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U-net 딥러닝 기법을 활용한 PVA 섬유 보강 시멘트 복합체의 섬유 분리
서지우,한동석 한국전산구조공학회 2023 한국전산구조공학회논문집 Vol.36 No.5
PVA 섬유 보강 시멘트 복합체는 매우 복잡한 미세구조를 가지고 있으며, 재료의 거동을 정확히 평가하기 위해서는 미세구조 특성을 반영하여 실제 실험과 시너지효과를 내며 효율적인 재료 설계를 가능하게 하는 해석 모델의 개발이 중요하다. PVA 섬유 보강 시멘트 복합체의 역학적 성능은 PVA 섬유의 방향성에 큰 영향을 받는다. 그러나 마이크로-CT 이미지로부터 얻은 PVA 섬유의 회색조 값을 인접한 상과 구분하기 어려워, 섬유 분리 과정에 많은 시간이 소요된다. 본 연구에서는 섬유의 3차원 분포를 얻기 위하여 0.65μm3의 복셀 크기를 가지는 마이크로-CT 이미지 촬영을 수행하였다. 학습에 사용될 학습 데이터를 생성하기 위해 히스토그램, 형상, 그리고 구배 기반 상 분리 방법을 적용하였다. 본 연구에서 제안된 U-net 모델을 활용하여 PVA 섬유 보강 시멘트 복합체의 마이크로- CT이미지로부터 섬유를 분리하는 학습을 수행하였다. 훈련의 정확도를 높이기 위해 데이터 증강을 적용하였으며, 총 1024개의 이미지를 훈련 데이터로 사용하였다. 모델의 성능은 정확도, 정밀도, 재현율, F1 스코어를 평가하였으며, 학습된 모델의 섬유 분리 성능이 매우 높고 효율적이며, 다른 시편에도 적용될 수 있음을 확인하였다. The development of an analysis model that reflects the microstructure characteristics of polyvinyl alcohol (PVA) fiber-reinforced cementitious composites, which have a highly complex microstructure, enables synergy between efficient material design and real experiments. PVA fiber orientations are an important factor that influences the mechanical behavior of PVA fiber-reinforced cementitious composites. Owing to the difficulty in distinguishing the gray level value obtained from micro-CT images of PVA fibers from adjacent phases, fiber segmentation is time-consuming work. In this study, a micro-CT test with a voxel size of 0.65 μm3 was performed to investigate the three-dimensional distribution of fibers. To segment the fibers and generate training data, histogram, morphology, and gradient-based phase-segmentation methods were used. A U-net model was proposed to segment fibers from micro-CT images of PVA fiber-reinforced cementitious composites. Data augmentation was applied to increase the accuracy of the training, using a total of 1024 images as training data. The performance of the model was evaluated using accuracy, precision, recall, and F1 score. The trained model achieved a high fiber segmentation performance and efficiency, and the approach can be applied to other specimens as well.
서지우,권병혁,이경훈,이건명 한국전자통신학회 2023 한국전자통신학회 논문지 Vol.18 No.6
The height of the atmospheric boundary layer indicates the peak developed when turbulence is generated by mixing heat and water vapor, and is generally determined through thermodynamic methods. Wind profilers produce atmospheric information from the scattering of signals sent into the atmosphere. A method for making the spectrum of turbulent components, turbulent kinetic energy dissipation rate, and refractive index structure coefficient was presented to determine the atmospheric boundary layer depth. Compared with the vertical distribution characteristics of potential temperature and specific humidity based on radiosonde data, the determination method of the atmospheric boundary layer height from wind profiler output was evaluated as very useful.
패각 잔골재를 활용한 3D 프린팅 자원순환 콘크리트의 역학적 성능 평가
서지우,박주현,한동석 한국전산구조공학회 2024 한국전산구조공학회논문집 Vol.37 No.1
해양폐기물 중 하나인 패각의 발생량은 매년 증가하고 있으나, 대부분이 해안 근처에 야적되거나 방치되어 환경적·사회적으로 문제가 되고 있다. 천연 골재 부존량 감소에 따른 골재 대체재로서 패각이 사용된다면 재료 수송에 따른 물류비용을 효과적으로 감축시킬 수 있어 자원 재활용을 활성화할 수 있다. 본 연구에서는 3D 콘크리트 프린팅 기술을 활용한 해양 구조물의 건설 재료로서 패각 잔골재의 사용 가능성을 분석하였다. 패각을 활용한 3D 프린팅 콘크리트는 패각 잔골재와 시멘트 풀 계면 등의 공극 요인으로 일반 콘크리트 대비 낮은 강도를 가지기 때문에 역학적 성능 평가를 위한 미세구조 특성 분석이 요구된다. 유동성, 출력성 및 적층성을 고려하여 3D 프린팅 콘크리트의 배합을 선정하였으며, 패각 잔골재를 활용한 3D 프린팅 콘크리트 시편의 물성과 미세구조를 분석하였다. 시편의 물성을 평가하기 위해 3D 프린터로 압축강도와 부착강도 시편을 제작하였고 강도 시험을 진행하였다. 미세구조를 분석하기 위해 고해상도 이미지를 얻을 수 있는 SEM 촬영을 수행하였으며, 히스토그램 기반 상 분리 방법을 적용하여 공극을 분리하였다. 패각 잔골재 종류에 따른 공극률을 확인하고 확률함수를 활용하여 공극 분포 특성을 정량화하였으며, 패각 잔골재의 종류에 따른 시편의 역학적 물성과 미세구조 특성 간의 상관관계를 확인하였다. The volume of shells, a prominent form of marine waste, is steadily increasing each year. However, a significant portion of these shells is either discarded or left near coastlines, posing environmental and social concerns. Utilizing shells as a substitute for traditional aggregates presents a potential solution, especially considering the diminishing availability of natural aggregates. This approach could effectively reduce transportation logistics costs, thereby promoting resource recycling. In this study, we explore the feasibility of employing wasted shell aggregates in 3D concrete printing technology for marine structures. Despite the advantages, it is observed that 3D printing concrete with wasted shells as aggregates results in lower strength compared to ordinary concrete, attributed to pores at the interface of shells and cement paste. Microstructure characterization becomes essential for evaluating mechanical properties. We conduct an analysis of the mechanical properties and microstructure of 3D printing concrete specimens incorporating wasted shells. Additionally, a mix design is proposed, taking into account flowability, extrudability, and buildability. To assess mechanical properties, compression and bonding strength specimens are fabricated using a 3D printer, and subsequent strength tests are conducted. Microstructure characteristics are analyzed through scanning electron microscope tests, providing high-resolution images. A histogram-based segmentation method is applied to segment pores, and porosity is compared based on the type of wasted shell. Pore characteristics are quantified using a probability function, establishing a correlation between the mechanical properties and microstructure characteristics of the specimens according to the type of wasted shell.
서지우,Jeong-Yong Cho,Jae-Hak Moon,Keun-Hyung Park 한국식품과학회 2011 Food Science and Biotechnology Vol.20 No.2
Four compounds obtained from the ethyl acetate-soluble neutral fraction of methanol extracts of the Welsh onion (Allium fistulosum L.) were purified by column chromatography using silica gel, octadecyl silane (ODS), and Sephadex LH-20 with a guided DPPH radical scavenging assay. After purification, the compounds were isolated by ODS-HPLC. The isolated compounds were identified as N-trans-feruloyl-3'-methoxytyramine (1), Ncis-feruloyl-3'-methoxytyramine (2), N-trans-p-coumaroyltyramine (3), and 3,5,7-trihydroxyflavone (kaempferol, 4)based on the spectroscopic data of NMR and MS. To the best of our knowledge, this is the first study to identify compound 1-3 in the Welsh onion. Compound 1 and 2showed significantly (p<0.05) higher DPPH radical scavenging activities than compound 3.