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딥러닝 기반 농업용 사회기반시설물의 파쇄손상 보수 재료량 산출
조준휘 ( Junhwi Cho ),김채현 ( Chaehyeon Kim ),송유섭 ( Yooseob Song ),조영오 ( Youngoh Joh ),연재흠 ( Jaeheum Yeon ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
농업 환경에서 수로와 같은 콘크리트 기반의 농업용 사회기반시설물은 물과 항상 접촉하고 있으며, 이로 인한 수분 침투의 가능성으로 다른 사회기반시설물보다 열화 현상의 발생 가능성이 높다. 특히 콘크리트 표면 일부가 파손되거나 떨어져 나가는 현상인 파쇄손상은 손상 부위를 통해 콘크리트 내부로의 수분 침투를 더욱 쉽게 만들어, 이로 인한 열화 현상을 촉진 시키므로 이를 방지하기 위한 보수 작업이 필요하다. 기존 파쇄손상의 보수 작업은 노동 및 시간 집약적이며, 작업자의 경험에 의존하여 보수 면적과 재료량을 계산하기 때문에 각 작업자 간의 계산 오차 및 동일 작업자 계산 시에도 작업자의 현재 상태에 따라 계산 오차가 발생할 수 있다. 또한 보수 작업은 현장에서 수행되며, 특히 수로 보수의 경우 작업자의 안전 및 보수재료 양생기간 확보를 위해 물의 흐름을 차단해야 하는 단점이 존재한다. 이러한 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 딥러닝 기반의 You Only Look Once(YOLO) 알고리즘과 정확한 보수 면적 및 보수 재료량 계산을 위해 자체 개발한 프로그램을 활용한 파쇄손상의 보수 재료량 산출 방법을 제안한다. 제안된 방법은 고화질 카메라를 사용하여 사회기반시설물의 상태를 촬영하였으며, 파쇄손상에 대해 YOLO 알고리즘의 최신 버전인 YOLOv8을 학습시킨 후 학습된 YOLOv8을 활용한 사회기반시설물 상태 사진 분석을 통해 사진 속 파쇄손상 탐지 및 면적을 계산하였다. 이후 계산된 파쇄손상의 면적 정보를 기반으로 자체 개발한 프로그램에 입력하여 국토교통부에서 제시한 파쇄손상의 부분 단면 보수의 면적 산출 기준(KDS 44 50 20)으로 컴퓨터가 일관적이고 정확한 계산을 통해 보수 면적과 보수 재료량을 계산하였다. 본 연구에서 제안된 방법은 기존 노동과 시간 집약적인 파쇄손상 탐지 및 면적 계산을 극복할 것이며, 일관되고 정확한 계산을 통해 작업자 계산에 의한 오차의 영향을 줄일 수 있을 것으로 기대한다.
이상호,이형기,허용학 한국전산구조공학회 2000 한국전산구조공학회논문집 Vol.13 No.2
본 연구는 결함을 지닌 구조체의 거시적인 역학적 거동을 손상역학이론에 근거하여 해석할 수 있는 손상모델을 개발하고 이를 손상을 입은 구조체에 적용하여 손상된 구조체의 전체거동을 해석적으로 규명하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 수정된 2차손상텐서를 이용하였으며, 유효응력을 통해서 산정된 손상응력을 절점에 작용하는 추가의 하중 항으로 고려할 수 있고 균열면의 성질을 반영할 수 있는 유한요소해석 알고리즘을 개발하였다. 개발된 알고리즘은 실험치 및 횡등방성 이론에 의한 이론치와의 비교·검증을 통하여 그 신뢰성을 검토하였다. 선형탄성 가정 하에서 균열을 지닌 구조체에 개발된 알고리즘을 적용하여 해석한 결과, 균열의 방향과 균열군에 따른 손상된 구조체의 거동을 정량적으로 추정할 수 있었다. 개발된 모델을 균열이 존재하는 암반의 굴착문제와 파쇄대를 지니고 있는 지하구조체 문제에 적용해 본 결과, 손상으로 인해 야기되는 구조체의 전체 거동상의 차이를 규명할 수 있었다. The objective of this study is to develop a damage model based on damage mechanics that can be used to analyze the mechanical behavior of structures with defects and the global behavior of damaged structures. A modified second order damage tensor that can be applied to finite element analysis is used to reflect the effect of damage. The damage stress computed from the effective stress is considered as an additional loading term acting on nodes and can represent the effect of crack surface. The accuracy of the proposed algorithm is verified by comparing the analysis results with the experimental data from other studies and the analysis results based on transverse isotropic theory. The developed damage model is applied to the analyses of structures with cracks under linear elastic condition. The comparisons confirmed that the quantitative analysis of the structural behavior due to crack orientation and multiple sets of cracks is possible. Also, the damage caused by rock excavation and fault zone is analyzed. The results also showed that the developed model can effectively analyze the global behavior of damaged structures.