finite elements).

전력 검출 기능을 포함하는 LTCC 프런트 엔드 모듈 설계

황문수(Mun-Su Hwang),구재진(Jae-Jin Koo),구자경(Jakyung Koo),임종식(Jongsik Lim),안달(Dal Ahn),양규열(Gyu-Yeol Yang),김준철(Jun-Chul Kim),김동수(Dongsu Kim),박웅희(Ung-Hee Park) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.8

본 논문에서는 전력 검출 기능을 포함하는 이동 통신 단말기용 프런트 엔드 모듈(FEM) 설계에 관하여 기술한다. 설계된 FEM은 전력 증폭기 MMIC 칩, SAW 송신 여파기 및 듀플렉서, 다이오드 전력 검출 회로, 스트립선로 구조의 정합 회로로 구성되며, 소형화를 위하여 LTCC 기술로 제작된다. 설계 주파수 대역은 CDMA 단말기 상향 송신 대역인 824~849 ㎒이며, 최종 설계된 FEM의 크기는 전력 검출 회로까지 포함했음에도 불구하고 7.0×5.5×1.5 ㎣로 초소형이다. 각각의 개별 구성 요소가 모두 개발되어 측정이 완료되었으며, 이를 토대로 FEM 설계가 완성된다. 측정된 성능을 보면, 송신 대역에서의 출력 전력과 이득이 각각 27 ㏈m과 27 ㏈ 이상이며, ACPR 특성은 885 ㎑와 1.98 ㎒의 offset에서 각각 -46.59 ㏈c, -57 ㏈c 이하의 우수한 값을 갖는다. This paper describes the design of a FEM(Front End Module) having power detection function for mobile handset application. The designed FEM consists of a MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits) power amplifier chip, SAW Tx filter and duplexer, diode power detector and stripline matching circuit. An LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) technology is adopted for miniaturized FEM. The frequency band is 824~869 ㎒ which is the uplink Tx band of the CDMA mobile system. The size of designed FEM is 7.0×5.5×1.5 ㎣, which is an ultra-small size even though the power detector circuit is included. All sub-components of FEM have been developed and measured in advance before being integrated into FEM. The measured output power and gain are 27 ㏈m and 27 ㏈, respectively. In addition, the measured ACPR characteristics are 46.59 ㏈c and 55.5 ㏈c at 885 kHz and 1.98 ㎒ offset, respectively.

화학 산업단지 FEMS 구축 연구

유수민(Soo-Min Yoo),백수웅(Soo-Woong Back),임정민(Jung-Min Lim),문채주(Chae-Joo Moon) 한국전자통신학회 2023 한국전자통신학회 논문지 Vol.18 No.2

소규모 기업이 산재한 산업단지는 에너지 관리시스템을 구현하기가 쉽지 않아 에너지관련 데이터를 수집하여 조정하는 방법을 주로 사용한다. FEMS는 수동적 에너지 관리 방식에서 IoT와 ICT를 활용하는 능동적 에너지 관리 방식으로의 패러다임 변화 요구에 대응하는 시스템이다. 본 연구에서는 화학산업단지에 소재하고 있는 중소기업을 대상으로 공장에너지 관리시스템을 설계한다. 각 기업에 구축된 설비의 전력에너지를 대상으로 FEMS를 통하여 에너지를 절감하는 방안과 효율을 검토하여 효율성을 확인하였다. FEMS의 비용 효과성은 수용 기업의 업무 프로세스 내에서 책임과 권한이 부여된 인력에 의해 활용될 때 창출된다. 따라서 기업의 조직과 에너지경영 목표 달성을 위한 에너지 경영 시스템의 기획, 지원, 운영 및 평가, 그리고 지속적 개선에 적용할 수 있는 EMS를 활용하는 것이 필요하다. It is not easy to implement an energy management system in an industrial complex where small businesses are scattered, so the method of collecting and adjusting energy-related data is mainly used. FEMS is a system that responds to the demand for a paradigm shift from a passive energy management method to an active energy management method using IoT and ICT. In this study, a factory energy management system(FEMS) is designed for small and medium-sized enterprises located in chemical industrial complexes. Efficiency was confirmed by reviewing energy saving measures and efficiencies through FEMS for the electric energy of facilities built in each company. The cost effectiveness of FEMS is created when it is utilized by responsible and empowered personnel within the business processes of the host company. Therefore, it is necessary to utilize EMS that can be applied to the planning, support, operation and evaluation, and continuous improvement of the energy management system to achieve corporate organization and energy management goals.

An edge-based smoothed finite element method for adaptive analysis

Chen, L.,Zhang, J.,Zeng, K.Y.,Jiao, P.G. Techno-Press 2011 Structural Engineering and Mechanics, An Int'l Jou Vol.39 No.6

An efficient edge-based smoothed finite element method (ES-FEM) has been recently developed for solving solid mechanics problems. The ES-FEM uses triangular elements that can be generated easily for complicated domains. In this paper, the complexity study of the ES-FEM based on triangular elements is conducted in detail, which confirms the ES-FEM produces higher computational efficiency compared to the FEM. Therefore, the ES-FEM offers an excellent platform for adaptive analysis, and this paper presents an efficient adaptive procedure based on the ES-FEM. A smoothing domain based energy (SDE) error estimate is first devised making use of the features of the ES-FEM. The present error estimate differs from the conventional approaches and evaluates error based on smoothing domains used in the ES-FEM. A local refinement technique based on the Delaunay algorithm is then implemented to achieve high efficiency in the mesh refinement. In this refinement technique, each node is assigned a scaling factor to control the local nodal density, and refinement of the neighborhood of a node is accomplished simply by adjusting its scaling factor. Intensive numerical studies, including an actual engineering problem of an automobile part, show that the proposed adaptive procedure is effective and efficient in producing solutions of desired accuracy.

Structural health rating (SHR)-oriented 3D multi-scale finite element modeling and analysis of Stonecutters Bridge

Li, X.F.,Ni, Y.Q.,Wong, K.Y.,Chan, K.W.Y. Techno-Press 2015 Smart Structures and Systems, An International Jou Vol.15 No.1

The Stonecutters Bridge (SCB) in Hong Kong is the third-longest cable-stayed bridge in the world with a main span stretching 1,018 m between two 298 m high single-leg tapering composite towers. A Wind and Structural Health Monitoring System (WASHMS) is being implemented on SCB by the Highways Department of The Hong Kong SAR Government, and the SCB-WASHMS is composed of more than 1,300 sensors in 15 types. In order to establish a linkage between structural health monitoring and maintenance management, a Structural Health Rating System (SHRS) with relevant rating tools and indices is devised. On the basis of a 3D space frame finite element model (FEM) of SCB and model updating, this paper presents the development of an SHR-oriented 3D multi-scale FEM for the purpose of load-resistance analysis and damage evaluation in structural element level, including modeling, refinement and validation of the multi-scale FEM. The refined 3D structural segments at deck and towers are established in critical segment positions corresponding to maximum cable forces. The components in the critical segment region are modeled as a full 3D FEM and fitted into the 3D space frame FEM. The boundary conditions between beam and shell elements are performed conforming to equivalent stiffness, effective mass and compatibility of deformation. The 3D multi-scale FEM is verified by the in-situ measured dynamic characteristics and static response. A good agreement between the FEM and measurement results indicates that the 3D multi-scale FEM is precise and efficient for WASHMS and SHRS of SCB. In addition, stress distribution and concentration of the critical segments in the 3D multi-scale FEM under temperature loads, static wind loads and equivalent seismic loads are investigated. Stress concentration elements under equivalent seismic loads exist in the anchor zone in steel/concrete beam and the anchor plate edge in steel anchor box of the towers.

Structural health rating (SHR)-oriented 3D multi-scale finite element modeling and analysis of Stonecutters Bridge

Y.Q. Ni,X.F. Li,K.Y. Wong,K.W.Y. Chan 국제구조공학회 2015 Smart Structures and Systems, An International Jou Vol.15 No.1

The Stonecutters Bridge (SCB) in Hong Kong is the third-longest cable-stayed bridge in the world with a main span stretching 1,018 m between two 298 m high single-leg tapering composite towers. A Wind and Structural Health Monitoring System (WASHMS) is being implemented on SCB by the Highways Department of The Hong Kong SAR Government, and the SCB-WASHMS is composed of more than 1,300 sensors in 15 types. In order to establish a linkage between structural health monitoring and maintenance management, a Structural Health Rating System (SHRS) with relevant rating tools and indices is devised. On the basis of a 3D space frame finite element model (FEM) of SCB and model updating, this paper presents the development of an SHR-oriented 3D multi-scale FEM for the purpose of load-resistance analysis and damage evaluation in structural element level, including modeling, refinement and validation of the multi-scale FEM. The refined 3D structural segments at deck and towers are established in critical segment positions corresponding to maximum cable forces. The components in the critical segment region are modeled as a full 3D FEM and fitted into the 3D space frame FEM. The boundary conditions between beam and shell elements are performed conforming to equivalent stiffness, effective mass and compatibility of deformation. The 3D multi-scale FEM is verified by the in-situ measured dynamic characteristics and static response. A good agreement between the FEM and measurement results indicates that the 3D multi-scale FEM is precise and efficient for WASHMS and SHRS of SCB. In addition, stress distribution and concentration of the critical segments in the 3D multi-scale FEM under temperature loads, static wind loads and equivalent seismic loads are investigated. Stress concentration elements under equivalent seismic loads exist in the anchor zone in steel/concrete beam and the anchor plate edge in steel anchor box of the towers.

식품가공 공장에서의 FEMS 개발 및 에너지 절감 실증

구재회(Jae-Hoi Gu),김동주(Dongju Kim),여채은(Chae-Eun Yeo),이형아(Hyungah Lee),조우진(Woojin Cho),박종혁(Jong-hyeok Park) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.2

2023 KEA 에너지편람에서 제시된 국내 산업부문 에너지 소비량은 2021년 기준 133,981천toe에 달하며, 제조업 용도별 에너지사용현황은 2020년 기준으로 원료용 80.306천toe(50.3%), 설비용 62,218천toe(42.2%), 수송용 4,838천t여{3.wlo), 기타 7,159천tm4.s%)으로 나타났다. 제조공장에서는 원료용과 설비용으로 92.5%를 소비하고 있다. 제조업의 설비별 에너지 사용현황은 보일러용 19,587천toe(26.4%), 요 · 로 21,712천toe(29.2%), 동력용 13,066천toe(17.6%), 열사용/열이용 설비 12,809천toe(l7.2%), 기타 7,148천toe(9.6%)로 총 74,321천toe를 소비하고 있다. 제조업 업종중 식품 · 담배 업종은 2021년 기준 2,121천toe의 에너지를 소비하고 있다. 식품가공 업종의 경우는 대부분 많은 종류의 제품을 생산하고 있으며, 중소규모 공장들이 많은 업종이다. 식품업종도 에너지 다소비업종으로 분류되어 있지만 제품의 다양성과 중소규모에 적합한 에너지 절감기술이 반영된 FEMS 기술이 개발되지 못하여 식품분야에의 에너지관리시스템 개발과 도입이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 식품가공 공장에서의 에너지 공급공정과 배치식 가열 • 살균공정, 연속식 살균공정에 대한 공학적인 계산 기반인 열 · 물질수지와 공정별 에너지 소비구조분석, 에너지 사용량의 인공지증(AD 예측을 통하여 공정별 제어기술이 반영된 공장에너지관리시스템 (FEMS)을 개발하여 실증하였다. 본 연구에서 개발한 FEMS는 기존의 FEMS와는 달리 공정을 제어하는 에너지절감 제어기능이 포함된 upgrade된 FEMS기술이다. 상업 시설인 식품 가공공장에 서 FEMS 개발 및 실증을 통하여 공장 전체 열에너지 사용량 대비 에너지 절감율은 7.8%를 달성하였다.

USPCS 대역 FEM 부착 안테나 설계

金俊圭(Jun-Kyu Kim),姜聲遠(Sung-Won Gang),千昌律(Chang-Yel Cheon) 대한전기학회 2007 전기학회논문지 Vol.56 No.4

Integration of RF front end module(FEM) into the antenna has been investigated in USPCS band (1.88㎓-1.99㎓). The FEM consists of input filter, power amplifier, coupler, power detector, bias switch and duplexer. The antenna was designed in planar inverted F antenna(PIFA) structure to implement it inside the handset. In order to avoid strong coupling between the antenna and FEM, a shielding ground layer was placed between them. The antenna size is 19㎜ by l0 by 6㎜ under which FEM whose size is 8㎜ by 5㎜ by 1.5㎜ locates. The antenna impedance was selected to match to FEM having better efficiency rather than gain since FEM has enough gain whose system spec is minimum of 20㏈. The antenna patterns are shown with and without FEM.

유한요소해석에 의한 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 바닥판의 휨성능 평가

오현철,정철헌,강명구,박세진,신동호 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.1

In this study, a non-linear FEM model is presented to predict the static flexural performance of precast bridge decks with ribbed joint andis verified with previous experiment results through comparison. The several theory of material properties were applied to each mechanical propertiesin FEM model and FEM model’s input variables were determined through experiment result and parametric study. The FEM results showed goodaccuracy in predicting the structural performance of the specimens and FEM model’s average error rate was 5%. Also, each specimen’s cracking aspectand failure mode can be predicted through FEM’s plastic strain distribution. Thus, this FEM model can be used effectively for predicting the ultimatebehavior and parametric study to development of design formula for joint. 본 연구에서는 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 교량 바닥판 이음부의 정적 휨성능을 예측하기 위한 비선형 유한요소해석 모델을 구성하였으며, 선행연구에 의한 실험결과와의 비교를 통해 유한요소해석의 적합성을 확인하였다. 유한요소해석 모델을 구성하는 재료특성으로 각각의 이론을 적용하였으며, 실험결과 및 사전 변수해석을 통해 입력변수들을 결정하여 유한요소해석 모델을 구성하였다. 본 연구에서 수행된 유한요소해석 결과는 각각의 실험체에 대한 구조적 거동을 평균 5% 이내로 비교적 정확하게 추정하는 것으로 나타났으며, 소성 변형률 분포로부터 각 실험체의 균열양상 및 파괴형태를 간접적으로 예측할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 사용된 유한요소해석 모델은 향후 프리캐스트 바닥판 이음부의 극한거동 예측 및 이음부의 설계식 도출을 위한 변수해석 연구 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

유한요소해석에 의한 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 바닥판의 휨성능 평가

오현철,정철헌,강명구,박세진,신동호 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.1

본 연구에서는 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 교량 바닥판 이음부의 정적 휨성능을 예측하기 위한 비선형 유한요소해석 모델 을 구성하였으며, 선행연구에 의한 실험결과와의 비교를 통해 유한요소해석의 적합성을 확인하였다. 유한요소해석 모델을 구성하는 재료특 성으로 각각의 이론을 적용하였으며, 실험결과 및 사전 변수해석을 통해 입력변수들을 결정하여 유한요소해석 모델을 구성하였다. 본 연구에 서 수행된 유한요소해석 결과는 각각의 실험체에 대한 구조적 거동을 평균 5% 이내로 비교적 정확하게 추정하는 것으로 나타났으며, 소성 변 형률 분포로부터 각 실험체의 균열양상 및 파괴형태를 간접적으로 예측할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 사용된 유한요소해석 모델은 향후 프 리캐스트 바닥판 이음부의 극한거동 예측 및 이음부의 설계식 도출을 위한 변수해석 연구 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. In this study, a non-linear FEM model is presented to predict the static flexural performance of precast bridge decks with ribbed joint and is verified with previous experiment results through comparison. The several theory of material properties were applied to each mechanical properties in FEM model and FEM model’s input variables were determined through experiment result and parametric study. The FEM results showed good accuracy in predicting the structural performance of the specimens and FEM model’s average error rate was 5%. Also, each specimen’s cracking aspect and failure mode can be predicted through FEM’s plastic strain distribution. Thus, this FEM model can be used effectively for predicting the ultimate behavior and parametric study to development of design formula for joint.