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유한요소해석을 이용한 면진장치가 적용된 변압기의 지진취약도 평가
남광식 경상국립대학교 대학원 2022 국내석사
최근 전 세계적으로 지진, 태풍 등 자연재해의 발생이 빈번해지고 있으며 그 강도 또한 강력해지고 있다. 이러한 자연재해 중 특히 지진은 예측이 거의 불가능하며 지반을 통해 에너지가 전달되게 되므로 지반 위에 세워진 구조물에 피해가 집중되게 된다. 종래에는 우리나라가 지진으로부터 안전하다는 인식이 일반적인 시민들의 시각이였다. 하지만 2016년 경주와 2017년 포항지진 이후 우리나라가 지진에 대해 안전하다는 인식은 바뀌게 되었고 시민들이 지진의 위험성과 구조물의 내진설계에 대한 관심을 가지게 되는 계기가 되었다. 이러한 사회적 관심에 맞추어 행정안전부에서는 기존의 내진설계기준을 강화하였으며 내진에 관련된 연구를 지원하며 구조물의 내진성능을 강화하고자 하였다. 여러 매체를 통해 언급되는 지진으로 피해를 입는 구조물은 주로 건축구조물이고 건축구조의 내진설계에 관심이 집중되고 있다. 하지만 이는 상대적으로 시민들에게 쉽게 노출되는 구조물이기 때문이며 실제로는 건축구조물뿐만 아니라 기기 등 여러 비구조요소 또한 지진으로 인한 피해를 입게 된다. 특히 이러한 비구조요소 중 발전기와 변압기 등이 지진으로 인해 손상되어 인근지역에 전력공급이 중단되는 등의 사례도 여럿 존재한다. 따라서 본 연구에서는 이러한 전력설비의 일종인 변압기의 손상을 예방하고자 변압기에 면진장치를 적용하여 변압기의 내진성능을 향상시키고자 하였다. 이를 위해 변압기에 면진장치를 적용한 내진성능 분석을 수행하였으며 본 연구에서는 수치해석을 통한 변압기의 내진성능을 분석하고자 하였으며 지진의 규모와 특성은 예측을 하기 어렵기 때문에 과거 전세계에서 발생했던 여러 이력지진의 지진파와 규모를 달리 적용하여 시간이력해석을 수행하고자 하였다. 결과적으로 면진장치는 변압기에서 발생하는 손상을 줄일 수 있을 것으로 나타났으며 이를 통해 면진장치는 변압기의 내진성능을 향상시킬 수 있는 좋은 방법으로 판단된다. Recently, natural disasters such as earthquakes and typhoons occur frequently around the world. Among these natural disasters, earthquakes have been on of the most difficult disasters to predict. Since energy is transmitted through the ground, damage is concentrated on structures built on the ground. In the past, it has been percepted that Korea peninsula is the safe place from earthquakse. However, after the 2016 Gyeongju and 2017 Pohang earthquakes, the perception is no longer accepted from citizen and people get started to pay more attention on the danger of earthquake and seismic design of structures. In line with this social interest, the Ministry of the Interior and Safety has strengthened the existing seismic design standards, supported seismic-related research, and tried to strengthen the seismic performance of structures. Structures affected by earthquakes mentioned in various medias are mainly architectural structures. Seismic design of them is focused the most because it is a structure that is relatively easily exposed to citizens. In reality, not only architectural structures, but also various non-structural elements such as equipment suffer damage from earthquakes. In particular, among these non-structural elements, electric generators and transformers are damaged due to earthquakes, and there are several cases in which power supply to nearby areas is interrupted. Therefore, current study tried to improve the seismic performance of the transformer by applying a seismic isolator to prevent damage to the transformer. To this end, the seismic performance of the seismic isolator was numerically analyzed. Since the magnitude and characteristics of earthquakes were difficult to predict, time history analysis was performed by applying different seismic waves and magnitudes of various historical earthquakes that have occurred around the world in the past. The results conclude that the application of seismic isolator can improve the seismic performance. This improvement illustrate that the safety of the transformers can be intensify from this enforcement with seismic isolator.
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굴삭기 작업장치의 설계 하중을 고려한 강도개선에 대한 연구
The purpose of this study is to develop improved strength of arm and boom on over-load environment, which causes the damage in the initial design statement. To develop improved strength of excavator front group, firstly we calculate load conditions using MATLAB program, secondly, we perform a structural analysis of an excavator front group for the maximum digging force condition, third we perform a topology optimization to reduce weights of an arm and a boom, finally, we work again re-modeling of an arm and a boom based on the topology design results and re-perform the structural analysis. The strength of re-design is higher than the initial design and its weight is almost the same as the initial design.
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남광식 국방대학교 국방대학교 국방관리대학원 2024 국내박사
군에서 재고관리 실패는 전투준비태세에 막대한 지장을 초래할 수 있어 재고 대상품목의 선정부터 재고 보유량 결정 저장위치 선정의 문제들은 매우 중요하게 다루어진다. 본 논문은 군 재고관리 정책 수립에 활용을 위해 군 재고관리의 문제점을 식별하고 해결방안을 제시한 연구이다. 군 재고관리의 문제점 식별을 위해 군 재고관리의 이슈사항을 살펴보았다. 최근 육군에서는 재고 증가로 인한 저장 공간 부족 문제가 대두되었다 .이에 대해 육군은 재고관리 시스템을 재점검하고 재고관리 정책 최적화를 정책적 과제로 선정하였다. 육군의 재고관리 정책 최적화 추진 방향은 과학적인 방법을 적용하여 정량적인 산출근거를 확보하고 시간 변화를 반영한 최적 재고관리 정책 산출이다. 본 논문에서는 기존 연구를 통해 육군의 재고관리 정책 최적화 추진방향에 적합한 방안으로 시뮬레이션 기반의 동적 최적화 방법을 제안한다. 구체적으로 시스템 다이나믹스 시뮬레이션에서 동적 최적화 모형을 구현하는 방법을 제안하고 군 재고관리 문제에 이를 적용하여 제안한 방법론의 우수성을 확인하였다. 본 연구에서는 시스템 다이나믹스 시뮬레이션에서 최적화 모델링 방법으로 Python 환경에서 PySD를 활용하는 새로운 방법론을 제안하였다. 새로운 방법을 활용한 동적 최적화 모형 구축방안은 전체 시간 흐름에서 단일 최적값을 산출하는 '정적 최적화 모형', 시간 변화에 따라 시점별 최적값을 산출하는 ‘동적 최적화 모형’, 동적 최적화 모형을 보완하여 현재 시점까지 수집된 부분정보로 미래 변화를 예측하며 시점별 최적값을 산출하는 '동적 의사결정 모형' 순으로 단계적으로 제시한다. 아래는 시스템 다이나믹스 시뮬레이션 모형에서의 동적 최적화 구현 과정과 이를 군 재고관리 모형에 적용한 결과에 대한 요약이다. 첫째, Python 환경에서 PySD라이브러리(Library)를 활용하는 새로운 방법론으로 정적 최적화 구축방안을 소개하고 군 도태 예정 장비의 수리부속 최적 구매중단시점 산정 연구에 적용한 과정과 최적 정책 산출 효과를 제시하였다. 도태 예정 장비의 수리부속 최적 구매중단시점 산정 연구는 장비 도태 시점에 수리부속 재고의 과부족 문제가 발생하는 군 재고관리의 문제점 해소를 목적으로 한다. 이를 위해 수리부속별 평균고장발생간격(MTBF : Mean Time Between)과 리드타임 특성에 따른 장비 가동율과 비용을 산출하고 최소 비용으로 목표 가동율을 만족하는 최적 구매중단시점을 결정하는 정적 최적화 모형을 구축하였다. 결과 분석을 통해 PySD를 활용한 최적화 모형 구축방안으로 산출된 최적값 해석 및 검증과 연구 목적별 최적화 모형 구축과 수리부속별 최적 구매중단시점 산출 가능성을 확인하였다. 둘째, PySD를 활용한 정적 최적화 모델링 방법을 확장하여 군 재고관리 시스템과 유사한 고정주문량 재고관리 모형을 대상으로 동적 최적화 모형을 구축하였다. 고정주문량 재고관리 모형에서 최적화는 재고비용을 최소화하는 최적 재주문점 산출을 목적으로 한다. 동적 최적화의 성능은 정적 최적화로 산출한 최적 정책과의 비교를 통해 확인하였다. 비교 결과 동적 최적화로 산출된 최적 정책은 시간 흐름에 따라 수요 변동에 대응하며 변화하였다. 이는 정적 최적화보다 더 현실적이며 비용도 적게 산출되었다. 이를 통해 군 재고관리 문제에 동적 최적화의 적용 가능성과 우수성을 확인하였다. 셋째, 현재 시점까지 수집된 수요 변동 추세 등의 부분 정보로 미래 수요를 예측하는 현실과 달리 동적 최적화 모형은 현재 시점에서 미래 수요의 평균 변동성 변동 추세 등의 완전 정보를 활용하는 점을 보완하여 패턴인식을 활용한 동적 의사결정 모형을 구축하였다. 동적 의사결정 모형은 과거 경험 정보를 활용하여 대안을 선택하는 활동이 모형에 포함되었다는 점에서 동적 최적화 모형과 차이가 있다. 패턴인식을 활용한 동적 의사결정 모형 구축은 패턴인식으로 수요 예측값을 생성하는 과정과 동적 최적화로 최적 정책을 산출하는 과정을 따랐다. 동적 최적화 모형과 동적 의사결정 모형의 최적화 성능을 비교한 결과 동적 의사결정, 모형의 정책 변화가 더 역동적이고 최적화 성능이 우수함을 확인하였다 이를 통해 패턴인식 기법을 활용한 동적 의사결정 모형 구축 방안의 적절성과 군 재 고관리 문제에서의 효과성을 확인하였다. 본 연구를 통해 군 재고관리 정책의 최적화 목표 달성에 기여하고 제시한 새 로운 최적화 모델링 방법론이 시스템 다이나믹스 시뮬레이션에서의 최적화 연구 범위의 확장에 기여하기를 기대한다.
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