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.

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.

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.

동역학 시뮬레이션을 이용한 함재기 견인차량의 주행특성 분석 기법에 관한 연구

오재원(Jaewon Oh),홍사영(Sa Young Hong),홍섭(Sup Hong) 대한조선학회 2023 대한조선학회 논문집 Vol.60 No.4

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.

양봉 전용 적재함 개발을 위한 동역학 시뮬레이션 분석 및 현장 검증

왕평안 ( Pingan Wang ),손영선 ( Youngsun Son ),모창연 ( Changyeon Mo ),김수배 ( Subae Kim ),김준호 ( Joonho Kim ),정원기 ( Wonki Chung ),한웅철 ( Xiongzhe Han ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

현재 국내외 양봉업자들은 연령대가 고령이기 때문에 체력을 절감하기 위해 양봉 전용 운반 장치 개발이 필요하다. 우선 양봉자의 현장 작업환경과 효율성을 조사하여 설계 재원을 결정하였다. 다양한 양봉장의 규모를 고려하여 최종적으로 소형 전동 무한궤도 운반차(LNS-T500)를 본 연구의 플랫폼으로 선정하였다. 기존 적재함은 양봉 작업에 적합하지 않는 관계로 실제 적용 조건과 함께 탈부착식 양봉 전용 적재함을 개발하였다. RecurDyn 프로그램을 이용해 개선된 적재함을 운반차에 탑재하여 노면별, 주행방식별 및 용도별을 다르게 하여 동역학 시뮬레이션을 통해 적재함의 설계 타당성을 확인하였다. 직선운행 단계에서 소비의 X 및 Z 방향 진동이 가장 작으며 회전운행 단계에서 소비의 X 및 Z 방향 진동이 가장 큰 것으로 나타났다. 경사로 벌통 운반 시 Clayey soil 및 Upland candy loam 노면에서 안정으로 운행이 가능하였고 Dry sand 노면에서 무한궤도와 지면이 접촉한 부분의 심각한 침하량의 원인으로 인해 오르막 과정에서 전복이 발생하는 것으로 확인되었다. 대부분 양봉장 노면은 Clayey soil이고 각 시뮬레이션 결과 중 Clayey soil 노면에서 운행 시 소비의 흔들림이 최소로 운반차의 흔들림도 최소로 이루어졌다. 마지막으로 양봉장에서 현장 실험을 통해 가상 시뮬레이션 결과를 검증하였고 운반차가 안정적으로 운행할 수 있는 것을 확인하였다.

MD 시뮬레이션을 이용한 실린더 형태 나노와이어의 접촉면적에 관한 연구

김현준(Hyun-Joon Kim) 한국트라이볼로지학회 2016 한국트라이볼로지학회지 (Tribol. Lubr.) Vol.32 No.1

Contact between solid surfaces is one of the most important factors that influence dynamic behavior in micro/nanoscale. Although numerous theories and experimental results on contact behavior have been proposed, a thorough investigation for nanomaterials is still not available owing to technical difficulties. Therefore, molecular dynamics simulation was performed to investigate the contact behavior of nanomaterials, and the application of conventional contact theories to nanoscale was assessed in this work. Particularly, the contact characteristics of cylindrical nanowires were examined via simulation and contact theories. For theoretical analysis, various contact models were utilized and work of adhesion, Hamaker constant and elastic modulus those are required for calculation of the models were obtained from both indentation simulation and tensile simulation. The contact area of the cylindrical nanowire was assessed directly through molecular dynamics simulation and compared with the results obtained from the theories. Determination of the contact area of the nanowires was carried out via simulation by counting each atom, which is within the equilibrium length. The results of the simulation and theoretical calculations were compared, and it was estimated that the discrepancy in the results calculated between the simulation and the theories was less than 10 except in the case of the smallest nanowires. As the result, it was revealed that contact models can be effectively utilized to assess the contact area of nanomaterials.

무 수확기의 횡전도각 분석

정연준 ( Yeon-jun Jung ),임류갑 ( Ryu-gap Lim ),최창현 ( Chang-hyun Choi ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

본 연구는 무 수확기의 농작업시 전도각 분석을 위하여 동역학 프로그램을 이용하여 횡전도 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션에 사용된 모델은 크기 3,500(L) x 2,250(W) x 2,000(H) mm인 무 수확기 시제품을 사용하였으며, 시뮬레이션 프로그램으로 펑션베이(FunctionBay)社의 RecurDyn V9R1을 이용하여 수행하였다. 횡전도 시뮬레이션 조건은 지면 경사도 1°부터 90°까지 증가, 주행 방향은 전방을 기준으로 반시계 방향으로 15°씩 360°까지 변화시켰다. 하중은 농업기술실용화재단에서 수행하는 농업기계의 안정성 시험 조건과 동일하게 공차 조건을 입력하였다. 동적마찰 계수는 일반노면-바퀴 조건인 0.8을 입력하였으며 강성 계수는 105, 댐핑 계수는 10으로 입력하였다. 시뮬레이션 종료 시간은 90초로 설정하였으며 전도되는 시점은 바퀴와 지그의 접촉면에서 발생하는 힘이 0 N일 때를 기준으로 하였다. 시뮬레이션 결과 최대 전도각은 주행 방향이 45°일 때 63.27°로 나타났으며, 최저 전도각은 주행 방향이 180°일 때 28.56°로 나타났다. 전도각 30°이상을 적합 조건으로 하고 있는 농업기술실용화재단 실험에는 부적합으로 나타났다. 전도각의 증대를 위하여 시제품 후방에 100 kg의 웨이트를 추가하여 시뮬레이션 재수행한 결과 최대 전도각은 주행 방향이 315°일 때 61.1°로 나타났으며, 최저 전도각은 주행 방향이 165°일 때 30.38°로 나타났다. 후방에 웨이트 장착을 통하여 전도각 시험 기준 30°이상을 만족함으로 나타났다. 향후 실제 횡전도각 시험을 통하여 비교 분석 예정이다.