• Research Paper

    Optimal Mesh Size in Three-Dimensional Arbitrary Lagrangian-Eulerian Method of Free-air Explosions

    3차원 Arbitrary Lagrangian-Eulerian 기법을 사용한 자유 대기 중 폭발 해석의 최적 격자망 크기 산정

    Yena Lee, Tae Hee Lee, Dawon Park , Youngjun Choi, Jung-Wuk Hong

    이예나, 이태희, 박다원, 최영준, 홍정욱

    The arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method has been extensively researched owing to its capability to accurately predict the propagation of blast shock waves. …

    폭발 수치해석 기법 중 Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)는 구조물의 파괴뿐만 아니라 폭발 이후 충격파의 전파 과정까지 관찰할 수 있는 장점이 있다. 그러나 동적 해석 …

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    The arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method has been extensively researched owing to its capability to accurately predict the propagation of blast shock waves. Although the use of the ALE method for dynamic analysis can produce unreliable results depending on the mesh size of the finite element, few studies have explored the relationship between the mesh size for the air domain and the accuracy of numerical analysis. In this study, we propose a procedure to calculate the optimal mesh size based on the mean squared error between the maximum blast pressure values obtained from numerical simulations and experiments. Furthermore, we analyze the relationship between the weight of explosive material (TNT) and the optimal mesh size of the air domain. The findings from this study can contribute to estimating the optimal mesh size in blast simulations with various explosion weights and promote the development of advanced blast numerical analysis models.


    폭발 수치해석 기법 중 Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)는 구조물의 파괴뿐만 아니라 폭발 이후 충격파의 전파 과정까지 관찰할 수 있는 장점이 있다. 그러나 동적 해석 시 유한요소 모델의 격자망 크기가 일정 수준 이하로 감소하게 되면 해석 결과의 신뢰도가 부정확해진다. 본 연구에서는 ALE 수치해석 기법을 활용하여 대기의 격자망 크기가 해석의 정확도에 미치는 영향을 조사한다. 다양한 조건의 격자망 크기와 폭발 중량을 갖는 대기 중 폭발모델을 구축하고, 폭발 중심으로부터 거리에 따른 폭발압력을 관찰한다. 수치해석과 실험에서 얻은 최대 폭발압력 결과에 대해 평균 제곱 오차를 계산하여 최적의 격자망 크기를 제안하고, 제안된 크기를 바탕으로 폭발물 중량과 대기의 최적 격자망 크기에 대한 상관관계를 분석한다. 본 연구는 다양한 중량을 가진 폭발물 해석에서 최적의 격자망 크기를 제공함으로써 신뢰성이 향상된 폭발 수치해석 모델 개발에 도움이 될 것으로 기대한다.

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    31 December 2023
  • Research Paper

    Particle-Structure Collision Modeling for Topology Optimization

    위상최적설계를 위한 입자-구조 충돌 모델

    Young Hun Choi, Gil Ho Yoon

    최영훈, 윤길호

    This paper presents a particle-structure collision model for topology optimization, which requires sensitivity analysis. Therefore, a new model that incorporates sensitivity analysis …

    본 논문에서는 위상최적설계를 위한 입자-구조 충돌 모델을 제시한다. 위상최적설계를 위해서는 민감도 분석이 선행되어야 하며, 민감도 분석이 가능한 새로운 모델이 필요하다. 본 논문에서는 …

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    This paper presents a particle-structure collision model for topology optimization, which requires sensitivity analysis. Therefore, a new model that incorporates sensitivity analysis is needed. The proposed particle-structure collision model conducts sensitivity analysis for topology optimization. To evaluate the accuracy of the proposed model, it was applied to a simplified one-dimensional collision problem. Optimization of the final positions of particles using topology optimization through this model confirmed the suitability of the proposed approach. These results demonstrate that it is possible to consider particle-structure collision in topology optimization.


    본 논문에서는 위상최적설계를 위한 입자-구조 충돌 모델을 제시한다. 위상최적설계를 위해서는 민감도 분석이 선행되어야 하며, 민감도 분석이 가능한 새로운 모델이 필요하다. 본 논문에서는 위상최적설계를 위한 민감도 분석을 수행하기 위한 입자-구조 충돌 모델을 제시한다. 이후 이 모델을 이용하여 위상최적설계를 위한 민감도 분석을 수행한다. 제안한 모델의 정확도를 평가하기 위해 먼저 단순화된 1차원 충돌 문제에 적용한다. 이후, 이 모델을 이용하여 위상 최적화를 통해 입자의 최종 위치를 최적화하여 위상 최적화에 대한 이 모델의 적용 가능성을 확인한다. 이러한 결과는 위상 최적화에서 입자-구조 충돌을 고려하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.

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    31 December 2023
  • Research Paper

    Seismic Fragility Analysis of Single-Degree-of-Freedom Model Based on Input Earthquake Ground Motions in Strong and Low-to-Moderate Seismic Regions

    강진 및 중・약진 지역의 입력 지진파에 따른 단자유도 모델의 지진취약도 분석

    Sangki Park, Jeong-Rae Cho, Chang-Beck Cho, Dong-Chan Kim, Jinhyuk Lee

    박상기, 조정래, 조창백, 김동찬, 이진혁

    To calculate seismic fragility, it is important to select input earthquake ground motions that can properly express the characteristics of the target …

    지진취약도를 산정하기 위해서는 목표 부지의 특성을 제대로 표현할 수 있는 입력 지진파의 산정이 중요하다. 본 논문에서는 국내외 강진 및 중‧약진 지역에서의 입력 …

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    To calculate seismic fragility, it is important to select input earthquake ground motions that can properly express the characteristics of the target site. This study analyzed the seismic fragility of a single-degree-of-freedom (SDOF) model based on input earthquake ground motions in strong and low-to-moderate seismic regions. As a first step, a total of four sets of input earthquake ground motions were selected,: two sets measured near or far from overseas strong earthquake records and two sets exhibiting the characteristics of low-to-moderate earthquake regions in South Korea. A nonlinear SDOF model for three natural periods was applied to the target structure, and incremental dynamic analysis was used for fragility analysis. In addition, four damage states were defined, and seismic fragility results for each natural period of the nonlinear SDOF model for the four aforementioned input earthquake ground motion sets were obtained for each damage state.


    지진취약도를 산정하기 위해서는 목표 부지의 특성을 제대로 표현할 수 있는 입력 지진파의 산정이 중요하다. 본 논문에서는 국내외 강진 및 중‧약진 지역에서의 입력 지진파에 대한 단자유도 모델의 지진취약도를 분석하였다. 분석을 위한 첫 번째 단계로, 국외 강진 기록 중 근/원거리에서 측정한 2개의 입력 지진파 세트와 국내 중·약진 지역 특성에 적합한 입력 지진파 2개의 세트, 총 4개의 입력 지진파 세트를 선정하였다. 대상 구조물로는 3가지 고유주기에 대한 비선형 단자유도 모델을 적용하였고, 취약도 분석을 위해 증분동적해석을 이용하였다. 또한, 4가지 손상 상태를 정의하고, 손상 상태 각각에 대해 4가지 입력 지진파 세트의 고유주기별 지진취약도 결과를 제시하였다.

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    31 December 2023
  • Research Paper

    Methods for Quantitative Disassembly and Code Establishment of CBS in BIM for Program and Payment Management

    BIM의 공정과 기성 관리 적용을 위한 CBS 수량 분개 및 코드 정립 방안

    Hando Kim, Jeongyong Nam, Yongju Kim, Inhye Ryu

    김한도, 남정용, 김용주, 류인혜

    One of the crucial components in building information modeling (BIM) is data. To systematically manage these data, various research studies have focused …

    BIM에서 가장 중요한 요소 중의 하나가 디지털 데이터이다. 체계적인 디지털 데이터 관리를 위해 최근까지 연구를 통해 객체분류체계(OBS)와 속성분류체계(Pset)가 제시되어 왔다. 특히 공정 …

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    One of the crucial components in building information modeling (BIM) is data. To systematically manage these data, various research studies have focused on the creation of object breakdown structures and property sets. Specifically, crucial data for managing programs and payments involves work breakdown structures (WBSs) and cost breakdown structures (CBSs), which are indispensable for mapping BIM objects. Achieving this requires disassembling CBS quantities based on 3D objects and WBS. However, this task is highly tedious owing to the large volume of CBS and divergent coding practices employed by different organizations. Manual processes, such as those based on Excel, become nearly impossible for such extensive tasks. In response to the challenge of computing quantities that are difficult to derive from BIM objects, this study presents methods for disassembling length-based quantities, incorporating significant portions of the bill of quantities (BOQs). The proposed approach recommends suitable CBS by leveraging the accumulated history of WBS-CBS mapping databases. Additionally, it establishes a unified CBS code, facilitating the effective operation of CBS databases.


    BIM에서 가장 중요한 요소 중의 하나가 디지털 데이터이다. 체계적인 디지털 데이터 관리를 위해 최근까지 연구를 통해 객체분류체계(OBS)와 속성분류체계(Pset)가 제시되어 왔다. 특히 공정 및 기성 관리에 사용되는 디지털 데이터는 WBS와 CBS로 나뉘고 이를 BIM 객체와 매핑하려면 CBS의 수량 분개가 필요한데 CBS는 양이 매우 방대하고 공종이나 규격, 명칭 및 CBS 코드가 발주처마다 상이하여 WBS나 BIM 모델에 맞는 수량 분개 작업을 엑셀 등을 이용해서 수작업으로 한다는 것은 사실상 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 BIM 모델에 의해 산출하기 힘든 수량 중에서 대부분을 차지하는 연장에 근거한 수량의 전체분을 분개하는 방안, 축적된 WBS-CBS 이력으로부터 최적 CBS를 도출하는 방안과 합리적인 CBS 데이터베이스 구축을 위해 필수적인 CBS 코드 통합 표준화 방안을 제시하였다.

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    31 December 2023
  • Research Paper

    Improvement of Basis-Screening-Based Dynamic Kriging Model Using Penalized Maximum Likelihood Estimation

    페널티 적용 최대 우도 평가를 통한 기저 스크리닝 기반 크리깅 모델 개선

    Min-Geun Kim, Jaeseung Kim, Jeongwoo Han, Geun-Ho Lee

    김민근, 김재승, 한정우, 이근호

    In this paper, a penalized maximum likelihood estimation (PMLE) method that applies a penalty to increase the accuracy of a basis-screening-based Kriging …

    본 논문에서는 기저 스크리닝 기반 크리깅 모델(BSKM: Basis Screening based Kriging Model) 생성의 정확도를 높이기 위해 페널티를 적용한 최대 우도 평가 방법(PMLE …

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    In this paper, a penalized maximum likelihood estimation (PMLE) method that applies a penalty to increase the accuracy of a basis-screening-based Kriging model (BSKM) is introduced. The maximum order and set of basis functions used in the BSKM are determined according to their importance. In this regard, the cross-validation error (CVE) for the basis functions is employed as an indicator of importance. When constructing the Kriging model (KM), the maximum order of basis functions is determined, the importance of each basis function is evaluated according to the corresponding maximum order, and finally the optimal set of basis functions is determined. This optimal set is created by adding basis functions one by one in order of importance until the CVE of the KM is minimized. In this process, the KM must be generated repeatedly. Simultaneously, hyper-parameters representing correlations between datasets must be calculated through the maximum likelihood evaluation method. Given that the optimal set of basis functions depends on such hyper-parameters, it has a significant impact on the accuracy of the KM. The PMLE method is applied to accurately calculate hyper-parameters. It was confirmed that the accuracy of a BSKM can be improved by applying it to Branin-Hoo problem.


    본 논문에서는 기저 스크리닝 기반 크리깅 모델(BSKM: Basis Screening based Kriging Model) 생성의 정확도를 높이기 위해 페널티를 적용한 최대 우도 평가 방법(PMLE : Penalized Maximum Likelihood Estimation)에 대해서 소개한다. BSKM에서 사용하는 기저함수의 최대 차수와 종류는 그 중요도에 따라서 결정하게 되며, 이때 중요도의 지표는 기저함수에 대한 교차 검증 오차(CVE : Cross Validation Error)로 택한다. 크리깅 모델(KM : Kriging Model) 구성시 최적의 기저함수 조합은 우선 최대 기저함수 차수를 선택하고 개별 기저함수의 중요도를 평가를 하게 된다. 최적 기저함수 조합은 크리깅 모델의 CVE가 최소가 될 때까지 개별 기저함수의 중요도가 높은 순으로 기저함수를 하나씩 추가하며 찾는다. 이 과정에서 KM은 반복적으로 생성해야 하며, 동시에 데이터 사이의 상관관계를 나타내는 하이퍼 매개변수(Hyper-parameters)도 최대 우도 평가방법을 통해 계산하여야 한다. 하이퍼 매개변수의 값에 따라 선택되는 최적의 기저함수 조합이 달라지기 때문에 KM의 정확도에 막대한 영향을 미치게 된다. 정확한 하이퍼 매개변수를 계산하기 위해서 PMLE 방법을 적용하였으며, Branin-Hoo 함수 문제에 적용하여 BSKM 의 정확성이 개선될 수 있음을 확인하였다.

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    31 December 2023
  • Research Paper

    Optimal Seismic Design Method Based on Genetic Algorithms to Induce a Beam-Hinge Mechanism in Reinforced Concrete Moment Frames

    철근콘크리트 모멘트골조의 보-힌지 붕괴모드를 유도하는 유전자알고리즘 기반 최적내진설계기법

    Se-Woon Choi

    최세운

    This study presents an optimal seismic design method based on genetic algorithms to induce beam-hinge collapse mechanisms in reinforced concrete moment frames. …

    본 연구에서는 철근콘크리트 모멘트골조의 보-힌지 붕괴 기구를 유도하기 위한 유전자알고리즘 기반의 최적내진설계기법을 제시한다. 제안하는 기법은 두 가지의 목적함수을 사용한다. 첫 번째는 구조물의 …

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    This study presents an optimal seismic design method based on genetic algorithms to induce beam-hinge collapse mechanisms in reinforced concrete moment frames. Two objective functions are used. The first minimizes the cost of the structure and the second maximizes the energy dissipation capacity of the structure. Constraints include strength conditions of columns and beams, minimum conditions for column-to-beam flexural strength ratio, and conditions for preventing plastic hinge occurrence of columns. Linear static analysis is performed to evaluate the strength of members, whereas nonlinear static analysis is carried out to evaluate energy dissipation capacity and occurrence of plastic hinges. The proposed method was applied to a four-story example structure, and it was confirmed that solutions for inducing a beam-hinge collapse mechanism are obtained. The value of the column-beam flexural strength ratio of the obtained design was found to be larger than the value suggested by existing seismic codes. A more robust strategy is needed to induce a beam-hinge collapse mode.


    본 연구에서는 철근콘크리트 모멘트골조의 보-힌지 붕괴 기구를 유도하기 위한 유전자알고리즘 기반의 최적내진설계기법을 제시한다. 제안하는 기법은 두 가지의 목적함수을 사용한다. 첫 번째는 구조물의 비용을 최소화하는 것이고, 두 번째는 구조물의 에너지소산능력을 최대화하는 것이다. 제약조건은 기둥과 보의 강도조건, 기둥-보 휨강도비 최소 조건, 기둥의 소성힌지 발생 방지조건 등이 사용된다. 부재의 강도 평가를 위해 선형정적해석이 수행되고, 에너지소산능력과 소성힌지 발생여부를 평가하기 위해 비선형정적해석이 수행된다. 제안하는 기법은 4층 예제 구조물에 적용되었으며, 보-힌지 붕괴 기구를 유도하는 설계안이 얻어지는 것을 확인하였다. 획득된 설계안의 기둥-보 휨강도비를 분석한 결과, 그 값은 기존 내진 기준에서 제시하는 값보다 큰 것으로 나타났다. 보-힌지 붕괴 모드를 유도하기 위해서는 보다 더 강화된 전략이 필요하다.

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    31 December 2023
  • Research Paper

    Performance Analysis of Simultaneous Liftable 3D Concrete Printing Based on Statistical Analysis Algorithm

    통계분석 알고리즘 프로그램을 활용한 동시 인상 3D 콘크리트 프린팅의 성능 분석

    Yoon-Chul Kim, Sung-Jo Kim, Bongsik Kim, Yongsoo Ji, Tong-Seok Han

    김윤철, 김성조, 김봉식, 지용수, 한동석

    In this study, an automated jack-up system, applicable to various fields, was employed for 3D concrete printing and developed as a simultaneous …

    본 논문에서는 다양한 분야에 적용할 수 있는 자동화 동시 인상 시스템을 3D 콘크리트 프린팅에 적용하여 동시 인상이 가능한 3D 콘크리트 프린팅 시스템으로 …

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    In this study, an automated jack-up system, applicable to various fields, was employed for 3D concrete printing and developed as a simultaneous liftable 3D concrete printing system. This developed printing system enables safe and precise jack-up by monitoring the measured jack-up distance using Pearson correlation coefficient analysis and a hydraulic system with interquartile range analysis in real-time during 3D concrete printing operations. It is possible to secure the quality of 3D concrete printing structures, which is essential for expanding the application of 3D concrete printing to construct larger structures. Specimens were printed using both conventional 3D concrete printing and simultaneous liftable 3D concrete printing to evaluate the system performance. The printed specimens were investigated using a 3D scanner. The layer-wise diameter and angle of intersection of the scanned specimens were measured, and an analysis was performed to verify the advantages of the simultaneous liftable 3D concrete printing.


    본 논문에서는 다양한 분야에 적용할 수 있는 자동화 동시 인상 시스템을 3D 콘크리트 프린팅에 적용하여 동시 인상이 가능한 3D 콘크리트 프린팅 시스템으로 개발하였다. 개발된 시스템은 3D 콘크리트 프린팅 작업 중 측정되는 인상량을 피어슨 상관계수를 통해 분석하고, 유압시스템을 사분위수 기법으로 실시간 모니터링하여 안전하고 정밀한 인상이 가능하다. 이를 활용하면 3D 콘크리트 프린팅 구조물의 출력 품질을 확보함과 동시에 3D 콘크리트 프린팅의 규모보다 큰 구조물을 출력할 수 있다. 시스템의 성능을 평가하기 위해 기존의 3D 콘크리트 프린팅과 동시 인상이 가능한 3D 콘크리트 프린팅을 각각 이용하여 시편을 출력하였다. 출력된 시편은 3D 스캐너를 활용하여 측정하였다. 스캔한 시편의 층별 직경과 시편의 교차각을 측정하였으며, 분석을 통해 동시 인상이 가능한 3D 콘크리트 프린팅의 성능을 검증하였다.

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    31 December 2023
  • Research Paper

    Analysis of Piezoresistive Properties of Cement Composites with Fly Ash and Carbon Nanotubes Using Transformer Algorithm

    트랜스포머 알고리즘을 활용한 탄소나노튜브와 플라이애시 혼입 시멘트 복합재료의 압저항 특성 분석

    Jonghyeok Kim, Jinho Bang, Haemin Jeon

    김종혁, 방진호, 전해민

    In this study, the piezoresistive properties of cementitious composites enhanced with carbon nanotubes for improved electrical conductivity were analyzed using a deep …

    본 논문에서는 시멘트에 탄소나노튜브를 혼입하여 전기 전도성을 향상시킨 복합재료의 압저항 특성을 딥러닝 기반 트랜스포머 알고리즘을 적용하여 분석하였다. 훈련 데이터 확보를 위한 실험수행을 …

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    In this study, the piezoresistive properties of cementitious composites enhanced with carbon nanotubes for improved electrical conductivity were analyzed using a deep learning-based transformer algorithm. Experimental execution was performed in parallel for acquisition of training data. Previous studies on mixture design, specimen fabrication, chemical composition analysis, and piezoresistive performance testing are also reviewed in this paper. Notably, specimens in which fly ash substituted 50% of the binder material were fabricated and evaluated in this study, in addition to carbon nanotube-infused specimens, thereby exploring the potential enhancement of piezoresistive characteristics in conductive cementitious materials. The experimental results showed more stable piezoresistive responses in specimens with fly-ash substituted binder. The transformer model was trained using 80% of the gathered data, with the remaining 20% employed for validation. The analytical outcomes were generally consistent with empirical measurements, yielding an average absolute error and root mean square error between 0.069 to 0.074 and 0.124 to 0.132, respectively.


    본 논문에서는 시멘트에 탄소나노튜브를 혼입하여 전기 전도성을 향상시킨 복합재료의 압저항 특성을 딥러닝 기반 트랜스포머 알고리즘을 적용하여 분석하였다. 훈련 데이터 확보를 위한 실험수행을 병행하였으며, 기존 연구문헌을 참조하여 배합설정, 시편제작, 화학조성 분석, 압저항 성능측정 실험을 수행하였다. 특히 본 연구에서는 탄소나노튜브 혼입 시편뿐 아니라 플라이애시를 바인더 대비 50% 대체한 시편에 대한 제작 및 성능평가를 함께 수행하여, 전도성 시멘트 복합재료의 압저항 특성 향상 가능성을 탐구하였다. 실험결과, 플라이애시 대체 바인더의 경우 보다 안정적인 압저항 특성결과가 관찰되었으며, 측정된 데이터의 80%를 이용하여 트랜스포머 모델을 훈련시키고 나머지 20%를 통해 검증하였다. 해석 결과는 실험적 측정과 대체로 부합하였으며, 평균 절대 오차 및 평균 제곱근 오차는 각각 0.069~0.074와 0.124~0.132을 나타내었다.

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    31 December 2023