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내재해형 온실의 3차원 비선형 구조해석을 위한 서까래-가로대 연결부의 조리개 강성도 평가
서병훈 ( Byunghun Seo ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),김동수 ( Dongsu Kim ),서예진 ( Yejin Seo ),김동우 ( Dongwoo Kim ),조예림 ( Yerim Cho ),아함드파지이드 ( Ahmed Fawzy Eid ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
전세계적으로 기후 변화가 심화되고 있으며, 기후 변화는 우리나라의 다양한 산업 분야에서 피해가 예상된다. 국내 농업에서 높은 비중을 차지하는 시설농업 분야에서는 이러한 기상재해에 대비한 내재해형 온실 규격이 마련되었으나, 온실 설계 및 안전성 검토가 경계조건이 고정단 혹은 힌지 등의 선형인 구조해석으로 이루어졌다. 특히, 온실 서까래와 가로대가 교차되는 연결부의 조리개는 상술한 경계조건과 다르게 비선형 거동하는 반강결 조건에 해당되며, 기존의 선형 구조해석은 온실의 잘못된 설계와 안전성 검토로 이어질 것으로 사료된다. 따라서, 본 연구에서는 온실 조리개의 비선형 거동 규명을 위해, 다양한 내재해형 온실 규격의 내재해 및 강선 조리개에 대한 파괴 모드별 거동을 모사한 하중재하시험을 수행하였다. 파괴 모드별 하중에 따른 변위 관계를 분석하여 선형 및 비선형 거동을 분석하였으며, 이를 구조해석을 위한 강성도로 모의하였다. 온실 연결부의 비선형 거동에 대한 강성도를 적용한 구조해석을 수행하였으며, 기존의 선형 구조해석과 비교하여 내재해형 온실의 안전성 평가에 대한 적용성을 평가하였다.
점적 관개 in-line PC Emitter의 설계 최적화를 위한 효율적인 유체·구조 연계해석과 Kriging 기반 대체 모델 개발
서병훈 ( Byunghun Seo ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),김동수 ( Dongsu Kim ),서예진 ( Yejin Seo ),이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
근래의 농업환경과 기후의 변화는 수자원 안전성을 위협하고 있으며, 점적 관개 시스템은 노지 및 시설재배에서 효율적인 물소비가 가능하게 한다. In-line형 pressure compensate (PC) emitter는 점적 관개 시스템의 파이프 내벽에 부착되어 용수를 직접적으로 공급하는 부품이다. 본 연구에서는 in-line PC emitter의 수리학적 성능을 분석하는 Fluid-Structure Interaction (FSI) 시뮬레이션을 개발하고, Kriging 보간 기법에 기반하여 최적화 설계 기법을 개발하였다. 해석의 정확도를 확보하면서 시간을 단축시키기 위해, 상사 법칙으로 확대된 in-line PC emitter의 실험을 수행하고 이를 기반으로 FSI 시뮬레이션의 경계 조건과 이론적 모델 등을 결정하였다. 데이터를 구축하기 위해 in-line PC emitter 내부 구조 치수와 실리콘 물성치 등 수리학적 성능에 영향을 미치는 설계 매개변수를 결정하였다. 설계 매개 변수별로 모델링된 in-line PC emitter을 FSI 시뮬레이션으로 해석하였으며, 해석 데이터을 이용하여 수리학적 성능을 예측하는 Kriging 보간 기법 기반의 대체 모델을 개발하였다. 본 연구의 in-line PC emitter의 최적화 설계 기법은 추후 대상 농지의 작황에 적합한 점적 관개 시스템의 설계를 용이하게 할 것으로 기대한다.
극성 유도를 이용한 온실 피복재 표면 미세먼지 부착 특성 연구
서병훈 ( Byunghun Seo ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),이상익 ( Sangik Lee ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),김동수 ( Dongsu Kim ),최원 ( Won Choi ),이승재 ( Seungjae Lee ),이재한 ( Jaehan Lee ),홍은미 ( Eunmi Hong ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-
본 연구에서는 농업용 비닐하우스(온실) 피복재에 부착된 대기 중 미세먼지를 제거하는 최적의 방법을 도출하기 위해 해당 현상의 상사 실험을 재현하였다. 실제 현장에서 실험을 통해 제작한 피복재의 광 투과율과 피복재 표면 미세먼지의 부착력을 상사 실험을 통해 공학적으로 재현해내기 위해 피복재에 극성을 유도하여 부착력을 조절하였다. 상사 실험은 황사 미세먼지와 가장 유사한 Arizona test dust를 사용하였으며, 온·습도를 실제 실험과 동일하게 통제시킨 환경의 밀폐된 챔버에서 상사 실험을 진행하여 미세먼지 부착 피복재를 제작하였다. 먼저, 미세먼지 농도(PM<sub>2.5</sub>, PM<sub>10</sub>)를 조절하여 상사 실험과 실제 실험을 통해 제작된 미세먼지 부착 피복재의 광 투과율이 같아지는 농도를 비교하였다. 또한, 같은 온·습도, 광 투과율을 만족하는 각각의 시편이 세척제에 의해 감소하는 광 투과율이 같아지도록 하기 위해 피복재에 극성을 유도하고 미세먼지와의 전기적 힘을 조절하였다. 실험 결과, 본 연구에서 전기적인 힘이 비닐하우스(온실) 피복재의 미세먼지 부착 특성에 영향을 미치는 것을 파악하였으며 이를 조절할 수 있었다. 또한, 음전하를 주로 띄는 황사 미세먼지의 세척에 양이온 계면활성제 계열의 세척제의 효과가 더 큰 경향을 나타내는 것을 확인하였다.
3차원 자유수면해석을 이용한 사다리꼴 Piano Key Weir 방류 능력 평가
서예진 ( Yejin Seo ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),서병훈 ( Byunghun Seo ),김동수 ( Dongsu Kim ),김동우 ( Dong Kim ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
최근 지구온난화로 인해 이상기후가 빈번하게 발생함에 따라 집중 호우의 강도 증가하게 되어 홍수의 월류로 인한 댐 붕괴의 위험도가 높아지고 있는 실정이다. 이에 따라 댐의 안전성 확보를 위한 댐 설계 기준이 강화되었고, 가능 최대홍수량 (PMF) 유입에 맞는 설계 홍수량의 상향 조정이 이루어졌다. 특히 기존 댐에 대하여 증가된 설계 홍수량을 적용하기 위해서 수문 설치, 상류댐 건설이나 여수로 (spillway) 구조물의 설치, 보완, 증설 등의 구조물적 대책이 제안되었다. 하지만 시공 측면에서 고려 사항이 더욱 복잡하고 비교적 큰 추가 비용이 소요되기 때문에, 가능한 증설 규모를 최소화할 수 있는 대안으로서 Piano Keys Weir (PK weir) 설치가 제안되었고 이후 더 높은 치수 증대를 위한 PK weir의 최적 구조가 연구되어왔다. 본 연구에서는 사다리꼴 Piano key 위어의 다양한 주요 설계인자와 새로운 보조 설계인자를 적용하여 설계인자 영향과 유동특성을 분석하고 방류 능력을 평가하여 최적 설계인자를 제시하였다.
3차원 유동해석을 이용한 댐 여수로 Piano Key Weir의 형상 고도화 및 방류 능력 평가
서예진 ( Yejin Seo ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),서병훈 ( Byunghun Seo ),김동수 ( Dongsu Kim ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
최근 기상이변 등의 영향으로 집중호우의 강도의 증가를 보이는 추세이고, 이로 인해 하류 피해 위험도가 높은 댐에 대하여 홍수의 월류에 의한 댐의 파괴를 대비할 필요가 있다. 이에 따라 댐의 안전성 확보를 위한 댐 설계 기준이 강화되었고, 가능최대홍수량(PMF) 유입에 맞는 설계 홍수량의 상향 조정이 이루어졌다. 특히 기존 댐에 대하여 증가된 설계 홍수량을 적용하기 위해서 수문 설치, 상류댐 건설이나 여수로(spillway) 구조물의 설치, 보완, 증설 등의 구조물적 대책이 제안되었다. 하지만 시공 측면에서 고려 사항이 더욱 복잡하고 비교적 큰 추가 비용이 소요되기 때문에, 가능한 증설 규모를 최소화할 수 있는 대안으로서 Piano Keys Weir (PK weir) 설치가 제안되었고 이후 더 높은 치수 증대를 위한 PK weir의 최적 구조가 연구되어왔다. 본 연구에서는 PK weir 구조의 기하학적 특성을 이해하고 기존에 제안된 구조 형상과 비교하여 상승된 방류 능력을 도출하기 위해 PK weir의 구체적인 변수를 변경 및 설정하고 이를 FLOW-3D를 이용한 CFD 분석을 실행하였다. 이를 바탕으로 기존의 PK weir와 새로 제시한 PK weir의 방류 능력 결과를 평가 및 비교하고 수리적 유동 특성을 분석하여 개선된 방류 능력을 보이는 새로운 PK weir의 매개변수를 제시하였다.
반강결 프레임 구조물의 시스템 신뢰성 해석 - 비닐하우스를 중심으로 -
이상익,이종혁,정영준,김동수,서병훈,서예진,최원,Lee, Sangik,Lee, Jonghyuk,Jeong, Youngjoon,Kim, Dongsu,Seo, Byunghun,Seo, Yejin,Choi, Won 한국농공학회 2022 한국농공학회논문집 Vol.64 No.5
Recently, the trend in structural analysis and design is moving towards the development of reliable system. The reliability-based method defines various limit states related to usability and failure, thereby enabling multiple levels of design according to the importance of a structure. Meanwhile, an actual structure is composed of a set of several elements, and particularly, a frame type is composed of a system in which the members are connected each other. At this time, the actual connection between members is in a semi-rigid condition, not in complete rigid or hinged. This semi-rigid is found in several structures, especially in agricultural facilities designed with lightweight materials. In this study, a system reliability analysis technique for frame structure was established, and applied to an analysis of the semi-rigid connection. Various conditions of correlation were applied to reflect the connectivity between members, and through this, the limitations of existing structural analysis method and the behavioral characteristics of structure were analyzed. The failure probability of the frame member component and the overall structure system was significantly different in consideration of the semi-rigid connection. In addition, it was evaluated that the behavior of structure can be more accurately analyzed if the correlation according to the position of members in a system is further investigated.
부재의 점진적 소성화를 고려한 비닐하우스의 비선형 해석
조예림 ( Yerim Jo ),서병훈 ( Byunghun Seo ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),김동수 ( Dongsu Kim ),서예진 ( Yejin Seo ),김동우 ( Dongwoo Kim ),아함드파지이드 ( Ahmed Fawzy Eid ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
지구 온난화에 따른 기후 변화로 인해, 매년 자연재해로 인한 농업 시설 구조물의 피해가 발생하고 있다. 이 중 높은 비율을 차지하는 비닐하우스의 피해를 줄이기 위해 내재해형 규격이 배포되었으나, 비닐하우스의 실제적인 거동을 충분히 고려하지 못하여 적절한 안정성과 경제성을 확보하지는 못하였다. 기존 비닐하우스에 대한 구조해석은 탄성 해석 방법을 채택하여 허용 응력 또는 허용 변위가 발생하기 이전까지 구조물의 선형적인 변형을 가정하였다. 그러나 이와 같은 해석은 구조물의 비탄성 성질을 고려하지 않아 실제 구조물의 극한 거동을 반영하고 있다고 보기 어렵다. 반면에, 구조물의 극한 거동을 반영한 연구에서는 부재의 초기 항복 지점부터 소성 힌지가 발생했다고 해석하였으나, 실제로는 초기 항복 지점에서부터 소성 힌지 발생 지점까지 점진적으로 소성화가 진행된다고 보는 것이 타당하다. 본 연구에서는 점진적인 소성화를 고려한 새로운 구조해석 모델을 개발하여 구조물의 극한 해석을 수행하였다. 이때 구조물에 하중을 분할하여 가하였으며, 부재가 항복 상태에 도달한 시점부터 부재의 탄성계수를 점차 감소시키는 방법을 통해 점진적 소성화를 구현하였다. 기존 연구에서 해석 모델로 사용한 플렌지 단면을 가진 프레임 구조물에 대해 구조해석을 수행하여, 하중과 변위 관계를 분석하였으며 선형 해석과 비선형 해석의 차이점 및 탄성계수를 감소시키는 방법 간 차이점을 평가하였다. 비닐하우스 구조물에 대하여 구조해석을 수행하여, 기존 선형 해석 결과 및 하중 재하 실험 결과와 비교하였으며 비선형 해석과의 차이점을 분석하였다.