항만구조물 기초지반 모래·자갈층의 지지력 평가

우제근 ( Jeakeun Woo ),송창섭 ( Changsub Song ),김명환 ( Myeonghwan Kim ),박오현 ( Ohhyun Park ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

항만은 자연 또는 인공으로 축조하는 시설물로 외력으로 작용하는 파랑을 막아 정온 수역을 형성하고 선박이 안전하게 정박, 계류하여 적재된 화물이나 사람을 승·하선 하는 등 해상과 육상을 연결하는 시설을 말한다. 항만의 외곽시설로 해상으로부터 오는 외력을 대대적으로 막는 방파제는 최근 대규모 항만시설이 증가함에 따라 대수심·고 파랑의 해역으로 전개되고 있으며, 케이슨 방파제 구조물의 건설이 증가하고 있는 추세이다. 일반적인 케이슨의 경우 연약지반의 활동피해와 지진 등으로 인해 발생하는 침하와 안정문제와 관련하여 보수가 용이하지 않다. 따라서 항만구조물의 기초를 이루는 케이슨에 활동피해가 발생하지 않도록 방안을 모색하는 것이 현재 실정이다. 항만 규모의 확대와 함께 고파랑, 대수심, 대심도 연약층이 존재하는 외해로 항만건설이 이루어지고 있어 막대한 사업비가 발생되고 있는 상황이다. 따라서 본 연구의 목적은 시공비 절감을 위해 모래·자갈층에서 기초지반의 보강 없이 안정적인 항만구조물의 시공가능성을 파악고자 한다. 지지력 시험을 위해 상사비 1/50으로 축소하였으며 지반구성을 구분하여 모델링하였다. 실험결과 「항만시설물 안전점검 세부지침」에서 제시하는 최대 침하량의 범위(비진행성 50mm미만, 진행성 72mm미만)안에 포함되는 8.30mm가 나타나는 것으로 확인되었다. 최대적재하중은 설계하중 60t을 넘어 72t까지 재하가 가능한 것으로 나타났다. 실질적인 기초지반의 안정성을 확인하기 위해서 이번 실험에서 진행한 지지력뿐만 아니라 하중 발생 시 구조물에서 일어나는 활동, 전도에 관한 추가적인 연구가 진행 될 필요가 있다고 사료된다.

나무말뚝 홈 수에 따른 인발저항력 특성

우제근 ( Jeakeun Woo ),송창섭 ( Changsub Song ),김명환 ( Myeonghwan Kim ),박오현 ( Ohhyun Park ),김정철 ( Jungchul Kim ),김기범 ( Gibeom Kim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

두꺼운 연약층이 포함된 간척지에서 온실 시공 시, 선단지지형식의 말뚝기초 시공은 어렵기 때문에 주로 마찰저항을 이용하는 마찰말뚝으로 상부하중을 지지하게된다. 마찰저항은 지반 물성, 하중형태, 말뚝의 규격 등에 따라 다르게 나타나는데, 강관말뚝이나 PHC말뚝 같은 기성 마찰말뚝에 비해 나무말뚝에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 나무말뚝 기초설계자료를 도출하기 위해 1000(B) × 500(L) × 700(H)mm 모형토조에 통일분류법상 ML로 분류되는 시료를 이용해 포화도 30%, 70% 지반을 조성한 다음 수직 변위제어속도 1mm/min으로 나무말뚝 설계요인인 홈 수(1개, 3개, 5개, 6개)및 홈 깊이(0.5mm, 1mm), 홈 너비 50mm 에 따른 인발저항력 특성을 확인하였다. 포화도에 상관없이 나무말뚝의 홈 수가 증가함에 따라 인발저항력도 증가하였으며, 홈 수가 6개일 때 최댓값을 나타냈다. 홈이 성형된 나무말뚝의 인발저항력은 민무늬 나무말뚝 대비, 홈 수가 증가함에 따라 포화도 30%일 때, 1.1∼3.8배, 포화도 70%일 때, 1.2∼2.9배더 크게 나타났다. 나무말뚝의 인발저항력은 지반의 포화도가 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 이는 말뚝 인발 시, 홈 사이에 매입된 흙에 전단응력이 발생하게 되는데 포화도가 증가함에 따라 전단강도가 감소하여 나타나는 것으로 판단된다.

식용 풋옥수수 수확기 탈과부 개선 및 성능시험

강나래 ( Narae Kang ),우제근 ( Jeakeun Woo ),황석준 ( Seokjoon Hwang ),최경식 ( Kyeongsik Choi ),김영화 ( Younghwa Kim ),문석표 ( Seokpyo Moon ),이춘구 ( Chungu Lee ),유승화 ( Seunghwa Yu ),최일수 ( Ilsu Choi ) 한국농업기계학회 2024 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.29 No.2

복합작업형 지중 변량시비기 시험장치 옥수수 생육시험

강나래 ( Narae Kang ),우제근 ( Jeakeun Woo ),최경식 ( Kyeongsik Choi ),홍석준 ( Seokjoon Hong ),김영화 ( Younghwa Kim ),이춘구 ( Chungu Lee ),최일수 ( Ilsu Choi ),양윤정 ( Yunjeong Yang ),이명희 ( Myunghee Lee ),고영삼 ( Youngsam 한국농업기계학회 2025 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.30 No.2

농업용 드론의 비행속도 및 고도에 따른 하향풍 특성 분석

윤영태 ( Youngtae Yun ),유승화 ( Seunghwa Yu ),우제근 ( Jeakeun Woo ),김영화 ( Younghwa Kim ),최덕규 ( Duckkyu Choi ),최일수 ( Ilsu Choi ),최용 ( Yong Choi ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

회전익(rotary wing) 무인비행체로 분류되는 드론(Drone)은 최근 사용의 용이성, 우수한 기동성, 정확한 모니터링 능력으로 농업에서의 활용도가 높아 드론을 이용한 파종, 방제, 농작물 병해충 및 작황 예찰용 등으로 이용되고 있다. 농업에서 이용되는 대다수의 드론은 방제용으로 드론의 비행속도와 고도에 따라 방제 성능 차이가 발생한다. 때문에 드론의 비행각도와 로터 회전수에 따른 비행속도와 로터 블레이드 모터와 지면까지의 높이에 따른 하향풍속을 분석해볼 필요가 있다고 판단되었다. 이에 본 연구에서는 농업용 방제 드론의 비행속도 및 고도에 따른 하향풍속을 분석하여 최적의 비행조건을 찾고자 하였다. 외부 조건에 영향을 받지 않고 드론의 하향풍속만을 측정하기 위해서는 외부환경의 영향을 받지 않는 실내 공간이 필요하였다. 이에 농업기술실용화재단에서 구축한 농업용무인항공살포기 실내검정시스템을 이용하였으며, 21 in 로터 블레이드가 8개인 8엽기를 선정하였다. 실험 요인은 드론의 비행속도 1m/s, 2m/s, 3m/s(기체의 Pitch값과 로터 rpm값 조정) 3수준과 고도 1.0H, 2.0H, 3.0H(로터 모터와 열선 풍속 프로브 간의 수직 거리 조정) 3수준 2가지로 설정하고, 열선 풍속 프로브가 풍속을 처음으로 감지하는 위치를 시작점으로 0.2m씩 이동하며 실험을 수행하였다. 그 결과, 하항풍속 데이터 값은 드론의 비행속도에 관계없이 유사한 값이 측정되었으며 위치별 하향풍의 형태 또한 비슷한 경향을 보였다. 하지만, 고도에 따른 차이는 존재하였다. 고도 1.0H와 2.0H에서 최대풍속 약 11.0m/s의 유사한 풍속이 측정되었지만, 고도 1.0H 일 때 열선 풍속 프로브와의 거리 0.6m에서 약 4m/s까지 풍속이 줄어들었다가 다시 약 9m/s까지 풍속이 증가한 후 1.2m에서 풍속이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 드론 중앙부와 열선 풍속 프로브 사이의 거리가 짧아 로터 블레이드 회전에 의한 풍속이 해당 위치에서 약해지는 지점이 생기는 것으로 분석되었다. 고도 3.0H일 때 최대풍속 약 6.0m/s로 다소 약한 풍속이 측정되어 방제작업 시 로터 블레이드 회전력에 의한 하향풍의 세기가 상대적으로 약할 것으로 예측되었다. 이에 농업용 드론의 방제작업 시 비행속도 3m/s, 비행고도 2.0H 일 때 가장 빠르고 균일한 방제가 가능할 것으로 판단되었으며, 향후 4m/s 이상의 비행속도에서의 추가 실험을 통해 비행속도에 의한 하향풍속의 영향을 비교 분석할 필요가 있다고 판단되었다.

실내모형실험에 의한 가물막이 안정성 평가

김명환 ( Myeonghwan Kim ),송창섭 ( Changsub Song ),박오현 ( Ohhyun Park ),우제근 ( Jeakeun Woo ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

파이핑은 흙 댐의 주요 재해요인으로 제방의 생명력을 단축시키며 대규모 피해를 유발할 수 있다. 제방의 파이핑 민감도(susceptibility) 조사사례를 볼 때 일부 제방은 하류측 선단의 작은 누수에서 시작된 진행성 침식으로 인해 제체가 급작스럽게 붕괴된 경우가 있는 반면 일부 제방에서는 집중 누수가 수년 동안 지속되었음에도 불구하고 파이핑이 발생하지 않은 사실이 확인되었다. 필댐의 파이핑은 서로 다른 여러 가지 원인에 의하여 발생되고 그 형태도 다양하다. 필댐의 재료적 특징인 세립분의 소성도와 투수성, 재료의 균질성, 다짐도는 파이핑과 직접적인 연관성이 있어 특별한 주의가 필요하다. 본 연구에서는 건설공사 중 사석재와 준설사를 이용한 가물막이 제체의 안정성을 평가를 위해 쉬트파일을 이용하여 구조물의 안정성을 평가하였다. 쉬트파일을 설치 전 가물막이 제체는 평수위시 하류측 수위가 1.8cm 상승, 유출량은 1730ml로 측정되었으며, 홍수위시는 하류측 수위는 8.5cm에서 13.6cm로 급격하게 상승하면서 유출량은 9500ml로 가물막이 제체의 일부가 유실되는 것으로 나타났다. 쉬트파일 설치 후 평수위시 하류측 수위는 1.16cm, 유출량은 27.3ml로 나타났으며, 홍수위시 하류측 수위는 1.4cm, 유출량은 863ml로 감소하는 것으로 나타났다. 가물막이 제체는 쉬트파일 설치 전보다 설치 후 하류측 수위가 평수위시 1.55배 감소하였으며, 홍수위시는 최대 9.71배 감소하는 것으로 나타났다. 유출량의 감소 또한 평수위시 65배, 홍수위시 860배 감소하는 것으로 나타났다. 쉬트파일을 설치하기 전 홍수위 상태에서는 수위의 상승으로 제체 배면의 압력이 상승하면서 증가된 침투압이 모래채움부의 가장 취약한 부분에서 침투수가 용출되는 파이핑 현상을 보였고, 제체 일부에서 진행성 파괴를 보였다. 쉬트파일 설치 전 체제에서는 홍수위시 재료의 응력전이 부분에서 침투압이 증가하여 유로가 짧아지면서 파이핑이 발생하여 제체 일부가 붕괴된 것으로 사료된다. 따라서, 가물막이 제체 구조물을 설치시에는 쉬트파일 설치로 유로를 연장하고 동수경사를 낮추어 파이핑 저항능력을 향상시킬 수 있을 것으로 보이며, 제체 구조물의 안정성 확보가 가능할 것으로 시험결과 확인되었다.

국내 식용 옥수수의 특성을 고려한 옥수수 수확기의 탈과 시스템 설계

이호섭 ( Ho-seop Lee ),김지태 ( Ji-tae Kim ),우제근 ( Jeakeun Woo ),하창섭 ( Change-sub Ha ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

옥수수 수확기의 탈과 시스템은 줄기로부터 옥수수의 탈과를 수행하며, 탈과된 옥수수를 이송부로 전달하는 임무를 수행한다. 따라서, 탈과 시스템의 성능은 옥수수의 탈과율로 평가할 수 있으며, 탈과 시스템의 탈과율을 향상시키기 위해서는 수확하고자 하는 품종, 작업 환경 등을 고려하여 탈과 시스템을 설계해야 한다. 하지만, 농작물은 제한된 시간 및 환경에서만 수확이 가능하기 때문에, 탈과 시스템의 설계 변수가 탈과율에 미치는 영향을 분석하기 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 시간과 환경에 구애받지 않도록 시뮬레이션을 이용하여 국내에서 생산되는 식용 옥수수에 적합한 탈과 시스템의 설계를 수행하였다. 신뢰성 있는 시뮬레이션 모델을 개발하기 위하여 국내에서 생산되는 옥수수 및 줄기의 물리적/역학적 특성을 계측 및 분석하였으며, 분석된 결과를 바탕으로 옥수수 및 줄기의 이산요소모델을 개발하였다. 또한, 줄기로부터 옥수수가 탈과될 때 줄기에 발생하는 전단력을 계측 및 분석하였으며, 이를 이용하여 옥수수 및 줄기 이산요소모델의 결합을 수행하였다. 이후, 개발이 완료된 옥수수 및 줄기 이산요소모델과 탈과 시스템 시뮬레이션 모델을 이용하여 탈과 시스템의 설계 변수가 탈과율에 미치는 영향을 분석하였으며, 결과적으로 국내에서 생산되는 식용 옥수수에 적합한 탈과 시스템의 설계 변수를 도출하였다.

양파 줄기파쇄기 설계·제작 및 포장성능시험

강나래 ( Narae Kang ),김영근 ( Youngkeun Kim ),최일수 ( Ilsu Choi ),우제근 ( Jeakeun Woo ),최용 ( Yong Choi ),전현종 ( Hyeonjong Jun ),김영화 ( Younghwa Kim ),유승화 ( Seounghwa Yu ),이예슬 ( Yeseul Lee ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

양파는 암, 당뇨 등 성인병 예방 및 치료에 효과가 있는 것으로 알려져 최근 건강에 대한 소비자의 관심이 높아짐에 따라 소비가 증가되고 있는 추세이나, 양파 재배를 위한 농작업 기계화율은 62.2%로, 경운·정지, 방제작업을 제외한 작업은 여전히 인력에 의존하고 있어 기계화가 필요한 실정이다. 그 중 수확작업은 양파를 굴취, 수집하고 있어 줄기 절단 작업의 기계화가 필요하며, 수확시기에 도복된 양파 줄기를 일으켜 세워 절단할 수 있는 기계 개발이 필요하다. 이에 본 연구는 줄기절단 작업 기계화를 위하여 트랙터 부착형 양파 줄기파쇄 시작기를 설계·제작하고 포장성능시험 수행 및 줄기파쇄성능을 분석하고자 하였다. 양파 줄기파쇄기는 절단날의 회전을 이용하여 수확시기 쓰러진 양파줄기를 풍압으로 일으켜 세워 절단·파쇄하여 배출하는 송풍흡입식으로 설계·제작하였다. 양파 줄기파쇄기는 트랙터 부착형으로 트랙터 PTO에서 구동력을 전달하는 조인트, 동력전달부, 2조 회전형 절단날, 양파 절단 높이를 조절하는 조정부와 절단된 줄기 및 공기가 빠져나가는 통풍구 등으로 구성하였다. 양파 줄기파쇄기의 포장성능시험은 양파 재배형식을 고려하여 논양파와 밭양파(품종 : 썬파워)로 구분하고, 논양파는 경상남도 합천군 소재 농가포장에서 밭양파는 전라남도 무안군 바이오에너지작물센터 구내포장에서 포장성능시험을 수행하였다. 60kW급 트랙터를 이용하여 작업속도 및 회전속도 3수준을 요인으로 20m 구간을 수행하였으며, 요인별 단위면적당 잔존줄기와 파쇄율을 분석하였다. 양파 줄기파쇄기 포장성능 시험 결과 논양파의 경우 파쇄날 회전속도 929rpm, 작업속도 0.3m/s에서 파쇄율 90.2%, 잔존줄기 14.9±3.6cm로 가장 양호하였으며, 밭양파의 경우 파쇄날 회전속도 458rpm, 작업속도 0.5m/s에서 파쇄율이 97.6%, 잔존줄기 8.2±4.1cm로 줄기파쇄 성능이 가장 양호하게 분석되었다.

이산 요소법을 이용한 옥수수 모델 개발

이호섭 ( Ho-seop Lee ),김지태 ( Ji-tae Kim ),우제근 ( Jeakeun Woo ),하창섭 ( Change-sub Ha ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

본 연구의 목적은 식용 옥수수 수확기에서 가장 중요한 기능을 하는 탈과 시스템의 시뮬레이션 해석에 사용할 옥수수와 줄기에 대한 이산요소 모델을 개발하는 것이다. 옥수수와 줄기의 이산요소 모델을 생성하기 위하여 옥수수 & 줄기의 물리적/역학적 특성을 시험으로 구현하였다. 물리적 특성 확인을 위하여 옥수수 줄기와 이삭의 무게, 직경 및 길이를 측정하여 분석하였으며, 역학적 특성 확인을 위하여 압축시험, 3점 굽힘 시험 및 이삭 탈과 시험을 수행하였다. 본 연구에서 개발된 옥수수와 줄기의 이산요소 모델은 줄기, 이삭자루 및 이삭으로 구성된다. 옥수수의 비선형 탄성 변형을 고려하기 위하여 작물의 contact model로 많이 사용되는 Hertz-mindlin contact model이 사용되었으며, 접촉해 있는 입자들을 결합시켜 하나의 구조체로 만들기 위해서 bonded model을 사용하였다. 또한, 개발된 이산요소 모델은 시험 결과와 유사한 경향을 보이도록 parameter study를 수행하여 모델을 검증하였다. 본 연구의 결과는 식용 옥수수 수확기 탈과 시스템의 시뮬레이션 해석을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

이산 요소법을 이용한 식용 옥수수 줄기 모델 개발

이호섭 ( Ho-seop Lee ),김지태 ( Ji-tae Kim ),우제근 ( Jeakeun Woo ),하창섭 ( Change-sub Ha ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

옥수수는 크게 사료용 옥수수와 식용 옥수수로 구분된다. 사료용 옥수수는 수확과 동시에 알곡을 파쇄하기 때문에 옥수수의 손상을 고려할 필요가 없으나, 식용 옥수수는 수확된 알곡을 상품화해야하기 때문에 옥수수가 최대한 손상되지 않도록 해야 한다. 수확 시 옥수수의 손상률을 최소화하기 위해서는 옥수수와 옥수수 줄기의 특성을 고려한 탈과시스템(detach-system)이 필요하다. 본 연구에서는 최적 탈과시스템을 설계하기 위한 연구의 일환으로 옥수수 줄기의 특성을 고려한 옥수수 줄기 이산요소모델(discrete element model, DEM)을 개발하였다. 이산요소모델을 개발하기 위해 옥수수 줄기의 물리적 특성(길이, 장경, 단경 등)을 측정하였으며, 옥수수 줄기의 역학적 특성을 반영하기 위하여 만능재료시험기(universal testing machine)을 이용하여 압축시험(compression test)과 3점 굽힘시험(3-point bending test)을 수행하였다. 시험 결과, 옥수수 줄기는 길이 방향과 반경 방향의 역학적 특성이 다르게 나타남을 확인하였고, 이러한 특성을 반영하기 위하여 DEM 개발 시 bonded contact을 정의하였다. 결과적으로 옥수수 줄기의 물리적 특성과 역학적 특성이 고려된 옥수수 줄기 이산요소모델을 개발하였으며, 후속 연구를 통해서 옥수수 전체의 거동을 대변할 수 있는 이산요소모델을 개발할 수 있을 것이라 판단된다.