중학교 과학 단위에 대한 학생 이해도 조사 및 수업 개선 방안

백승엽 충북대학교 교육대학원 2025 국내석사

This study aimed to assess middle school students’ understanding of scientific units and propose instructional improvement strategies to enhance their comprehension of unit concepts. To this end, basic and in-depth surveys were conducted in 2024 with third-year middle school students to investigate their understanding of scientific unit concepts. In addition, semi-structured interviews were carried out with selected respondents to qualitatively examine their cognitive characteristics. Through these interviews, students' actual difficulties in understanding unit concepts, intuitive misconceptions, and limitations in verbal expression were identified, providing foundational data for improving instruction.  In 2025, an experimental lesson on the electricity unit (Ohm's Law) was designed and implemented for second-year middle school students, followed by pre- and post-lesson surveys to quantitatively analyze changes in their understanding of scientific units. The experimental lesson focused on the concepts of voltage, current, and resistance and included various elements such as unit calculation, unit conversion, and understanding of the Ohm’s Law equation. The analysis of changes in correct answer rates revealed that the experiment-based lessons, which emphasized the connection among concepts, symbols, and formulas, were effective in improving students’ understanding of unit concepts. Specifically, the correct answer rate increased by 24.0 percentage points in the Ohm’s Law calculation item and by 8.7 percentage points in the unit conversion item, suggesting that experience-based instruction contributes to the internalization of abstract concepts.  Furthermore, students’ inquiry worksheets—comprising graphical representations and written responses after the experimental lesson—were analyzed to explore their conceptual application processes and patterns of reasoning. The results revealed various cognitive errors, including misconceptions that treat units as mere symbols or calculation tools, misunderstandings about relationships among units, and formal imitation of experimental outcomes. This integrated approach, combining qualitative and quantitative methods, provides a multidimensional perspective on the process of forming unit concepts and offers foundational insights for improving the effectiveness of science education in middle school. Keywords: scientific units, unit concepts, Ohm’s Law, electrical units, unit understanding, unit conversion, experimental lesson, conceptual change, inquiry worksheet, student interviews, misconception analysis, middle school science education 중학교 과학 단위에 대한 학생들의 이해도 조사 및 수업 개선 방안 백승엽 충북대학교 교육대학원 공통과학교육전공 지도교수 오원근 본 연구는 중학교 과학 단위에 대한 학생들의 이해 수준을 파악하고, 단위 개념의 학습 효과를 높이기 위한 수업 개선 방안을 제시하고자 하였다. 이를 위해 2024학년도 중학교 3학년 학생을 대상으로 과학 단위 개념에 대한 기초 설문 조사와 심화 설문 조사를 실시하였고, 일부 응답자를 대상으로 반구조화 된 면담을 병행하여 학생들의 인지적 특징을 질적으로 파악하였다. 이 면담을 통해 학생들이 단위 개념을 이해하는 과정에서 겪는 실제 어려움과 직관적 오 해, 언어적 표현의 한계 등을 확인할 수 있었으며, 수업 개선을 위한 기초 자 료를 확보할 수 있었다. 이어서 2025학년도에는 중학교 2학년 학생을 대상으로 전기 단원(옴의 법칙) 실험 수업을 설계·적용한 뒤, 수업 전후 설문 조사를 통해 과학 단위 이해도 변화를 정량적으로 분석하였다. 실험 수업은 전압, 전류, 저항 개념을 중심으 로 구성되었으며, 단위 계산 및 변환 능력, 옴의 법칙의 수식적 이해 등 다양 한 요소를 포함하였다.  정답률 변화 분석 결과, 개념-기호-수식 간 연계를 중심으로 한 실험 기반 수 업은 학생들의 단위 개념 이해 향상에 효과적인 것으로 나타났다. 특히, 옴의 법칙 계산 문항에서는 24.0%p, 단위 환산 문항에서는 8.7%p의 정답률 상승이 확인되었으며, 이는 체험 중심 수업이 추상적 개념 정착에 기여함을 시사한다.  또한, 실험 수업 후 작성된 탐구 활동지의 그래프 표현과 서술형 응답을 통해 학생들의 개념 적용 과정과 사고 흐름을 분석하였다. 이를 통해 과학 단위를 단순한 기호나 계산 도구로 오인하는 경향, 단위 간의 관계에 대한 오개념 유 형, 실험 결과의 형식적 모방 등 다양한 인지적 오류 양상이 확인되었다. 이러한 질적·양적 통합 접근은 단위 개념 형성 과정의 다면성을 조망하고, 중 학교 과학 교육의 효과성을 높이는 데 기초 자료로 활용될 수 있다. 주요어(Key Words): 과학 단위, 단위 개념, 옴의 법칙, 전기 단위, 단위 이해 도, 단위 환산, 실험 수업, 개념 변화, 탐구 활동지, 면담 조사, 오개념 분석, 중학교 과학 교육

京本通俗小說 楔子關係

백승엽 단국대학교 1991 국내석사

관상동맥질환(CAD) 치료에 사용되는 약물방출스텐트(DES)와 약물코팅풍선(DCB)의 사용 현황 분석 : 건강보험 통계자료를 중심으로

백승엽 성균관대학교 일반대학원 2025 국내석사

연구배경 및 목적: 관상동맥질환(CAD) 치료에 사용되는 대표적인 치료재료인 약물방출스텐트(DES)와 약물코팅풍선(DCB)의 사용 추이와 특징을 분석하고자 본 연구를 진행하였다. 2021년 10월부터 2024년 9월까지의 건강보험심사평가원의 치료재료 통계자료를 활용하여 지역별, 요양기관종별, 연령별, 성별에 따른 DES와 DCB의 사용 현황을 파악하였으며, 국내 관상동맥질환 치료의 사용 지침 및 보험기준 변화에 대한 참고 자료를 제공하고자 한다. 대상 및 방법: 2021년 10월부터 2024년 9월까지 건강보험심사평가원의 치료재료 통계 자료를 분석하여 DES와 DCB의 청구량, 지역별, 요양기관별, 연령별, 성별에 따라 분류 및 분석하였다. 분석 결과를 통해 각 치료법의 사용 경향 및 특성을 파악하고자 한다. 결과: 분석 결과 약물방출스텐트(DES)는 고령층에서 주로 사용되었으며 약물코팅풍선(DCB)은 중년층에서 상대적으로 더 많이 사용되는 경향을 보였다. 지역별 및 요양기관 종류에 따라 DES와 DCB의 사용에 차이가 나타났다. DES는 여전히 CAD 치료에 중요한 역할을 하고 있으며, DCB 또한 점차 증가하는 추세를 보이며 CAD 치료에 중요한 역할을 하고 있다. 결론: 약물방출스텐트(DES)와 약물코팅풍선(DCB)는 관상동맥질환(CAD) 치료에 있어 중요한 역할을 하며 DES와DCB 치료법의 사용 특성은 인구 통계학적 요인에 따라 다르게 나타났다. 향후 두 치료법의 장기적인 효과와 안전성에 대한 추가적인 연구가 필요하다. Background and Purpose: This study was conducted to analyze the usage trends and characteristics of drug-eluting stents (DES) and drug-coated balloons (DCB), which are representative therapeutic materials used in the treatment of coronary artery disease (CAD). By utilizing statistical data on therapeutic materials from the Health Insurance Review & Assessment Service (HIRA) from October 2021 to September 2024, we examined the usage of DES and DCB according to region, type of medical institution, age group, and gender. This study aims to provide reference data on changes in domestic CAD treatment guidelines and insurance standards. 43 Subjects and Methods: The study analyzed data on DES and DCB claims from the Health Insurance Review & Assessment Service, covering the period from October 2021 to September 2024. The data was classified and analyzed by volume of claims, region, type of medical institution, age group, and gender. Through these analyses, we sought to identify the usage trends and characteristics of each treatment method. Results: The analysis indicated that drug-eluting stent (DES) were predominantly used among older patients, whereas drug-coated balloon (DCB) tended to be more frequently utilized by middle-aged groups. Differences in the usage of DES and DCB were observed according to region and type of medical institution. DES continues to play a significant role in CAD treatment, while DCB is also showing a gradual increase in usage, reflecting its growing importance in CAD therapy. Conclusion: Both drug-eluting stent (DES) and drug-coated balloon (DCB) play vital roles in the treatment of coronary artery disease (CAD). The usage characteristics of DES and DCB treatment methods vary based on demographic factors. Further research on the long-term efficacy and safety of these two treatment methods is warranted. 44 Keywords: Coronary Artery Disease (CAD), Drug-Eluting Stent (DES), Drug-Coated Balloon (DCB)

낙엽송 구조용 직교 집성판(CLT) 바닥재 개발 및 성능 평가

백승엽 강원대학교 대학원 2024 국내박사

오늘날 전세계에서는 탄소 배출로 인해 기후 변화라는 문제에 직면하고 있으며, 건축 분야에서 콘크리트는 총 탄소 배출량의 30%을 차지한다고 보고된다. 해외 에서는 콘크리트 대신에 목재의 사용을 권장하고 있다. 국내에서 시공되고 있는 건축물들은 대부분 철근 콘크리트 구조(RC조)이며, 국내 건축에서 주를 이루는 RC조 바닥(슬라브)을 콘크리트 대신에 국내산 낙엽송으로 제작된 Cross-laminated Timber(CLT)로 사용하면 탄소 배출 절감에 도움이 될 것으로 보인다. RC조 건물의 바닥재를 콘크리트 대신에 CLT로 대체하기 위해서는 CLT가 바 닥재로서의 요구되는 신뢰성과 성능을 만족하지는 지에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 CLT 바닥재의 제작 조건과 강도 성능에 대한 신뢰성 확보를 위해 낙엽송 구조용 직교 집성판(CLT) 바닥재 개발 및 성능 평가를 실시하였다. 바닥 재로서의 성능 검토에서는 부재에 작용하는 하중에 대한 휨, 전단, 그리고 처짐 등에 대한 구조 설계 검토가 필요하다. CLT는 직교 적층된 Minor direction 층재에 서의 롤링 전단 파괴가 발생하며, 낮은 전단 하중 지지 능력을 야기한다. 국내산 낙엽송 층재들의 조합 방식에 따라 CLT를 제작하여 전단 강도 성능을 평가하였 다. 너비가 넓은 층재로 CLT를 제작하는 것이 전단 하중 지지 능력이 높았으며, 또한 최 외각 인장 층의 탄성계수가 높을수록 전단 강도 성능이 높았음을 확인하 였다. CLT 바닥재의 휨 강도 성능 향상과 경량화를 통한 경제성을 확보를 위해 낙엽송 CLT와 FRP와의 복합화를 진행하였다. 5ply CLT의 CFRP 보강은 7-ply CLT 대비 목재 사용 절감에 따라 27% 경량화, 비용이 18% 감소, 최대 휨 모멘트 (193∙ 106 N∙mm/m)가 12% 증가되는 것을 확인하였으며, 콘크리트 바닥재의 설계 휨 모멘트(127∙106N∙mm/m)를 만족하는 것을 확인하였다. 국내 바닥재 두께 기준에서는 충격음 절감을 위해 210 mm 이상, 바닥재 위에 마감을 위한 콘크리트 두께는 60 mm로 명시되어 있다. 이에 건식 콘크리트와 CLT의 복합화가 필요하다. 건식 콘크리트와 CLT의 복합화 과정에서 레그 스크류와 에폭시 접착제로 충진하는 방법에서는 흘러 나온 접착제가 접착층을 형성하여 하중-슬립 거동에서 접착 거동을 보였다. 에폭시 접착제가 세어나오지 않도록 설계된 시험편은 기계적 거동을 보였으며, 특히 연성 능력이 가장 크게 향상되었다. OSB grout를 사용한 복합화 방법은 상대적으로 낮은 전단 특성을 나타내었으나, 시공성이 우수하다는 장점이 있다. CLT의 내화 설계에서는 CLT 제작에 사용된 Solid wood의 수종에 대한 탄화 속 도가 필요하다. 국내산 주요 수종들의 탄화 속도를 검토하기 위해 백합, 소나무, 낙엽송, 그리고 잣나무를 사용하여 ISO 기준에 의거하여 1시간 동안 화목형 수평 간이 가열로에서 내화 시험을 진행하였다. 국내에서는 낙엽송 CLT의 내화 성능 평가 연구가 미비한 상황이며, 이에 낙엽송 CLT의 2시간 내화 성능 평가에서는 PRF, PUR, PVAC 접착제로 낙엽송 CLT를 제작하여 탄화 속도를 검토하였다. PRF 로 제작된 CLT의 탄화 속도(0.55 mm/min)는 PVAC로 제작된 CLT(0.80 mm/min)와 PUR로 제작된 CLT(0.79 mm/min)보다 상대적으로 낮은 경향을 나타내었으며, 이러 한 이유로 PUR과 PVAC 접착층이 박리되었기 때문이다. 이에 CLT 제작에 사용 된 접착제의 종류에 따라 CLT의 탄화 두께를 설계할 필요성을 확인하였다. 중고층 건축물에서는 일반적으로 내화 피복재를 피복하여 2시간 내화 성능을 확보하기 때문에, CLT와 내화 피복재를 일체화 하는 것이 중요하다. 본 연구에서 는 낙엽송 CLT와 내화 피복재인 내화 석고보드의 일체화 공법(접착제, 기계적 연 결)에 따른 내화 성능을 검토하였다. 내화 석고보드와 CLT간 접착 방법으로 일체 화 시키는 공법에서는 PRF를 사용할 경우 내화 성능이 가장 양호하였다. 내화 석 고보드와 CLT간 기계적 연결 방법으로 일체화 시키는 공법에서는 기계적 연결재 종류와 상관 없이 석고보드 1장마다 CLT와 일체화 시켜야 함을 확인하였다. 온∙습도 변동에 따른 CLT의 휨 크리프 변동 검토에서는 접착제 종류(PRF, PUR), 그리고 CFRP의 보강 유무에 따라 휨 크리프 실대재 시험편를 제작하였다. 대조 군 시험편의 Stress Level(SL)(0.1, 0.3)에 따라 모든 시험편에 동일한 하중을 부하하 였으며, 약 2400시간동안 휨 크리프 변형 거동을 검토하였다. 크리프 시험편들은 약 800시간까지 하중에 의해 크리프 변형이 지속적으로 증가하였으며, 800시간 이 후부터 크리프 변형은 온∙습도에 영향을 받아 지속적으로 증가하고 감소하는 경 향을 보였다. PRF로 제작된 CLT는 PUR로 제작된 CLT 대비 상대 크리프가 낮은 경향을 나타내었으며, CFRP로 보강된 CLT의 상대 크리프(1.12~1.13)는 비 보강 CLT대비 낮은 경향을 보였다. □ 핵심주제어(한글, 5개 이상) 국내산 낙엽송, 구조용 직교 집성판(CLT), FRP 보강 CLT, 건식 콘크리트-CLT 복합 바닥재, 탄화 속도, PRF, PUR, PVAC, 석고보드, Stress-level, 상대 크리프

극저온용 박판 고망간강의 용접성 및 역학적 거동

백승엽 조선대학교 일반대학원 2016 국내석사

Recently, Due to the gas resources and shale gas resources development such as shipbuilding and shipping industry demand for LNG market is steadily increasing. In addition, Green-ship demand has increased because IMO strongly regulated ship exhaust gas regulations. Hence high-efficiency, electric propulsion, Green ship-related research has expanded. Because LNG propulsion ship is rated as the most realistic alternative, demand has been gradually increased. In the future, demand of the LNG cargo and LNG Tank is expected to increase significantly. The material used in LNG cargo and fuel tank must keep excellent ductile characteristics under the cryogenic environment, down to –163℃, in order to avoid the sudden catastrophic brittle fracture during the operation condition. STS, Ni steel and Al alloy used in LNG tank has a excellent cryogenic properties. Currently, High Manganese steel is considered to be alternative material. The conventional alloy steel are expensive because of high Ni content. On the other hand, austenitic High Manganese steel have the advantage of low cost and high yield strength because of high Mn content. In this study, the world's first 3t 18% High Manganese for adoption of LNG tank were carried out by FCAW. High Manganese with 3mm thickness is used for this study as base metal. The optimum welding parameters were voltage, ampere, shielding gas, flow rate, C.T.W.D and welding speed. The detailed parameters are as follows. Voltage : 25V, Ampere : 170~180A, Shielding gas : Ar and CO₂mixture gas, Flow rate : 20/min, C.T.W.D : 17~18mm, Welding speed : 34.3cm/min. The weldability was evaluated in terms of mechanical and metallurgical characteristic. The average yield and tensile strength of the FCA welded joints was 385.6 MPa and 598 MPa, which is approximately 91% and 63.2% of base metal. The fracture occurred in welded joints after tensile test. The Vickers hardness were found about 269HV for base metal, and 153HV for welded joints. The fracture occurred in welded joints. Welded joints quality was evaluated according to ISO 5817(Undercut, Excess weld metal, Excess penetration, Incorrect weld toe, Overlap, Linear misalignment). The result for estimate welded joints could be obtained quality level for stringent(B).

Design-Build 활성화를 위한 실증 연구 : 공기 단축 효과 중심

백승엽 중앙대학교 건설대학원 2023 국내석사

최근 건축 프로젝트 난이도는 건축물 규모의 대형화, 복잡화로 인해 상승하였으며, 다양한 분야별 기술들의 융복합으로 이에 따른 리스크도 함께 증가하여 참여자간의 선재적 협업이 필요하다. 하지만 기존의 설계와 시공이 분리된 전통적 수행방식으로는 참여자간의 자발적 협업과 발주자의 요구를 충족시키기 어렵다. 특히 현재 사회는 급격한 원자재값 상승 및 인건비 상승으로, 전 사회적으로 건설 프로젝트의 비용과 공기 단축에 대한 기술력이 요구되고 있다. 이에 글로벌 건축 시장에서 설계·시공일괄방식인 디자인빌드(Design-Build) 수행방식의 점유율이 지속적인 성장을 보이며 주요 건설 프로젝트 수행방식으로 떠오르고 있다. 본 연구는 현대 디자인빌드 수행방식 탄생까지의 건설 프로젝트 수행방식의 변천을 기존 문헌을 통해 분석하고, 글로벌 민간 건축 프로젝트 실증 사례 분석을 통하여 공기 단축 효과 중심으로 수행방식에 따른 효과를 정략적으로 도출하여 디자인빌드 활성화를 도모하고자 한다. 연구 방법은 글로벌 건축 프로젝트에서 수행방식에 따른 공기 단축 효과를 정량적으로 도출하고자 중규모 (2,000㎡ ~ 10,000㎡) 공장시설의 실제 사례를 중심으로 실증적 분석하여 시공 전 단계에서 디자인빌드 수행방식의 공기 단축 가능 요소를 도출하고 공기 단축 효과를 제시할 수 있었다. 본 연구에서 도출한 디자인빌드방식 공기 단축 성공 요인은 첫째, 설계기준에 누락 사항으로 재설계, 설계변경을 방지하기 위하여 설계 전 단계에서는 발주 프로젝트의 명확한 설계기준을 제시가 필요하다. 이에 따라 설계 컨설턴트 또는 디자인빌더(Design-Builder)의 능력과 발주자의 이해도 및 참여도가 중요시된다. 둘째, 명확한 설계기준과 설계단계 전문시공자의 참여를 바탕으로 설계 및 시공단계에서 품질확보 및 공사비 절감 효과를 도모할 수 있고 시공성 향상이 반영된다. 마지막으로, 시공사 입찰단계 생략과 조기 품질 확보된 계획 도서로 자재 선 발주가 진행됨으로 시공 전 단계에서 설계·시공분리방식 대비 평균 16% 이상의 공기가 단축된다. 해당 결과는 미국 351개 프로젝트 데이터를 분석한 연구결과에서 시공 전 단계 공기단축 효과와 유사한 결과로 본 연구의 공기단축 효과의 합리성을 증명할 수 있었다. 한국 건설산업이 글로벌 건축 시장에서 경쟁력을 확보하기 위해선 단순 도급에서 벗어나 글로벌 기준에 맞는 프로젝트 수행 능력을 갖추어야 한다. 제도적 개선을 통해 글로벌 건축 프로젝트 주요 수행방식인 디자인빌드가 활성화되면 국내 건축사업의 효율을 높이고 글로벌 시장에서의 경쟁력을 확보할 수 있는 시작점이 될 것으로 기대한다. Recently, The difficulty level of construction projects has increased due to the enlargement and complexity of building structures. This has also led to an increase in associated risks with the convergence of various technical fields, necessitating proactive collaboration among participants. However, the traditional approach of separating design and construction makes it difficult to achieve voluntary collaboration among participants and meet the demands of the client. In particular, the current society demands technical expertise in cost reduction and efficiency improvement in construction projects due to the rapid increase in raw material prices and labor costs. As a result, the design-build method, which integrates design and construction processes, is gaining popularity as a major approach in the global construction market, showing continuous growth. This study aims to analyze the evolution of construction project approaches leading up to the emergence of modern design-build practices through existing literature. Additionally, it seeks to promote the activation of design-build by strategically deriving the effects of different approaches, focusing on the reduction of construction period, through the analysis of empirical cases in global private construction projects. The research methodology involved quantitatively deriving the construction period reduction effects of different construction approaches in global construction projects and conducting empirical analysis focusing on actual cases of medium-sized (2,000 sqm ~ 10,000 sqm) factory facility construction projects. By doing so, the factors for reducing construction period in the design-build approach in the pre-construction phase were identified, and the period reduction effects were presented. The success factors for reducing construction period in the design-build approach, as derived in this study, are as follows: Firstly, in the pre-design phase, clear design criteria for the project need to be established to prevent redesign and design changes due to omitted information. This highlights the importance of the abilities of design consultants or design-builders and the understanding and involvement of the client. Secondly, based on clear design criteria and the involvement of specialized contractors in the design and construction phases, quality assurance and cost reduction effects can be achieved, reflecting improved constructability. Lastly, by skipping the construction bidding phase and proceeding with early material procurement based on a plan book that ensures early quality assurance, an average of more than 16% reduction in construction period is achieved compared to the design-construction separation approach in the pre-construction phase. This result is consistent with the research findings from analyzing data from 351 projects in the United States, which verifies the rationality of the period reduction effects in this study. To secure competitiveness in the global construction market, the Korean construction industry needs to move beyond simple subcontracting and develop the ability to undertake projects that meet global standards. By promoting the activation of the design-build approach, which is a major construction method for global construction projects, through institutional improvements, it is expected to become a starting point for enhancing the efficiency of domestic construction business and securing competitiveness in the global market.

基本權侵害와 그 救濟에 관한 硏究 : Ombudsman 制度를 中心으로

백승엽 成均館大學校 大學院 1993 국내석사

Nonlinear analysis of the space of human body shapes and its application to parametric human modeling system

백승엽 서울대학교 대학원 2013 국내박사

본 학위논문에서는 디지털 인체측량 데이터에 대한 통계 해석을 통하여 인체 형상 공간에 대한 본질적인 이해를 달성하고자 한다. 특히 인체 형상 공간에 대한 미지의 구조를 탐구함으로써 다양한 인체 형상을 결정짓는 변수들을 밝혀내고, 이를 바탕으로 컴퓨터이용설계 (CAD) 시스템에서 유용하게 사용될 수 있는 정확하고 인체측량학적으로 신뢰 가능한 파라메트릭 인체 모델러를 개발하는 것을 목표로 한다. 이와 관련하여 컴퓨터 그래픽스 및 기하 모델링 분야에서 다수의 연구들이 논의된 바 있으나, 이들 대부분은 통계 분포에 대한 정교한 비선형 모델 대신 부정확하고 신뢰도가 낮은 선형 회귀 모델을 사용하고 있으며, 이 때문에 결과물의 인체측량학적 사실성이 떨어진다. 이는 사실, 치수의 신뢰도보다는 시각적 완성도나 계산속도 등에 더 높은 비중을 두는 컴퓨터 그래픽스 분야의 자연적 특성 때문이며, 이로 인해 CAD 시스템을 위한 인체 모델러를 구현하는 데에는 적합하지 않다. 이러한 문제에 대해 우리는 먼저 인체 형상을 기술하고 형상 간의 연산을 정의하기 위한 수학적 도구들을 개발함으로써, 형상 공간을 보다 정교하고 엄밀한 방법으로 해석할 수 있도록 하며, 이로써 구현하고자 하는 인체 모델러의 이론적 토대를 마련한다. 특히, 형상 공간의 비선형성에 대해 보다 신중히 고려함으로써, 부주의한 선형화로 인한 형상 공간의 왜곡$\cdot$손상이 발생하지 않도록 하는 것에 주의를 기울인다. 이를 통해 형상 공간이 유클리드 벡터 공간이라는 잘못된 가정에 근거한 기존 연구들에 비하여 훨씬 더 높은 수준의 인체측량학적 사실성과 신뢰성을 유도하게 된다. 이를 토대로 우리는 형상 공간을 다차원 공간 안에 존재하는 휘어진 다양체로 상정하고, 충분한 수의 표본 데이터로부터 무리한 선형화/단순화 혹은 비직관적 가정 없이 미지의 형상 다양체를 추정해내도록 한다. 이를 통해 얻어진 결과는 형상 다양체에 대한 매개변수식으로 주어지게 되며, 이를 통하여 임의의 다양한 인체 형상들을 표현해낼 수 있게 된다. 이러한 방식으로 얻어진 결과물들은 통계 데이터로부터 얻은 경험적 지식에 근거하고 있기 때문에 높은 인체측량학적 신뢰성뿐만 아니라 시각적 사실성을 보장한다. 또한 이에 덧붙여, 보다 나은 직관성과 사용상의 편의성을 위하여 주어진 매개변수식을 우리가 흔히 사용하는 성별, 연령, 신장, 체중, 허리둘레 등의 신체치수들로 재매개화 함으로써, 단순히 이들 치수를 입력하는 것만으로도 원하는 인체 형상이 만들어질 수 있도록 한다. 마지막으로 이들 이론 및 기술을 모두 종합하여 CAD 시스템을 위한 파라메트릭 인체 모델링 프레임웍을 구현함으로써 정확한 형상 공간 모델로부터 얻어진 인체 형상 지오메트리가 제품 설계 과정에 도움을 줄 수 있도록 하는 것을 최종적인 목표로 한다. 이러한 연구는 형상 공간의 비선형성 문제에 대해 체계적이고 신중하게 접근한 최초의 연구로서의 의미를 가지며, 이에 따라 본 연구에서 제시한 방법론은 다른 선형적인 접근 방식들에 비해 정확도나 신뢰도 면에서 훨씬 우수하다. 또한 본 연구는 인간 중심적 제품설계를 달성하기 위한 이론적인 배경을 제공한다는 협의적 의의뿐만 아니라, 인체 형상 외에도 다양한 형상들에 대해 귀납적인 일반화가 가능하여 기하모델링 및 형상 해석 분야에 중대한 이론적 토대를 제공한다는 광의적 의의도 가지고 있다. In this thesis, we aim to achieve substantial knowledge on the space of human body shapes from a statistical analysis of digital anthropometry data. Exploring the unknown geometry of the shape space enables us to have an access to various arbitrary human body shapes, on which we are going to develop an accurate and anthropometrically reliable parametric human modeler for the computer-aided design (CAD) systems. Although there have been a number of similar approaches in various computer graphics and geometry modeling literatures, most of them rely upon a linear regression model of the statistical distribution, which is inaccurate and may thus generate anthropometrically implausible results, instead of an accurate nonlinear model, which better describes precise statistical distribution. This is because, in most of computer graphics applications, visual fidelity and computational efficiency are considered to be the most important virtue in contrast to CAD applications where anthropometrical reliability counts much more instead. Therefore, in pursuing an accurate and reliable modeler for the CAD systems, we are going to establish a firm theoretical basis by developing mathematical tools for describing body shapes and for formulating their operations, so that the space of human body shapes can be analyzed in more accurate and mathematically rigorous manner. Especially, we will devote serious attention to the nonlinearity of the shape space, so that the original structure of it is not damaged or distorted by careless linearization. This, compared to the previous methods which erroneously assume the shape space as a Euclidean vector space, guarantees notably better anthropometric fidelity and reliability of the results. On this basis, we are going to estimate the unknown shape space, which is a curved manifold embedded in a multidimensional space, from a sufficient number of shape samples, without any excessive simplification/linearization or indirect assumptions. This will give us a parametric representation of the shape manifold, through which we can explore various arbitrary body shapes. The results are guaranteed to have high anthropometrical reliability as well as visual fidelity, since the manifold is precisely estimated from the prior knowledge acquired from the statistical data. In addition, for better intuitiveness and convenience of usage, the shape manifold will further be reparameterized by several familiar body size variables such as gender, age, stature, weight, waist circumference etc. so that the resultant body shape can be modeled from these familiar values. Lastly, by coordinating all these together, we will finally implement a parametric human modeling framework for the CAD systems, so that a human body shape model derived from the accurate statistical shape space model can benefit product design processes. The research discussed in this thesis is first in literature to seriously tackle the nonlinearity problem of the shape space in a systematic way, and consequently, the proposed method exceeds other previous ones in its accuracy and reliability. Furthermore, the research is meaningful in that it provides a technological basis for human-centered product design. Moreover, in the wider sense, it has a profound significance for geometry modeling and shape analysis areas in that the general framework of the method can also be applied to any other objects instead of human body, and hence provides a substantial amount of theoretical foundations.

확률론적 통계기법을 이용한 가스 용접 이음재의 피로설계에 관한 연구

백승엽 성균관대학교 일반대학원 2009 국내박사

박판(thin plate)으로 제작되는 자동차, 철도차량 및 항공기 같은 구조물의 설계개념은 종래의 안전수명 설계(safe life design)개념에서 파손수명 설계(fail life design)개념으로 바뀌고 있기 때문에 장수명(long life)이 요구되는 이들 구조물은 적절한 구조적 강성(structural rigidity)을 지니도록 설계되어야한다. 그런데, 구조적 강성만을 고려하여 설계를 하게 되면, 충돌성능(impact efficiency)과 내구성능은 충족될 수 있으나, 충돌 시 변형률에너지(strain energy)의 흡수능력(absorption ability)이 부족하여 충돌에너지(impact energy)에 의한 탑승자(passenger)의 손상(damage)이 커지게 된다. 그러나 반대로 구조적 강성이 약해지면 이와 반대형상이 발생되기 때문에, 양자를 동시에 고려한 최적설계가 이루어져야 할 것은 물론이며 장시간 사용으로 인한 강성과 내구성 저하에 대한 보증도 고려되어야 한다. 이러한 문제점들은 고도로 발달된 자동차 및 항공기 생산기술에 힘입어 최적화(optimization)가 이루어지고 있다고 볼 수 있으나, 아직도 설계과정에서 가장 고려되고 중요시되는 사항중의 하나는 용접부의 정적⋅동적 내구성에 대한 신뢰성(reliability)이다. 왜냐하면, 박판 구조물의 중요한 제작수단이 되고 있는 가스용접에 의한 용접부의 비드 단(bead edge)부 형상이 모재와 불연속적이기 때문에 외력에 의한 응력집중원이 됨은 물론, 용접과정에서의 입열에 의한 야금학적 변화와 용접잔류응력의 발생 등의 모재와 전혀 다른 성질로 인해서 반복하중에 대한 피로강도가 모재의 그것에 비해 훨씬 떨어져서 피로손상의 발단이 되고 있기 때문이다. 그래서 종래에는 박판 구조물의 장수명 설계기준 설정을 위해 ⊿P-Nf 관계가 이용되어 왔지만, 이것은 이음재의 접합기술에 따른 접합조건과 기하하적 형상 및 역학적 조건 등에 의해서 다양한 분포형태를 나타낸다. 따라서 합리적이고 체계적인 설계기준을 설정하는 데는 많은 문제점이 있음이 지적되어 왔다.[6][10] 이와 같은 문제점을 개선하고, 이들의 제 형상 및 조건을 동시에 고려한 가스용접이음재의 장수명 설계기준을 설정하기위한 새로운 전문가적 피로강도 평가와 안전수명 평가기술이 요구되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 우선 박판 구조물의 잔존수명을 정확하게 평가하기 위해 통계적 방법인 실험계획법을 적용하여 수명에 영향을 주는 인자들과 수준들을 선정하여 용접부에 대한 기계적 거동에 대한 연구와 수명에 영향을 미치는 파라메타들의 연관성을 분석하여 최적 설계인자를 도출하였다. 그리고 수명평가에 관여하는 대부분의 변수들은 일정한 값을 갖기보다는 넓은 범위에 걸쳐 분포하기 때문에 결정론적 방법으로는 현상을 정확하게 기술하기에 한계가 있다. 그래서 이러한 변수들의 분포특성을 고려하여 확률론적 통계해석 방법과 물리적 해석방법을 이용하여 가스용접 구조물의 합리적인 피로설계와 수명예측에 관하여 새로운 평가기술을 개발하고자 하였다. 그리고 비교적 경험이 적은 사용자나 비전문가도 쉽게 피로설계를 위한 수명예측을 할 수 있도록 확률론적 통계이론을 정리하여 사용자 중심의 피로설계기법을 개발 할 목적으로, 다음과 같은 연구목표를 가지고 연구를 수행하고자 한다. 1) 실험계획법을 이용한 가스용접이음재의 피로설계 파라메타 분석 2) 잔류응력을 고려한 가스용접이음재의 응력분포 해석 및 피로강도 평가 3) 확률론적 통계이론을 바탕으로 한 가스용접이음재의 피로설계기준 제시 4) 가스용접이음재의 피로설계기법 개발 Since the design concept of the thin sheet structure such as a car, a railroad vehicle, and an airplane has been changed from the traditional fail life design to the safe life design, these structures must be designed so as to maintain proper structural rigidity to satisfy a long life. By the way, if design considering the structural rigidity only, then their collision performance and durability may be satisfied, however, passenger's damages will be large due to insufficient absorption ability of a strain energy by the collision. On the contrary, if structural rigidity decreases, then as opposite phenomenon will occur, it is necessary to make optimum design properly considered those problems. Of course, both of the structural durability and rigidity must be guaranteed. In recent, these problems has been so far improved by the remarkable advance of manufacturing technology, however, till now, one of the most important things interesting in the process of design is reliability on the static and dynamic durability of the weld, because welding technology for the manufacturing of the thin sheet structures makes the specific discontinuous weld shape. This discontinuous weld shape becomes a source of the stress concentration and fatigue crack initiation. As a method to improve these problems, the ⊿P-Nf relation curves have been used to determine a long life fatigue design criterion of the thin sheet structure. but, as this curves are varied by the influence of a welding condition, a mechanical condition, the geometrical factors and so on, it is very difficult to determine the fatigue design criterion systematically estimated them. Therefore, in order to improve the problems like this, welding residual stresses generated in the process of welding and the stress distributions around the weld by the external force were numerically and experimentally analyzed. On the base of the results, reassessed fatigue strength of gas welded joints. In order to ensure reliability on the welded joints of the structures and to analysis the relations of the factors affecting fatigue strength and life, both the variation of the characteristic value according to the factors and the influences of the optimum level and condition on the fatigue life was analyzed using a design experiment method. On the base of the results and an optimum design method, developed a fatigue design method and a program which is named as DES.

Studies towards the synthesis of medium-sized ring natural products by internal alkylation

백승엽 서울大學校 大學院 2005 국내박사