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최근 도심지에서 발생하는 지반침하 및 함몰의 주요 원인으로 지하시설물인 노후화된 상·하수관거의 파손에 의해 발생한다. 실내실험을 통해 상·하수관거의 파손에 따른 지반함몰 메커니즘 규명에 관한 연구가 진행되었지만, 공동주변에서 발생하는 이완영역을 측정하기 위한 탐사방법에 관한 연구는 미비하다. 따라서, 본 연구에서는 실내실험을 통해 지하수의 영향에 의해 발생하는 공동 및 이완영역을 파악하기 위해 이완영역탐지기를 개발하였다. 이완영역탐지기는 콘 관입시험기의 형태로 소형콘을 적용한 정적 관입시험기이며, 실내모형실험에 적합한 소형콘을 사용하기 위해 직경 0.3cm콘을 제작하여 적용하고자 하였다. 공동주변부의 이완영역을 파악하기 위한 실내실험을 수행하기 위해 콘관입시험 계측결과에 영향을 주는 요소 및 모사지반에 관한 기초실험을 수행하였다. 콘 관입시험 계측결과에 영향을 주는 주된 요소인 콘의 크기, 형상, 관입속도에 관한 실내실험을 수행하였으며, 층다짐으로 이루어진 모사지반의 영향을 파악하기 위해 다짐정도별 관입저항특성을 분석하였고, 토조의 측벽으로 부터의 영향파악을 위한 실험을 수행하여 이완영역탐지기 계측결과의 신뢰성을 확보하였다. 관거 파손 시 지하수의 영향에 의해 발생한 공동주변부의 이완영역범위를 파악하기 위한 실험을 수행하였다. 초기 공동은 관거의 파손부위를 모사한 트랩도어 부근에서 원형의 공동이 조성되었으며, 이후 점차 상향으로 발달하여 상부가 아칭형상의 공동으로 발생하였다. 최종적으로 지표면까지 공동이 확장되어 지반함몰이 발생되었다. 공동이 지표부까지 도달하기 전에 이완영역탐지기를 이용하여 공동주변부에서의 이완영역의 범위를 파악하였으며, 공동확장에 따른 이완영역의 범위를 2가지로 분류하여 파악하였다. ① 지하수위 증가에 따른 공동확장 시 초기 이완영역의 높이에서는 변화가 미비하였으며, 이완영역의 너비는 확장, ② 천공시 초기 공동의 상부에서 파괴가 발생하여 공동이 확장되었으며, 초기 이완영역의 높이에서 약 5cm가량 증가하였고, 이완영역의 너비의변화는 미비하였다. 또한, 천공으로 인해 약 5cm가량의 공동상부에 붕괴가 발생한 파괴영역은 이완영역 감소율의 약 90%이상인 범위에서 파괴영역이 형성되었다. 비개착식 공법을 적용한 지반함몰 긴급복구를 수행하기 위해 실내실험결과를 통한 공동확장시 이완영역의 변화를 파악하였다. 이를 통해 공동내의 적정의 충전량을 산정함로서 신속하고, 경제적인 복구가 가능할 것으로 판단된다. Recently, the main cause of ground subsidence and collapse in urban areas is caused by the breakage of aging sewer pipes, which are underground facilities. A study was carried out to investigate the ground collapse mechanism due to the breakage of sewage pipes. However, there is a lack of research on estimating the Loosened area that occurs to around the cavity. In situ penetration tests and non-destructive test are mainly used to identify cavities and Loosened area in the field. However, there is a lack of research on exploration methods for application in indoor experiments. In this study, a Loosened area detector was developed to identify the cavity and Loosened area caused by the influence of groundwater through indoor experiments. The relaxation area detector is a static penetration tester applying a small cone in the form of a cone penetration tester. In order to use a suitable small cone in the indoor model test, a 0.3cm diameter cone was made and applied. In order to perform the laboratory experiment to identify the Loosened area around the cavity, basic experiments were conducted on the factors and the simulated ground that influence the cone penetration test results. The experiments were conducted on the size, shape, and penetration speed of cones, which are the main factors affecting the cone penetration test measurement results. Experiments were conducted to investigate the effects from the side walls of the soil box model to ensure the reliability of the measurement results of the loosened area detector. An experiment was conducted to determine the extent of the loosened area caused by the influence of groundwater in the case of broken sewer pipe. The initial cavity was formed with a circular cavity near the trapdoor which copy the damage of the sewage pipe. Since the upper soil was collapsed, it developed upwards and formed into an arch shape. Before the cavity reached the surface, the Loosened area detector was used to determine the extent of the Loosened area around the cavity. The occurrence of Loosened area following cavity expansion was analyzed in two types. ① In the case of cavity expansion by increasing the groundwater level, the height of the initial loosened area was not changed and the width of the loosened area was expanded. ② At the time of drilling, the cavity was collapsed in the initial cavity and the cavity was expanded. The cavity was increased by about 5cm from the height of the initial loosened area and the change in the width of the loosened area was insignificant. In addition, the area of failure where the collapse occurred at the top of the cavity of about 5cm was formed in a range of over 90% of the reduction rate of the Loosened area. In order to perform emergency restoration in ground cavity using trenchless method, indoor experiments were conducted to identify the change of loosened area during cavity expansion. Through the experimental results, it is expected that rapid and economical restoration will be possible by estimating the appropriate filling amount in the cavity.
회전자 Notch를 이용한 EV용 IPMSM의 토크리플 최소화 연구=
본 논문은 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)에서 발생하는 코깅토크와 토크리플을 최소화하고자 RSM(Response Surface Method)과 PSO(Particle Swarm Optimization)를 이용하여 회전자에 notch설계를 제안하고 IPMSM의 정밀한 제어를 위해 Multi-static과 개방, 단락회로시험, AC정지 시험을 통해 전동기의 Ld, Lq분석하였다. IPMSM의 설계는 자기회로법을 이용하고, 특성해석은 유한요소법을 이용하여 성능을 검증하였다. 본 논문에서 제시한 IPMSM는 8극, 48슬롯, 50kW(1200 ~ 6000rpm) 로서, SPM(Surface Permanent Magnet)전동기에 비해 구조적으로 튼튼하고 릴럭턴스토크와 마크네틱토크가 합성된 토크를 발생하기 때문에 SPMSM에 비해 높은 토크밀도와 효율이 높은 장점이 있다. IPM 전동기 구조에서는 SPM 전동기와 다르게 회전자 구조에 의하여 마그네틱토크와 릴럭턴스 토크가 합성된 토크를 발생한다. 이때 릴럭턴스토크는 직축(d-axis)과 횡축(q-axis)인덕턴스의 크기에 영향이 많기 때문에 정밀한 분석이 필요하다. 그러므로 본 논문에서는 기본적인 전동기분석, 즉 코깅토크와 역기전력, 토크리플과 손실해석을 하고 Multi-static과 교류정지시험법, 단락, 개방회로시험법을 사용하여 인덕턴스 분석하였다. 그리고 코깅토크 감소를 위해 Notch를 회전자에 설치하였다. 두번째로 IPM전동기의 토크리플 최소화 설계를 위하여 설계변수에 따른 목적함수를 정의하고 목적함수의 근사화를 표면반응법(Response Surface Method) 근사함수로 구한 후, 이를 PSO(Particle Swarm Optimization)를 활용하여 최적점을 구하였다. 또한 설계변수에 대한 샘플링 포인트 생성단계에서 랜덤 함수에 의한 샘플링 포인트 생성기법인 LHS(Latin Hypercubic Strategy)를 적용하였다. 그 결과 설계변수인 Notch의 위치를 변화 시켜 최적화하였다. 코깅 토크는 초기모델의 6%까지 감소되는 결과를 얻었다. 결론적으로 전기자동차용 IPMSM의 설계를 위하여 유한요소법과 최적화기법을 이용하여 Notch 위치를 최적화하고 코깅토크를 최소화 함으로서 전동기의 성능을 향상시키고 직축과 횡축의 인덕턴스 분석을 통하여 정밀한 제어가 가능하며 높은 효율을 가져오는 데 큰 역할을 할 것이다. This paper suggest a Rotor notch model to minimize Cogging Torque and Torque Ripple of V-type IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) using PSO(Particle Swarm Optimization), LHS(LLatin Hypercube Sampling) and RSM(Response Surface Method) with FEM. also Ld, Lq of IPMSM analyzed are using Multi-static, Open Circuit Test, Short Circuit Test and AC standstill Test for precise control. The analyzing model of IPSM has 8poles, 48slot, 50KW, 1200~6000RPM and 3 pahses driven. which has several advantages compared with SPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor). The motor has a mechanically stable structure due to permanent magnets embedded in the rotor, and has a little higher torque density per unit volume than other motors. Because the reluctance torque that results from an inductance difference between the d-axis and q-axis is combined with the magnetic torque. IPM motor has also high efficiency and wide range of velocity control at the low magnetic field operation. It thus appears that IPM motor is an excellent candidate for vehicle propulsion system. However, the IPM motor produces significantly large cogging torque due to the same length of mechanical and effective magnetic air gaps. Therefore, the reduction of cogging torque that may cause vibration and acoustic noises becomes an increasingly critical issue in IPM motor, and there are many researches to reduce the torque ripples as well as cogging torque. In this study, a 50 kW V-type IPM motor is modeled to reduce the cogging torque introducing two notches in the one pole rotor surface. In the proposed algorithm, the position and size of the notch are optimized by an optimization algorithm, which uses LSH(Latin Hypercube Sampling) strategy with RSM((Response Surface Method) based the multi-objective Pareto Optimization procedure. For obtaining of the effective sampling point, PSO is also employed in the algorithm. The arc-angle, length and width of the notch are optimized to minimize the torque ripple of the motor. The cogging torque of the model is reduced by 55.6%, the torque ripple by 15.5 %, and the efficiency of the motor is increased by 15.5 % Consequently, the presented Notch Shape optimization has reduce the torque ripple of the model, which machine good effect on the reduction of noise and vibration as well as reduction in the production cost and high efficiency
승객운송차량의 운동제어 성능향상을 위한 동특성 모델링과 해석
본 논문에서는 기존의 대중교통수단 중 승객운송에 사용되는 차량을 “승객운송차량”이라고 정의하고, 승객운송차량 중 철도차량과 버스의 운동제어 성능향상을 위해 동특성 모델링과 해석을 수행하였다. 먼저 틸팅철도차량(tilting train)에서 사용되는 유압틸팅액츄에이터(hydraulic tilting actuator)의 안전성을 평가하기 위하여 PLC (Programmable Logic Controller)를 이용한 무부하(no-load) 시험을 수행하였다. PLC를 이용한 무부하 시험에서, 저속 운동성능에는 문제가 없었지만 고속에서 두 실린더의 동기가 맞지 않는 문제가 발생하였다. MR 댐퍼(damper) HILS (Hardware In-the Loop Simulation) 시스템에서는 기존의 유압구동기에 스텝함수와 사인함수를 입력하여 반응속도 시험을 수행하였다. 틸팅철도차량의 전기틸팅액츄에이터(electric tilting actuator)를 대치할 수 있는 유압틸팅액츄에이터를 개발하였고, 기존에는 측정이 불가능 했던 실린더에 걸리는 부하(load)를 측정할 수 있게 되었다. 이 유압틸팅액츄에이터를 이용하여 기존 차량의 언밸런싱(unbalancing) 한 상황을 수치적으로 확인할 수 있었다. 기존 전기틸팅액츄에이터 시스템의 동기화 성능보다 50% 이상의 동기화 정밀도를 높였으며, 별도의 조치 없이 설치할 수 있도록 호환성을 확보하였다. MR 댐퍼와 스카이훅(skyhook) 알고리즘을 포함한 버스의 동역학 모델을 구하여, 상용 해석프로그램을 이용하여 검증하였고, 이를 실시간 시뮬레이션이 가능한 모델로 변환하여 HILS 시스템에 적합한 모델로 구축하였다. 본 모델을 이용하여 MR 댐퍼와 도로데이터(road data)를 재현할 수 있는 모션 제어기(motion controller), 로드셀(load cell), LVDT (Linear Variable Differential Transformer) 와 MR 댐퍼 앰프를 포함한 HILS 시스템을 구축하였다. 본 시스템을 이용하여 온/오프라인 시뮬레이션의 결과를 비교/분석하였고, 범프(bump) 테스트와 차선변경 테스트 환경에서 스카이훅 알고리즘의 동작여부 및 성능을 확인하였다. 수직(vertical) 방향과 피치(pitch) 방향에서의 진동감소에는 매우 적합한 결과를 도출 할 수 있었다. 스카이훅 게인을 변경하여 게인과 진동감소에 대한 상관관계를 연구하였다. In this dissertation, a “passenger vehicle” is defined as a vehicle focusing on passenger transport in the existing public transport modes. A dynamic model was developed and an analysis was conducted to improve the performance of railway vehicles and buses, among the various passenger vehicles. In order to evaluate the safety of the hydraulic tilting actuator, a no-load test was performed using PLC. In this test, no problem was faced with the low-speed test; however, an error occurred owing to synchronization under high-speed conditions. By using step and sine functions with the conventional hydraulic actuator, the reaction rate test was carried out by using the MR damper HILS (Hardware In-the Loop Simulation) system. First, we developed a hydraulic tilting actuator that can replace the electrical tilting actuator, and makes it possible to measure the load applied to the cylinder, which was not possible earlier. Hence, the unbalanced condition of present-day passenger vehicles could be confirmed. The synchronization precision increased by more than 50% with our hydraulic tilting actuator compared to that obtained by using the conventional electrical tilting actuator system. Our system also ensured the compatibility for installation without requiring a separate step. A dynamic model of a bus, including the MR damper and skyhook algorithm, was developed and verified using a commercial program and then converted into a real-time simulation model, which is suitable for the HILS system. By using the present model, the HILS system was built that includes an MR damper amplifier, an LVDT, a load cell, and a motion controller that can reproduce the road data and MR damper data. The results of the on/off-line simulation were compared and analyzed using the present system, and the operation and performance of skyhook algorithm was examined by using the bump test and lane change test. A very appropriate result was obtained by taking into consideration vibration reduction in both the vertical and pitch directions. By changing the skyhook gain, the correlation between the gain and vibration reduction was also verified.
혼성적 표현 특성 분석을 통한 헬스케어센터 실내공간계획
김호연 홍익대학교 건축도시대학원 2015 국내석사
The recent economic, social, and cultural changes led to increased interest in health and physical fitness. As more and more women are joining the workforce, men are increasingly interested in their appearance to win the cut-throat competition in the job market. Thus, they are investing a substantial amount of money on grooming themselves. A recent study on the correlation between looks and salary reflects the social trend where appearance is perceived as a competitive edge. Such trends are greatly affecting the sports and beauty industries and the overall consumption. Amid the diverse experience of consumers and their stronger desire for sophisticated design, their spending habits are increasingly diversified, leading to social diversification. The concept of 'hybrid,' a byproduct of the diversified modern society, is a general phenomenon occurring in diverse fields and industries. It has expanded into the field of design where new, innovative items are always valued. It has accelerated the diverse expression in multiple areas of design. The field of interior design has been expanded into other art-related fields as well. The expansion led to 'hybrid space,' reflecting the 'hybrid cultural phenomenon.' It is about creating new items by combining and incorporating existing items, instead of using a new style. Such attempts stem from the following premises: It is possible to establish a new design concept based on the theories on creation through combination of existing elements; The systematic theories on hybrid spatial organization are valid. The purpose of this study is to analyze the features of hybrid expression through spatial trends in health care centers. The ultimate purpose is to apply the features to interior space planning. Chapter 1 introduces the background, purpose, scope, and methods of this study. Chapter 2 analyzes the features of hybrid expression after introducing its concept. Chapter 3 provides a basic overview of health care centers, the programs, and spatial organization. Chapter 4 analyzes the space and programs of health care centers through actual cases and the features of hybrid expression in the space. Chapter 5 discusses the design of health care centers as an indoor space for analysis of hybrid expression. Chapter 6 provides the following conclusion based on the findings. First, health care centers consist of the following spaces in most cases: fitness, skin care, food and drinks, management, and other service areas. On average, the fitness area represents the highest proportion. Thus, there should be user-oriented common spaces, including a lounge in the fitness zone with minimal space. Second, to minimize the distances between different facilities, their linkage and traffic frequency should be considered. Thus, the management office and attached facilities should be located near the entrance to be spotted easily by users. Third, the information area and waiting area were most unique and diverse in terms of spatial expression. As for fitness facilities, they were planned with a open arrangement structure for spatial linkage and scalability. As for skin care area, it should exude a warm and soft atmosphere. As for food and beverage space, it should have visual openness for easy access from a lounge or a waiting area attached to it. However, the food and beverage space should be separated from other areas for more convenient use; it should be considered during the spatial planning. Fourth, the formal hybrid featured 'transformation and juxtaposition' of spatial elements. Juxtaposition means placing two things closely together for a contrasting effect. The related elements include ceiling, walls, columns, axis, and mass. Such formal hybrid are based on informal juxtaposition with distortion of forms and continuous form composition without hierarchy. It led to the metaphorical yet visual play and multiple expressions of meanings. Such transformation and juxtaposition are the foundation of the formal hybrid; they were created through a reversed spatial hierarchy with exaggerated expression of the forms and their scale. Fifth, the features of hybrid spaces include the following: spatial interpenetration; ambiguous boundaries; spaces with multiple viewpoints. For example, spatial boundaries were faded by blurring interlayer boundaries through a void, transparent materials, or spaces of continuous forms. Also, the overlap and conflicts of different programs led to accidental spatial effects. As such programs were attached and sequenced, it formed a dynamic relationship that led to convergence and mobilization. As a result, hybrid programs were formed within a successive structure. The differentiated spatial features of health care centers with hybrid expression could offer new spatial experience to consumers. In a commercial space, establishing its unique identity is obviously crucial. The findings of this study can be used to predict how the hybrid expression features of health care centers will develop in the future. 경제, 사회, 문화의 변화는 건강과 운동에 대한 관심이 높아지고 여성들의 사회진출이 증가함에 따라 경제적인 축을 담당하던 남성들도 치열한 경쟁에서 살아남기 위해 자신의 외모에 관심을 갖고 적극적으로 비용을 투자 하고 있다. 최근 외모와 연봉의 상관관계에 대한 연구 분석 결과가 나오는 등 외모 또한 하나의 경쟁력으로 자리매김 하고 있다. 이러한 변화는 스포츠 및 뷰티 산업에도 큰 영향을 미치고 있으며, 소비에 대한 변화에도 큰 영향을 미치고 있다. 다양한 경험과 디자인에 대한 욕구가 강해지고 소비에 대한 성향도 다양화 되면서 사회는 다원화 경향을 보이고 있다. 현대사회에서 다원화 경향으로 나타나는 혼성적 개념은 여러 장르에서 공통적으로 보이고 있는 전반적인 현상이다. 이것은 항상 새로움이 요구되는 디자인 분야에 확대되어 다양한 표현의 양상을 보여주고 있다. 실내지다인의 흐름에도 타 예술 분야의 다양한 영역에 확장을 거듭하고 있으며 이러한 혼성적 공간은 새로운 스타일을 만드는 것이 아니라 기존의 것을 복합, 중첩시킴으로써 새로움을 추구하고자 하는 혼성 문화현상으로 나타나는데 기존 요소의 결합에 의한 창조의 이론을 하나의 디자인 개념으로 발전시킬 수 있다는 가정 하에 공간 구성의 혼성에 관한 체계적인 이론을 정립하는 것이 유효 하다는 근거에서 출발한 것이다. 이에 본 연구의 목적은 혼성적 표현 특성에 대해 분석하고, 현재 헬스케어센터에 대한 경향 사례를 통해 제시하여 실내공간계획에 적용하고자 한다. 제1장에서는 연구의 배경과 목적 및 범위와 방법을 제시하고, 제2 장은 혼성적 표현의 개념 및 표현 특성에 대해 분석하며 제3장에서는 헬스케어센터의 기본 개념 및 프로그램에 대한 이해와 공간구성에 대해 알아본다. 제 4장에서는 사례를 통한 공간분석 및 프로그램 분석, 공간에서 나타난 혼성적 표현특성에 대해 분석하고, 제5장에서는 혼성적 표현 분석을 통한 실내공간으로 헬스케어센터 디자인을 전개하며, 제6장에서는 본 계획안을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다. 첫째, 헬스케어센터의 공간구성은 크게 피트니스, 스킨케어, 식음, 관리, 서비스 공간으로 구성되는데 평균적으로 피트니스 공간의 면적이 가장 넓은 비율을 차지하는 것을 알 수 있었다. 이용자 중심의 공용공간에 대한 배려가 고려되어야 하며 피트니스 존 내에서는 한정된 공간에 휴게공간을 조성하고 면적은 최소화 할 수 있게 계획해야 한다. 둘째, 시설간의 이동 동선을 최소화 할 수 있도록 시설내의 연계성과 빈번한 동선빈도를 감안하여 관리 및 부속시설은 입구 쪽에 배치함으로써 이용자들이 출입하면서 쉽게 인지가 가능하도록 되어야 한다. 셋째, 안내공간과 대기공간의 경우 다른 공간에 비해 아이덴티티를 부각 시키는 표현 등이 다양하게 나타났다. 피트니스 시설에서는 공간의 연계성과 확장성을 위해 개방적인 배치구조로 계획되어진 것을 알 수 있었으며, 스킨케어 시설에서는 따뜻함과 부드러운 느낌이 강조된 이미지로 연출해야 되는 것을 알 수 있었다. 식음공간은 독립된 공간이 아닌 휴게나 대기공간에서 접근이 용이 할 수 있도록 시각적인 개방감은 부여하되 의 영역성은 구분할 수 있게 하여 공간이용에 있어서 불편함이 없게 공간계획이 이루어 져야 된다는 것을 확인 할 수 있었다. 넷째, 형태적 혼성은 형태의 외곡을 통한 비정형적인 형태의 병치나 위계가 소멸된 연속적인 형태 구성을 통한 내부의 천장이나 벽, 기둥의 형태나 축과 매스의 변용 등의 공간 요소의 변형과 병치를 통해 은유적이면서 시각적인 유희와 의미의 다중적 표현이 나타나는 것을 알 수 있었으며, 형태의 스케일을 과장하게 표현하여 공간적 위계를 역전시킴으로서 혼성화 된 형태를 구성하는 특징이 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 다섯째, 공간적 혼성은 공간의 상호관입이나 모호한 경계공간, 다시점에 의한 공간 특성으로 나타나고 있으며 보이드를 통한 층간 경계 흐리기나 투명한 재료나 연속적인 형태의 공간을 삽입시킴으로서 공간의 경계를 모호하게 하는 특성이 있다는 것을 알 수 있었다. 프로그램의 중첩과 충돌로 인해 우연적인 공간적 효과가 나타났으며 이질적인 프로그램을 밀착시키고 연속시킴으로서 융합과 출동을 일으키는 다이나믹한 관계를 형성함으로서 연속적인 체계 안에서 프로그램의 혼성이 나타나는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 본 연구는 헬스케어센터에 혼성적 표현특성으로 차별화된 공간특성으로 소비자들에게 새로운 공간 경험을 제시할 수 있을 것이라 판단된다. 상업공간의 차별화된 아이덴티티 확립은 무엇보다 중요하다고 판단되며, 이상에서 본 연구의 결과를 통하여 혼성적 표현특징이 헬스케어센터 에서 한 방향으로 발전될 것인가에 대해 예견해 볼 수 있으리라고 생각한다.