미시적 수준의 인구 동역학 모델링 방법

배장원,백의현,김기호,카렌디프 한국경영과학회 2016 한국경영과학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.4

인구 동역학(Population dynamics)은 인구의 규모와 나이 구조의 시간에 따른 변화를 설명한다. 모델링 및 시뮬레이션 기술은 이러한 인구 동역학을 모의하는데 사용되었으며, 이렇게 개발된 모델들은 공공 정책의 설계, 분석 등에 활용되었다. 마이크로 시뮬레이션(Microsimulaton)은 오래전부터 인구 동역학 분석에 적용되었던 기술이다. 마이크로 시뮬레이션 방법은 추계적 모델을 이용하여 개인의 행동을 모의한다. 에이전트 기반 모델링 방법은 최근 인구 동역학 모의에 사용되는 기술로 개인의 상호작용을 기술한다. 두 모델링 방법은 공통점과 차이점이 모두 존재하기 때문에, 공통점을 기반으로 두 방법을 혼용하여 차이점을 상호 보완함으로써 인구 동역학 분석에 공헌할 수 있다. 본 논문에서는 두 가지 방법을 활용한 인구 동역학 모델링 방법론을 제안한다. 제안한 방법론은 마이크로 시뮬레이션 모델링을 통해서 개인의 행동 모델을 추계적 모델로 표현하고, 에이전트 기반 모델링을 이용하여 개인 간의 상호 작용을 규칙 기반 방법으로 기술한다. 제안하는 모델링 방법을 한구의 인구 모델을 개발하는데 적용하고, 결과를 통해 개인의 행동 및 상호 작용의 동시 고려가 필요하다는 것을 보인다.

미시적 수준의 인구 동역학 모델링 방법

배장원,백의현,김기호,카렌디프 대한산업공학회 2016 대한산업공학회 춘계학술대회논문집 Vol.2016 No.4

인구 동역학(Population dynamics)은 인구의 규모와 나이 구조의 시간에 따른 변화를 설명한다. 모델링 및 시뮬레이션 기술은 이러한 인구 동역학을 모의하는데 사용되었으며, 이렇게 개발된 모델들은 공공 정책의 설계, 분석 등에 활용되었다. 마이크로 시뮬레이션(Microsimulaton)은 오래전부터 인구 동역학 분석에 적용되었던 기술이다. 마이크로 시뮬레이션 방법은 추계적 모델을 이용하여 개인의 행동을 모의한다. 에이전트 기반 모델링 방법은 최근 인구 동역학 모의에 사용되는 기술로 개인의 상호작용을 기술한다. 두 모델링 방법은 공통점과 차이점이 모두 존재하기 때문에, 공통점을 기반으로 두 방법을 혼용하여 차이점을 상호 보완함으로써 인구 동역학 분석에 공헌할 수 있다. 본 논문에서는 두 가지 방법을 활용한 인구 동역학 모델링 방법론을 제안한다. 제안한 방법론은 마이크로 시뮬레이션 모델링을 통해서 개인의 행동 모델을 추계적 모델로 표현하고, 에이전트 기반 모델링을 이용하여 개인 간의 상호 작용을 규칙 기반 방법으로 기술한다. 제안하는 모델링 방법을 한구의 인구 모델을 개발하는데 적용하고, 결과를 통해 개인의 행동 및 상호 작용의 동시 고려가 필요하다는 것을 보인다.

플러그-인 방식의 동역학 모델 모의 관리자 설계

김인한,김찬수,이상태,위성혁 한국정보과학회 2022 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.28 No.11

This paper proposes a dynamic model simulation manager software design structure for creating, managing, and controlling dynamic modes (land, ship, air, etc.) mounted on weapon system software for modeling & simulation. Dynamic model simulation manager can perform the function of processing external messages, generating plug-in dynamic model template projects in the form of dynamic linked library (DLL), managing, and controlling dynamic model objects through plug-in. The proposed software has a flexible design structure for changing requirements by applying objectoriented design development methodology and GoF design patterns. In addition, modularizing and reusing common models can reduce the development cost and time required for reliability testing. It also allows newly developed plug-in dynamic model software with template project generation features to have similar quality attributes. 본 논문은 모델링 & 시뮬레이션을 위한 무기체계 소프트웨어에 탑재되는 동역학 모델(지상, 함, 공중 등)의 생성, 관리 및 제어를 위한 동역학 모델 모의 관리자 소프트웨어 설계 구조를 제안한다. 동역학 모델 모의 관리자는 외부 메시지를 처리하는 기능, 플러그-인이 가능한 동역학 모델 템플릿 프로젝트를 동적 링크 라이브러리 형태로 생성하는 기능, 플러그-인을 통해 동역학 모델 객체를 관리 및 제어하는 기능을 수행한다. 제안한 소프트웨어는 객체 지향 설계 개발 방법론 및 GoF의 디자인 패턴을 적용하여 요구사항 변화에 유연한 설계 구조를 가질 수 있다. 또한 특정 기능 및 동역학 모델을 모듈화 하여 재사용함으로써 신뢰성 시험 등에 소요되는 개발 비용 및 시간을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 템플릿 프로젝트 생성 기능을 통해 신규 개발되는 플러그-인 동역학 모델 소프트웨어가 유사한 품질 속성을 가질 수 있다.

알파인 스키 분석을 위한 운동역학 연구 동향

이주성(LeeJusung),문제헌(MoonJeheon),김진해(KimJinhae),황지니(HwangJinny),김혜영(KimHyeyoung) 한국체육학회 2018 한국체육학회지 Vol.57 No.6

본 연구는 알파인 스키와 관련하여 과거부터 최근까지 진행된 운동역학 연구의 동향을 파악하여 향후 운동역학 분야에서 진행되어야 할 연구 방향을 제언하고자 수행하였다. 운동역학 연구 분야에서는 스키 턴의 메커니즘과 스키어의 등급과 기술 수준에 따른 자세 분석, 스키와 눈의 마찰력, 공기저항 등의 연구가 주로 진행되었다. 이후 측정 센서와 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 연구에서는 IMU와 GPS 센서를 활용하여 스키 장비 개발 및 획득 데이터 검증에 연구가 진행되고 있다. 이와 같은 연구동향을 반영하여 추후 알파인 스키 분야에서 진행되어야 할 운동역학 연구에 대한 제언은 다음과 같다. 첫째, 기존 운동역학분석 범위의 한계를 넘어 스키 전 구간이 분석 가능하고 스포츠 현장에서 간편하게 활용할 수 있는 측정 장비가 개발되어야 한다. 둘째, 측정 센서를 활용하여 획득한 정보의 정확도 향상과 이를 바탕으로 다양한 분석기법에 관한 연구가 지속적으로 진행되어 스포츠 현장에 도움이 될 수 있는 자료가 제공되어야 한다. 셋째, 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 스키에서 발생하는 부상 메커니즘을 명확히 정립하고 부상을 예방할 수 있는 방안을 모색해야 한다. 넷째, 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 3차원 스키 모델을 개발하여 실제 주행데이터와 비교 검증함으로써 최적화된 스키 궤적 알고리즘 제공이 필요하다. This study was carried out to investigate the current trends in skiing-related research from existing literature in the field of kinematics, measurement sensor and computer simulation. In the field of kinematics, research is being conducted on the mechanism of ski turn, posture analysis according to the grade and skill level of skiers, friction force of ski and snow, and air resistance. In the field of measurement sensor and computer simulation, researches are being conducted for researching and developing equipment using IMU sensor and GPS. The results of this study are as follows. First, beyond the limits of the existing kinematic analysis, it is necessary to develop measurement equipment that can analyze the entire skiing area and can be deployed with ease at the sports scene. Second, research on the accuracy of information obtained using measurement sensors and various analysis techniques based on these measures should be carried out continuously to provide data that can help the sports scene. Third, it is necessary to use computer simulation methods to clarify the injury mechanism and discover ways to prevent injuries related to skiing. Fourth, it is necessary to provide optimized ski trajectory algorithm by developing 3D ski model using computer simulation and comparing with actual skiing data.

분자동역학 시뮬레이션을 이용한 이팔면체 점토광물 수산기 연구

손상보 ( Sangbo Son ),권기덕 ( Kideok D. Kwon ) 한국광물학회 2016 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.29 No.4

점토광물은 대기부터 지하수에 이르는 크리티컬존(critical zone) 영역에서 금속과 탄소 순환을 결정짓는 역할을 한다. 계산광물학 연구방법 중에 하나인 분자동역학(molecular dynamics) 시뮬레이션은 지구물질을 원자단위로 계산하기 때문에, 점토광물의 물리화학적 현상들에 대해 원자수준의 자세한 정보를 제공할 수 있다. 이번 연구에서는 clayFF 힘 장(force field)을 사용한 분자동역학 시뮬레이션을 이팔면체 점토광물인 깁사이트(gibbsite, Al(OH)₃), 카올리나이트(kaolinite, Al₂Si₂O₅(OH)₄), 파이로필라이트(pyrophyllite, Al₂Si₄O₁₀(OH)₂)에 적용하여 300 K, 1기압조건에서 각 광물이 가지는 격자상수와 원자간 거리를 계산하고 실험결과와 비교하였다. 더불어 수산기의 방향성 및 수소결합의 양상 그리고 파워스펙트럼(power spectrum)을 추가적으로 계산하였다. 계산 결과, 격자상수는 기존의 실험결과와 약 0.1~3.7% 미만의 오차율을 보였으며, 원자간 거리는 실험결과와 약 5% 미만의 차이를 가졌다. 깁사이트나 카올리나이트의 팔면체층 표면에 존재하는 수산기가 가지는 신축진동파수(stretching vibrational wavenumber)는 실험값 보다 약 200-300 cm^-1높게 계산되었지만, 팔면체층 표면에 존재하는 수산기들의 상대적 크기의 경향은 기존 실험 결과와 일치하였다. 팔면체층 표면의 수산기가 (001)면과 이루는 각도도 기존 실험결과와 상당부분 일치한 반면에 내부 수산기의 경우는 다소 차이를 보였다. ClayFF를 사용한 분자동역학 시뮬레이션 연구 방법은 이팔면체 점토광물 표면 내(층간) 금속이 온 흡착에 대한 수산기의 역할을 규명하는데 유용한 연구방법이 될 수 있음을 시사한다. Clay minerals are a major player to determine geochemical cycles of trace metals and carbon in the critical zone which covers the atmosphere down to groundwater aquifers. Molecular dynamics (MD) simulations can examine the Earth materials at an atomic level and, therefore, provide detailed fundamental-level insights related to physicochemical properties of clay minerals. In the current study, we have applied classical MD simulations with clayFF force field to dioctahedral clay minerals (i.e., gibbsite, kaolinite, and pyrophyllite) to analyze and compare structural parameters (lattice parameter, atomic pair distance) with experiments. We further calculated vibrational power spectra for the hydroxyls of the minerals by using the MD simulations results. The MD simulations predicted lattice parameters and interatomic distances respectively deviated less than 0.1~3.7% and 5% from the experimental results. The stretching vibrational wavenumber of the hydroxyl groups were calculated 200-300 cm^-1higher than experiment. However, the trends in the frequencies among different surface hydroxyl groups of each mineral was consistent with experimental results. The angle formed by the surface hydroxyl group with the (001) plane and hydrogen bond distances of the surface hydroxyls were consistent with experimental result trends. The inner hydroxyls, however, showed results somewhat deviated from reported data in the literature. These results indicate that molecular dynamics simulations with clayFF can be a useful method in elucidating the roles of surface hydroxyl groups in the adsorption of metal ions to clay minerals.

분자동역학 시뮬레이션을 활용한 물성 계산 고찰

석명은 한국기계기술학회 2024 한국기계기술학회지 Vol.26 No.1

디지털 트윈 기술의 도입은 소재/제품 개발 및 공정의 전주기 과정에서 보다 통합적이며 단절없는 디지털 가상화를 요구하고 있다. 이러한 요구는 미시적 반응, 표면 및 계면 현상을 아우르는 모델링 기법과 거시적 물리 모델 혹은 인공지능 모델의 광범위한 적용을 필요로 한다. 이는 다양한 환경조건에서 소재의 물성 데이터베이스와 미시적 현상 모사가 필요함을 의미하며, 분자동역학 시뮬레이션이 이를 달성하기 위하여 유용하게 활용될 수 있다. 본 논문에서는 평형 및 비평형 분자 동역학 시뮬레이션 방법을 활용한 물성 계산 방법을 개괄하고, 열 및 기계적 물성등 주요 물성 계산 사례들을 검토하여 제시하였다. 본 논문은 분자 동역학 시뮬레이션을 활용한 물성 계산 프레임 워크 개발과 보다 정확하며 신뢰도 높은 계산 수행에 통찰을 제공할 것으로 기대 된다.

선로 궤도틀림에 따른 레일 변형률과 진동 변화 동역학 시뮬레이션

김주원(Ju Won Kim),김용환(Yong Hwan Kim) 한국시뮬레이션학회 2021 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.30 No.1

철도시설물 안전 확보를 위한 동하중 관리 및 철도차량 유지보수 효율화를 위한 차륜 상태진단을 위해 레일의 변형률과 진동 값을 이용하는 방법이 주로 사용된다. 동하중은 레일의 변형률과 철도차량 하중이 비례한다는 가정을 바탕으로 측정이 이루어지며 차륜 상태는 결함의 크기와 레일 접촉진동의 크기가 비례한다는 가정을 통해 진단이 이루어진다. 하지만 차량속도, 차륜 하중, 기후, 선로 상태와 같이 레일의 변형률과 진동에 영향을 주는 환경요소를 반영하지 않으면 측정 조건에 따라 많은 편차가 발생한다. 본 연구에서는 레일의 변형률과 진동에 영향을 주는 환경요소 중 선로 상태를 나타내는 주요지표인 궤도틀림이 레일의 변형률과 진동에 미치는 영향을 동역학 시뮬레이션을 통해 살펴보고 측정 편차를 줄이기 위한 방안으로 측정지점 추가 확보에 따른 효과를 분석하였다. The method of utilizing the strain and vibration values of rails is primarily used to diagnose the condition of wheels and railroad facilities. The dynamic load is measured under the assumption that the strain of the rail and the load of the railroad vehicle are proportional. Wheel condition is measured under the assumption that the magnitude of the defect and the magnitude of the rail vibration are proportional. However, environmental factors affecting the strain and vibration of the rail such as vehicle speed, wheel load, climate, and track conditions are not reflected, many errors occur depending on the measurement conditions. In this study, the effect of track distortion, which is a major indicator of the track condition among the environmental factors that affect the strain and vibration of the rail, on the strain and vibration of the rail, was examined through dynamic simulation. As a measure to reduce the measurement deviation, the effect of securing additional measurement points was analyzed.

동역학 시뮬레이션 프로그램을 이용한 농업부산물 수집기 체결장치 피로수명 평가

김정훈 ( Jeong-hun Kim ),황석준 ( Seok-joon Hwang ),장문경 ( Moon-kyeong Jang ),남주석 ( Ju-seok Nam ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

본 연구에서는 동역학 시뮬레이션 프로그램(Recurdyn V8R5, Functionbay, Korea)을 사용하여 농업부산물 수집기 체결장치의 피로수명을 분석하였다. 농업부산물 수집기의 수집부/이송부와 적재부/주행부는 체결장치로 연결되어 있으며, 체결장치는 외팔보 형식으로 큰 하중을 지지해야 하므로 충분한 안전성이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 농업부산물 수집기가 3가지의 지면조건(평지, 사인파 및 직각삼각형 형상 장애물)을 주행할 때 체결장치의 피로수명을 분석하였다. 농업부산물 수집기 각 부 및 전체 시스템에 대한 3D 모델링을 수행하였으며, 문헌조사를 통하여 실제 물성치를 입력하여 시뮬레이션을 수행하였다. 농업부산물 수집기의 주행 속도와 장애물의 높이는 각각 1.0 m/s와 20 cm로 설정하였다. 시뮬레이션 결과 평지, 사인파 및 직각삼각형 형상 장애물을 주행할 때 체결장치의 최대응력 및 최대변형량은 299.9, 438.9, 426.6 MPa 및 7.42, 95.05, 94.54 mm로 나타났으며, 모두 체결장치의 외팔보 끝단 부근에서 발생했다. 최대응력 및 최대변형량을 통하여 체결장치의 피로수명은 평지, 사인파 및 직각삼각형 형상 장애물 조건에서 각각 27,107, 539, 628시간으로 나타났다. 과수농가의 연평균 전정 작업시간이 38.5시간이고 농업기계의 평균 내구연수가 9년인 것을 고려하면 농업부산물 수집기의 체결장치는 요구되는 수명기간 동안 안전하게 기능할 것으로 판단된다. 향후 연구로써 다양한 과수농가에서의 실측을 통해 농업부산물 수집기가 다양한 환경에서 작동할 때 체결장치의 실제 피로수명을 도출할 예정이다.

시뮬레이션을 이용한 전기 트랙터 주요 부품 배치에 따른 전도각 분석

손진호,김영수,하유신 한국시뮬레이션학회 2023 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.32 No.4

농업 분야에서도 내연기관 트랙터에서 벗어나 전기 트랙터 및 수소 트랙터와 같은 대체 에너지원을 사용하는 동력원이 개발되고 있다. 기존의 내연기관 트랙터에서 사용되던 엔진 및 변속기와 같은 부품들이 모터와 배터리 등으로 교체되면서 무게중심이 변화하게 되며, 이에 따라 전도 위험성을 새로이 고려해야 한다. 이 연구의 목적은 동역학 시뮬레이션을 통해 전기 트랙터의 주요 부품 위치별 전도 각도를 분석하여 전도 사고를 최소화하고 안정성을 향상하기 위한 부품 최적의 배치를 도출하는 것이다. PTO 모터, 구동 모터와 배터리 팩의 구성 수준 3가지와 배치 방법 3가지 요인으로 실험 설계하여 총 9가지 동역학 시뮬레이션을 진행하였다. 실험 결과, 구동 모터와 PTO 모터를 트랙터 앞쪽과 뒤쪽에 각각 위치하고 두 개의 배터리 팩을 트랙터 중간에 위치시킨 Type 3 Level 3가 전도 각도가 높은 것을 확인하였다. 본 연구 결과 무게중심을 뒤쪽으로 배치할수록, 아래에 위치할수록 안정성이 증가하였다. 향후 연구로는 부품의 성능과 배치 효율성을 고려한 부품의 최적 위치를 찾는 연구가 필요하다. In the agricultural sector, power sources are being developed that use alternative energy sources such as electric tractors and hydrogen tractors, away from internal combustion engine tractors. As parts such as engines and transmissions used in conventional internal combustion engine tractors are replaced with motors and batteries, the center of gravity changes, and thus the risk of rollover should be considered. The purpose of this study is to analyze the overturn angle of the main parts of the electric tractor through dynamic simulation to minimize the overturn accident and to derive the optimal arrangement of parts to improve stability. A total of nine dynamics simulations were conducted by designing three components of the PTO motor, drive motor and the battery pack, and three factors of the arrangement method. As a result of the experiment, it was confirmed that Type3 Level3, in which the drive motor and the PTO motor are located at the front and rear of the tractor, and two battery packs are located in the middle of the tractor, has a high rollover angle. As a result of this study, the stability increased as the center of gravity was placed backward and located below. Future research needs to be done to find the optimal location of parts considering their performance and placement efficiency.

몬테 카를로 시뮬레이션을 통한 발사관 구조 안전성 분석

박철우,이온수,신효섭,박진용,이동주,Park, Chul-Woo,Lee, Onsoo,Shin, Hyo-Sub,Park, Jin-Yong,Lee, Dong-Ju 한국시뮬레이션학회 2018 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.27 No.4

Launching system is designed to store the payload, withstand the rigors, and prevent it from rusting and damaging. The behavior during initial deployment of the missile is determined by production, assembly and insertion condition of a launching tube and a missile. The purpose of this research is to confirm the safety of a launching tube by statistically analyzing behavior of the missile, during initial deployment stage. Error parameters which effect initial behavior of the missile are selected and analyzed through Monte-Carlo Simulation. Based on the result of simulation, tip-off and stress distribution between rail and shoe is predicted by using the commercial analysis program called Recurdyn. Lastly, the safety factor is calculated based on yield strength of the material and maximum stress of the rail during the process of launching. The safety of the launching system is verified from the result of the safety factors. 발사관은 탑재물을 보관하고 외부 환경으로부터 부식 및 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 발사관과 유도탄의 제작, 조립 그리고 장입 상태에 따라 발사할 때 유도탄의 초기 거동을 결정하게 된다. 본 연구의 목적은 유도탄이 발사관에서 사출될 때 유도탄의 초기 거동을 결정하는 요소를 통계적으로 분석하여 발사관의 안전성을 확인하는 것이다. 유도탄이 발사될 때 거동에 영향을 주는 오차 요소들을 선정한 후 Monte-Carlo 시뮬레이션을 수행하여 통계적으로 분석하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로, 각 오차 요소들을 고려한 다물체 동역학 해석을 상용프로그램인 Recurdyn을 이용하여 동역학 해석을 수행하여 유도탄 발사할 때 발생하는 중력 침하 및 레일과 슈 사이에 발생하는 응력을 구하였다. 해당 결과를 바탕으로 현재 설계된 발사관에 대한 안전성을 검증하였다.