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SSP 시나리오 기반 저수지 상·하류 연계 모의를 통한 아호부인지구의 미래 침수위험면적 분석
박성재 ( Seongjae Park ),곽지혜 ( Jihye Kwak ),김지혜 ( Jihye Kim ),김석현 ( Seokhyeon Kim ),이현지 ( Hyunji Lee ),김시내 ( Sinae Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
기후변화에 따른 극한강우의 발생 빈도 및 강도 증가로 홍수로 인한 사회·경제적 피해가 증가하고 있다. 특히 농촌지역은 홍수 취약성이 매우 높아 효과적인 침수 피해 예방 및 복구 대책 마련이 요구되며, 증가하는 기후변화의 영향에 효과적으로 대응하기 위해서는 기후변화 시나리오에 따른 미래 농촌지역의 수문 변화를 예측하고 이에 따른 적응전략을 마련할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 수리·수문 및 상·하류 연계 침수 모의를 통해 농촌유역의 물순환 특성을 고려한 침수 예측을 수행하고, 기후변화에 따라 예상되는 재해 취약지역의 침수 피해 규모를 분석하고자 하였다. 대상지역으로 탑정저수지-하류 농경지구 중 하나인 아호부인지구를 선정하였으며, SSP (Shared Socio-economic Pathways) 5-8.5 기후변화 시나리오에 따른 미래 농경지 침수면적 변화를 분석하였다. 저수지 상·하류 연계 모의를 위해 K-HAS (KRC Hydraulics & Hydrology Analysis System)와 HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center - River Analysis System)를 활용하였으며, 20년 및 100년 재현빈도에 대한 유입량 산정, 저수지 운영 모의, 하천 수위 모의, 농경지 침수분석을 수행하였다. 또한, 부인, 아호, 탑정 지구의 농경지 최고 내수위 모의 결과를 농경지 표고자료와 비교하여 침수위험지역을 GIS (Geographic Information System)상에 도시하였다. 기간을 관측 기간, 단기 미래, 중기 미래, 장기 미래로 구분하여 분석한 결과, SSP 5-8.5기후변화 시나리오에 따른 확률강우량은 관측자료 대비 평균적으로 약 40% 증가하였고, 이로 인해 저수지 유입량은 20년 빈도 기준 42.8%, 100년 빈도 기준 18.8% 증가하며, 하천 수위는 각각 0.8-1.1 m, 0.7-1.4 m 상승하는 것으로 예측되었다. 침수시간, 침수면적, 침수심 등을 고려하였을 때 100년 빈도의 장기 미래에서 부인 지구와 아호 지구의 침수위험성이 높다고 판단되었다. 본 연구의 침수 분석 결과는 추후 배수시설의 필요 배제량 산정 등에 활용할 수 있으며, 본 연구의 방법론을 전국단위로 확장한다면 배수개선사업이나 홍수위험지도 제작 등의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
사전 변형을 통해 좌굴의 발생 방향 설정이 가능한 가변강성 소프트 조인트 설계
박성재(Seongjae Park),김종우(Jongwoo Kim) 대한기계학회 2023 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2023 No.11
Soft robots made of soft materials such as paper, film, and silicone can provide flexible and compliant motions by deforming their own structure. Because soft robot has infinite degrees of freedom, it has excellent adaptability to roughly defined objects and harsh environments. However, there is still room for improving their stiffness to perform specific tasks. To vary their stiffness, variable stiffness mechanisms such as fiber jamming, layer jamming, and particle jamming have been proposed in former studies. In this paper, we present a novel variable stiffness mechanism using programmable buckling with pre-strain. The proposed mechanism has 3 different stiffnesses in a specific direction by changing the direction of buckling with negative/positive pressure. To clarify the effectiveness of the mechanism, we designed a soft joint and captured its curvature with motion tracking along its stiffness states. Also, we measured the restoring force against external displacement along its stiffness states. As a result, the curvature was different up to 4.13 times and the restoring force was different up to 3.8 times along its stiffness states.
광센서 및 충격 센서에 의한 디젤 솔레노이드 인젝터의 연료 분사 시작 및 종료 타이밍 측정 결과 비교 연구
박성재(Seongjae Park),이충훈(Choonhoon Lee) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
점화 장치가 없는 디젤 엔진 연료 분사 시작 타이밍 및 분사 패턴은 가솔린 엔진의 점화 타이밍과 유사하게 엔진 성능에 큰 영향을 미친다. 디젤 엔진 ECU에는 엔진 속도 및 부하 조건에서 최적의 연료 분사 시작 타이밍과 분사 패턴이 mapping 된다. 연료 분사 시작 타이밍이 진각되면 smoke emission은 줄어들고 NOx emission 증가하여 두 배기 가스는 상호 trade-off relationship을 가진다. 기계식 연료 분사 시스템을 사용하는 디젤 엔진과 달리 커먼 레일과 전자 제어 인젝터를 사용하는 최근의 디젤 엔진은 연료분사 시작 타이밍 제어에 제약이 없다. 즉, 어떤 엔진 조건에서도 원하는 타이밍에 연료를 분사하고 분사를 종료할 수 있다. 또한 커먼 레일 디젤엔진은 기계식 연료 분사시스템에서는 매우 어려운 pilot injection, multiple injection 등의 정확한 분사 시작 타이밍 제어가 가능하다. 본 연구에서는 디젤 솔레노이드 인젝터를 제어하여 연료를 분사하였을 때, 연료 분사 시작과 종료 타이밍을 광센서, 충격 센서를 사용하여 측정하였다. 인젝터 nozzle tip 최근접 위치에 광센서를 설치하여 spray를 감지하였다. 인젝터 body 바깥쪽에는 충격 센서를 장착하여 injector needle의 움직임을 감지하였다. 광센서와 충격 센서에 의한 연료 분사 시작 타이밍 측정은 정확하게 측정이 가능함을 확인하였다. 연료 분사 종료 타이밍은 광센서로는 측정이 가능하였으나 shock sensor로는 불가능하였다. 연료 분사 패턴은 single injection과 pilot injection의 2가지를 사용하였다. Single injection으로 연료를 분사할 때에는 45 MPa, 75 MPa, 105 MPa 3case rail pressure으로 제어하였다. pilot injection의 경우에는 75 MPa rail pressure 만으로 제어하였다. 측정 데이터의 통계적 처리를 위해서 하나의 실험 조건에서 35회씩 반복 측정하였다. Uncertainty analysis를 위한 error distribution 함수로는 normal distribution function을 사용하였다.