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A Study on The Introduction of Autonomous Truck for Middle-mile Container Transportation
No full textWith the development of autonomous driving technology, the uncrewed operation has become possible in a specific section, and a test of autonomous driving trucks with level 4 technology is in progress. It is expected to be commercialized in 2023.
Self-driving trucks need to be introduced quickly to solve the problem of aging drivers, reduce traffic accidents, reduce logistics costs, and improve the environment.
In this study, we analyzed the economic feasibility of introducing an unmanned autonomous container transportation service between the Middle-mile highway IC section between the Seoul metropolitan area and Busan port, which has high logistics cost and high volume and standardized freight by using an uncrewed autonomous truck with level 4 autonomous driving technology.
Three scenarios performed the economic analysis; the first scenario by a human-crewed diesel truck, the second scenario by an uncrewed diesel truck, and the third scenario by an uncrewed electric truck, respectively. The cost saving of 13.5% for the second scenario and 30.6% for the third scenario were achieved compared to the first scenario.
This study was written based on the actual cost of the safe fare system and recent autonomous driving technology, and a more accurate analysis was performed for each case. The main meaningful result of this study is the presentation of a win-win cooperation plan and the effect of equally distributing additional revenue generated when introducing autonomous trucks to transportation entities (shippers, transportation companies, and drivers).|자율주행 기술의 발전으로 특정 구간에서 무인 운행이 가능하게 되었고, 레벨4 기술을 적용한 무인 자율주행 트럭의 테스트가 진행 중이며 2023년 상용화를 앞두고 있다.
자율주행 트럭은 운전원 고령화 문제 해결, 교통사고 감소, 물류비 절감, 환경 개선을 위해 빠른 도입이 필요하지만, 도입 시 발생할 수 있는 문제점인 운전원 실직에 대한 상생협력 방안 마련이 필요하다.
본 연구에서는 레벨4 자율주행 기술이 적용된 무인 자율주행 트럭을 이용하여 물류비 단가가 높고 물동량이 많으며 규격화되어 있는 수도권과 부산항 구간 중 미들마일 고속도로IC 구간 무인 자율주행 컨테이너 운송 서비스 도입 시 경제성을 분석하였다.
현재의 유인 경유 트럭으로 운송하는 Case 1, 미들마일 구간 무인 경유 트럭으로 운송하는 Case 2, 무인 전기 트럭으로 운송하는 Case 3에 대하여 각각 경제성 분석을 행하였으며, 비용 측면에서 Case 1 대비 Case 2와 Case 3은 각각 13.5%, 30.6% 절감 효과가 나타났다.
본 연구는 안전운임제 기준 실질적인 비용과 최근 자율주행 기술을 근거로 작성하여 항목별 보다 정확한 분석을 하였으며, 자율주행 트럭 도입 시 발생한 추가 수익을 운송주체(화주, 운송사, 운전원)에게 균등 배분하는 상생 협력방안과 효과를 제시한 점이, 본 연구에서 주된 유의미한 결과라고 볼 수 있다.제 1 장 서론 1
제1절 연구의 배경 및 목적 1
제2절 연구 내용 및 방법 4
제 2 장 자율주행 기술 및 동향 5
제1절 자율주행 정의 및 역사 5
1. 자율주행 정의 5
2. 자율주행 기술의 역사 8
제2절 자율주행 기술 개발 현황 13
1. 자율주행 시장 규모 13
2. 자율주행 경쟁력 14
3. 자율주행 자동차 개발 현황 15
제3절 자율주행 트럭 개발 현황 24
1. 미국 25
2. 유럽 30
3. 국내 31
4. 기업별 종합 33
제4절 선행연구 분석 및 시사점 35
제 3 장 우리나라 자율주행 트럭 도입 전략 37
제1절 자율주행 화물차 도입 필요성 37
1. 고령화 문제 37
2. 사고 감소 40
3. 물류비 절감 41
4. 환경 개선 41
제2절 컨테이너 화물 운송 사업 실태 분석 42
1. 컨테이너 운송 시장 42
2. 운전원 근무 환경 43
3. 컨테이너 운전원 자율주행 인식 조사 45
제3절 자율주행 트럭 도입 방향 46
1. 컨테이너 운송의 미들마일 정의 46
2. 미들마일 컨테이너 운송 도입 방안 47
제4절 자율주행 도입 방안 분석 50
제5절 미들마일 구간 자율주행 방안 51
1. 가정 51
2. 방안별 특징 분석 52
제 4 장 미들마일 자율주행 트럭 도입을 통한 상생 효과 54
제1절 분석 방법 54
1. 고정원가 항목 54
2. 변동원가 항목 59
3. 인건비(차주 수입) 60
4. 레벨4 자율주행 트럭 도입시 추가 비용 60
제2절 미들마일 자율주행 트럭 도입 효과 분석 62
제3절 운송 주체별 상생방안 66
1. 화주 상생효과 분석 68
2. 운송사 상생효과 분석 69
3. 운전원 상생효과 분석 69
제4절 미들마일 자율주행 트럭 도입 시사점 70
제 5 장 결론 72
제1절 연구결과 및 시사점 72
제2절 연구의 한계점 및 향후과제 74Maste
Anti-corrosion evaluation on internal discoloration of duplex stainless steel for marine desulfurization plant
No full text현대 경제의 급속한 발전과 함께 환경오염 문제, 특히 대기오염 문제가 더욱 심각해지고 있다. 여기서 대기오염으로 인한 피해는 전세계 국가와 국제사회에 널리 우려가 되고 있다. 이에 따라 2016년 유엔(United Nations, UN)산하의 국제해사기구(The International Maritime Organization, IMO)에서는 대기오염물질의 지속적인 증가 및 사회 경제적 비용의 증가도 의식하여 2020년 이후 선박연료유의 황 함유량을 현행 3.5%에서 0.5%로 제한하는 조치를 취하였다. 선박을 운용하는 해운선사들은 이에 따른 대응으로 첫 번째로, 저유황유를 사용하는 방법, 두 번째로 LNG와 같은 대체 연료를 사용하는 방안, 그리고 마지막으로 탈황장비와 같은 후처리 장비를 사용하는 방안으로 선별-강구하게 되었다. 글로벌 주요 해운선사들은 저유황유와 고유황유의 톤당 가격차이가 300불만 되더라도 탈황장비 설치비용을 3~4년만에 회수할 수 있기 때문에 탈황장비의 사용이 경제적이면서 효율적인 방법으로 분석하고 활발히 탈황장비를 설치하고 있는 추세이다.
한편, 탈황장비를 운용하는 과정 중 장비 내 설치 된 스테인리스 강재에서 원인을 알 수 없는 변색이 집중적으로 발생 되고 있어서 운영 관련한 해운회사들은 이런 현상을 부식이라고 지적하며 해명을 요구하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 실제 선박의 탈황장비내 스테인리스 강 중, 변색된 충진재와 변색되지 않은 충진재를 채취하여 재료표면 분석을 함은 물론 각종 내식시험을 실시하여 스테인리스 강 변색유무별 재료특성과 내식특성 평가결과 간의 상관관계를 분석-검토하였다.
즉, 본 연구에서는 1년 이상 탈황장비를 운용한 선박에 승선하여 듀플렉스 스테인리스 강(UNS S32205) 재질의 변색된 충진재와 변색이 되지 않은 충진재를 채취하였다. 충진재는 또한 이 재질에 대하여 변색된 얼룩과 변색되지 않은 표면의 미세구조와 원소 성분분포를 분석하였다. 그리고 이 재질의 변색이 내식특성에 미치는 영향을 비교/검토하기 위해 침지-자연전위측정, 동전위양극분극시험, 임계공식온도시험 및 여기서 미세조직 및 원소조성에 대한 갈바닉 셀 부식시험을 실시하였다.
재료특성 분석한 결과에 의하면, 정상부와 변색부의 미세조직은 전형적인 듀플렉스 스테인리스 강으로 확인되었다. 또한 여기서 정상부는 듀플렉스 스테인리스 강의 성분과 유사하게 나타난 반면 변색부는 염소(Cl), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)이 확인되었음은 물론 추가로 탄소(C)와 산소(O)가 월등히 높은 것으로 검출 되었다.
또한 이들 재질에 대한 정상부와 변색부 간의 입계부식 예민화를 정량적으로 평가한 시험에서는 재료의 입계부식 저항성이 거의 동일하였고, 오히려 평균부식속도가 0.2075mm/year으로 매우 우수한 조건을 가지고 있는 것으로 나타났다.
그리고 이들에 대한 전기화학적 자연전위 측정과 동전위양극분극 시험 및 임계공식온도 시험을 통해 내식특성을 평가한 결과에 의하면, 정상부와 변색부간의 내식특성이 거의 유사한 수준으로 나타났고, 여기서도 오히려 변색부의 내식특성이 약간 더 높은 것으로 나타났다.
마지막으로 이들 재질의 변색부가 정상부에 미치는 영향을 평가하기 위해 갈바닉 부식 시험한 결과에 의하면, 정상부가 오히려 양극작용을 하는 것이 확인되어 정상부가 먼저 부식이 되는 것처럼 보이나 변색부의 영역이 정상부 대비 상대적으로 매우 작아 두 영역간에 부식이 발생 될 소지는 매우 작은 것으로 추정되었다
이상의 시험결과에 의거하여 재료특성과 내식특성 간의 상관관계를 종합하고, 탈황장비의 내부 변색에 대해 해명-정리할 수 있었다,. 즉, 어떤 시험에서도 변색부가 정상부보다 내식특성이 낮게 측정된 결과는 나타나지 않았다. 여기서 변색부는 탈황장비 내 환경 중 성분의 영향에 의해 반응된 표면의 산화물로써 보호막의 기능을 하며 부식진행에 영향을 주지 않는 것으로 사료된다.
그러나 장기적인 관점에서 이 재질의 변색은 그 정도에 따른 미소하나마 주변 정상부와의 전위차를 유발할 수 있으므로 주기적으로 관찰-관리가 되어야 할 것으로 사료된다.제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구내용 7
제 2 장 이론적 배경 8
2.1 선박배출가스 규제 8
2.2 탈황장비 환경 및 부식인자의 이해 10
2.3 듀플렉스 스테인리스강의 내식특성 16
제 3 장 실험 방법 22
3.1 사용재료 및 시험편 채취 22
3.2 재료 분석 방법 24
3.3 내식특성 평가시험 방법 26
제 4 장 실험결과 및 고찰 31
4.1 탈황장비내 스테인리스 강재의 변색유무별 조직 및 표면분석 31
4.2 탈황장비내 스테인리스 강재의 변색유무별 내식특성 평가 37
제 5 장 결 론 51
참고 문헌 54Maste
A numerical and experimental study on design criteria for Novec Gas fire extinguishing system
No full textNovec gas is a clean fire extinguishing agent that causes no harm to the human body and is used in ships and marine structures.
This study was performed to develop a design technique for a Novec fire extinguishing system to control the thermal runaway of lithium-ion batteries.
Gas-based fire extinguishing systems pressurize fire extinguishing agents into a storage container and keep them in it before discharging them through the pressure of the container, which means that the time it takes to discharge the entire or some of the fire extinguishing agents is the most important factor in the design process. Since fire extinguishing agents are discharged through the pressure of the storage container, the discharge pressure continues to drop from the point when the discharge starts. It is realistically impossible to take all of these into consideration in the design process.
Gas-based fire extinguishing systems are designed with a predetermined level of average discharge pressure based on the pressure of their storage container. In the present study, the average discharge pressure was set at 42 bars since the pressure of a Novec gas container was 50 bars.
The discharge time of gas-based fire extinguishing systems varies according to the length and size of a pipe and the discharge characteristics of a nozzle. Since the material properties of Novec gas were not revealed, the Fanning coefficients widely used in gas-based piping systems were applied in the study.
The study developed a design technique for Novec gas-based fire extinguishing systems based on the piping network analysis technique, applied it to a Novec gas-based fire extinguishing system designed arbitrarily, and found that its fire extinguishing agents could be discharged within ten seconds.
In addition to the design technique for Novec gas-based fire extinguishing systems, the study analyzed flows to develop a nozzle and conducted an experiment with Novec gas.
A nozzle was designed with a row of orifices based on the nozzles used in CO2 fire extinguishing devices, which are gas-based fire extinguishing systems representing nozzles for Novec gas-based fire extinguishing systems. The single-row nozzle was interpreted for its flows, and the results show that it did not meet the 0.63kg/s recommended by Novec gas-based fire extinguishing system manufacturers. A four-row nozzle was redesigned and interpreted for its flows, and the results met the 0.63kg/s standard and confirmed the discharge characteristics of the nozzle.
A discharge experiment was conducted with Novec gas to further examine the characteristics of Novec gas-based fire extinguishing systems. Since gas-based fire extinguishing systems discharge their fire extinguishing agents in a very short time, the investigator used a precise measuring instrument to measure temperature and pressure.
The experiment discharged CO2 and Novec gas with the same pipe and nozzle to closely observe the discharge characteristics of Novec gas and compare them with those of CO2 whose discharge characteristics were known well. The experiment outcomes demonstrate that Novec gas had excellent cooling effects.1. 서 론 1
1.1 연구개요 및 필요성 1
1.2 국내외 현황 8
1.3 연구 동향 10
2. 노벡가스 13
3. ESS용 소화설비 15
3.1 ESS 소화설비 15
4. Novec Gas 소화 설비의 설계 27
4.1 지배 방정식 28
4.2 유체의 물성치 29
4.3 유동손실 산정식 36
4.4 Novec Gas 분출 용량 산정 42
5. Novec Gas 설계 S/W 개발 54
5.1 계산 알고리즘 54
5.2 S/W를 활용한 설계 - 사례1 57
5.3 S/W를 활용한 설계 - 사례2 62
5.4 S/W를 활용한 설계 - 사례3 68
5.5 계산결과에 대한 고찰 73
6. 모델링 및 유동해석 방법 75
7. NOVEC 가스 소화설비의 성능시험 86
7.1 일반사항 86
7.2 성능시험설비 86
7.3 성능시험 결과 98
8. 결 론 100
참고문헌 102
국문 초록 110Docto
배합사료내 어분대체원으로서의 다양한 동·식물성 원료 및 이들 혼합분 대체에 따른 조피볼락 (Sebastes schlegeli) 치어의 성장에 미치는 효과
No full textThis study investigated the substitution effect of the fish meal (FM) with various animal and plant protein sources and their blends in the diet on growth, feed utilization, biological indices, chemical composition, plasma chemistry, and non-specific immune response of juvenile rockfish (Sebastes schlegeli). A total of 1,080 juvenile (initial weight of 2.4 g) rockfish was randomly distributed into 27, 250-L flow-through tanks (3 tanks per diet; 40 fish/tank). All experimental fish were hand-fed twice a day for 8 weeks. Nine experimental diets were prepared. The control diet (Con) contained 60% FM. In the Con diet, FM level was reduced by 35%, and a reduced amount of FM (25% in diet) was substituted with equal amount of protein from tuna by-product meal (TBM), duck by-product meal (DBM), corn gluten meal (CGM), and microalgal meal (Schizochytrium sp., SCH), and their 1:1 blends (TBM and CGM, TBM and SCH, DBM and CGM, and DBM and SCH) (referred to as the TBM, DBM, CGM, SCH, CTC, CTS, CDC, and CDS diets respectively). After 8 weeks feeding trial, weight gain and specific growth rate (SGR) of rockfish fed the DBM, SCH, CTS, and CDS diets were not significantly (P > 0.05) different from those of fish fed the Con diet. The highest feed consumption of fish was observed in fish fed the CTS diet, followed by the CDS, SCH, Con, DBM, TBM, CDC, CTC, and CGM diets, in that order. Feed efficiency (FE) and protein efficiency ratio (PER) of rockfish fed the TBM, DBM, SCH, CTS, and CDS diets were not significantly (P > 0.05) different from those of fish fed the Con diet. Protein retention (PR), biological indices, hematological parameters, non-specific immune response, chemical composition, and amino acid profiles of the whole body of fish were not significantly influenced by the experimental diets (P > 0.05 for all). In conclusion, when rockfish diets contain 60% FM, DBM, SCH, CTS, and CDS can be successfully included by reducing the FM level by 35% without retardation on growth performance, feed consumption, feed utilization, biological indices, hematological parameters, non-specific immune responses, and AA profiles of the whole body of rockfish.1. Introduction 1
2. Materials and Methods 6
2.1. Preparation of the experimental diets 6
2.2. Preparation of fish and rearing condition 8
2.3. Measurement of the growth of rockfish 8
2.4. Chemical analysis of protein source, experimental diets, and whole body of fish 9
2.5. Hematological parameters of fish 10
2.6. Non-specific immune responses of fish 10
2.7. Statistical analysis 11
3. Results 12
3.1. AA profiles of various protein sources and the experimental diets 12
3.2. FA profiles of various protein sources and the experimental diets 14
3.3. Survival, growth performance, feed consumption, and feed utilization of rockfish 17
3.4. Biological indices of rockfish 20
3.5. Hematological measurements of rockfish 22
3.6. Non-specific immune responses of rockfish 24
3.7. The proximate composition of rockfish 26
3.8. AA profiles of the whole body of rockfish 28
3.9. FA profiles of the whole body of rockfish 30
4. Discussion 34
References 40Maste
선박용 기기 및 부속 공급업체를 중심으로
No full text본 연구는 선용품 공급기업의 경쟁력 결정요인을 고찰하고 이들 결정요인 들을 비교 평가함에 있어서 해운선사와 선박관리 기업 그리고 선박 수리업체가 공통적으로 구매하고 있는 선박용 기기 및 부속을 공급하고 있는 선용품 공급업체에 한정하여 연구를 수행하였다.1 서 론 1
1-1. 연구의 필요성 및 목적 1
1-2. 연구의 방법 및 구성 3
2 이론적 배경 6
2-1.기업 경쟁력 결정 요인 6
2-2. 선용품 공급업의 의의 16
2-3. 선용품 공급업 경쟁력에 관한 선행연구 18
3. 선용품 공급기업 현황 24
3-1. 선용품 공급 산업 현황 24
3-2.선박용 기기 및 부속 종류 및 공급 38
4. 선용품 공급기업 경쟁력 결정요인 47
4-1. 선용품 공급기업 경쟁력 결정요인 47
4-2. 선용품 공급기업 경쟁력 결정요인 AHP 평가 48
5.결론 59
5-1. 연구 결과의 요약 59
5-2. 연구의 한계 및 향후 연구 방향 62Maste
A Study on the Construction of Spatio-Temporal Emission Map using Big Data based on Ship Operation
No full textMARPOL(Maritime Pollution Treaty)은 선박의 통상적인 오염물질 배출에 의한 해양오염 방지 목적으로 1973년 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)에서 정한 국제 협약이다. 1978년에 의정서가 채택되어 MARPOL 73/78으로 표기하기도 한다. 1983년에 최초로 발효되었으며, 구성은 조문(Article)과 6개의 부속서(Annex I~VI)으로 이루어져 있다, 최근 선박 배기가스 배출규제 강화 목적으로 부속서 6장이 개정됨에 따라 관련 규정을 충족하기 위한 적극적인 조치가 요구된다. 이러한 추세에 맞추어 정부는 항만 지역 등 대기질 개선 종합계획을 수립하였다. 항만대기질법에 근거하여 황산화물 배출규제 해역과 대기질 관리구역, 해당 관리구역 내 저속운항해역을 고시하여 대기질 개선, 국민 건강·권익 확보하기 위한 규제를 명시하고 있다. 대기환경보전법에 근거하여 항만과 도서 지역 등에 대기질을 측정할 수 있는 측정망을 설치하였으며, 측정된 대기질 정보는 해양환경 정보 포털을 활용하여 국민에게 제공하고 있다. 2018년 기준 발틱해·북해 배출규제해역에 대비하여 동북아시아 해역 (한국·중국·일본) 내 선박 활동량이 많음에 따라 해당 해역에서의 공동 배기가스 배출규제해역의 지정 검토가 필요하다. IMO의 승인을 통한 규제 해역 지정 절차의 진행을 위해서는 해당 지역의 대기환경에 대한 종합적인 분석이 필수적으로 요구된다. 즉, 국내 또한 외항 지역 범위의 배기가스 배출량 산출과 관련한 연구가 필요하다. 구축된 관측망을 통한 식별된 데이터 측정값을 비교, 확인하고 각종 정책 효과에 대한 추가 검증이 가능하도록 배기가스 배출량 산정체계를 확립하는 것이 요구된다. 본 연구에서는 외항 지역에서의 항해하는 선박의 배기가스 배출량을 계산하는 방법을 제안하고 이를 통해 배출규제해역 확대 시 정량적 효과의 평가 방안을 제시한다. 지리정보시스템(Geographic Information System, GIS)과 Structured Query Language(SQL)를 이용하여 격자 내 선박 점유시간 계산한다. 점유시간이 길다는 의미는 해상에서 통항 선박의 밀집도가 강하게 분포되어 있음을 의미한다. 이는 배출가스 배출이 밀집되어 있음을 나타내며, 계산된 점유시간에 시간당 배출량과 배출 계수를 곱하여 해당 해역 내 배출 총량을 산출한다. 또한 선박의 길이와 선속을 기준으로 운항 패턴별 배출 Matrix 확립하였다. 해당 Matrix를 활용하여 시간당 배출량과 배출 총량을 계산 시 적용하였다. 이를 토대로 여러 배출 Case 중 Worst Case 식별을 할 수 있으며, 해당 Case에 대한 선제적 조치를 적용할 수 있다. 상기 절차로 산출된 배출 총량 분석 결과를 GIS 환경에서 시각화하였다. 여러 가지 국내 황산화물 배출규제 해역 확대 시나리오를 설정하여 비교 공간평가를 통하여 배출량 감소 효과를 정량적으로 확인하고 배기가스 시공간 통계지도를 구축하였다.제1장 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 내용 및 구성 5
제2장 배출규제 동향 및 분석 데이터 6
2.1 배출규제해역 (Emission Control Area, ECA) 6
2.2 국내·외 동향 11
2.2.1 유럽 (Europe) 12
2.2.2 미국 (USA) 13
2.2.3 중국 (China) 14
2.2.4 한국 (Korea) 16
2.3 데이터 특징 및 전처리 26
2.3.1 선박자동식별시스템 (AIS) 26
2.3.2 AIS & IHS Markit 데이터 28
2.3.3 지리정보시스템 (GIS) 31
제 3 장 배기가스 배출량 산출 34
3.1 배출량 산출 모델링 34
3.1.1 배출량 분석 Matrix 모델링 36
3.1.2 분석 해역 모델링 44
3.1.3 AIS 데이터 모델링 45
3.2 격자 내 선박 점유시간 분석 49
3.2.1 점유시간 산출 모델링 50
3.2.2 점유시간 산출 결과 51
3.3 시간당 배출량 분석 52
3.3.1 Engine Power (MCR) 53
3.3.2 Load Factors (LF) 54
3.3.3 Power Demands (Energy) 57
3.3.4 Correction Factors (Emission & Fuel) 61
3.3.5 시간당 배출량 산출 결과 62
3.4 배기가스 배출량 분석 66
3.4.1 배출량 산출 결과 66
제 4 장 시공간 통계지도 구축 및 시각화 74
4.1 통계지도 생성 모델링 74
4.2 정량 데이터 시각화 방법 77
4.2.1 내추럴 브레이크(Jenks) 77
4.2.2 등도수(Quantile) 78
4.2.3 등간격(Equan-interval) 78
4.2.4 지오메트리 간격(Geometry interval) 79
4.2.5 시각화 방법 비교 80
4.3 공간분석 및 통계지도 활용 84
4.3.1 공간분석 시나리오 86
4.3.2 공간분석 결과 87
제5장 결론 98
5.1 연구의 결론 98
5.2 향후 연구과제 99Maste
Soil liquefaction and post-liquefaction behavior of ground and its affecting factors
No full textSoil liquefaction refers to a phenomenon wherein a saturated soil loses strength in response to a dynamic load, usually earthquake shaking causing to increase in pore water pressure. Increase in pore water pressures is the result of rapid loading situation during seismic events where there is not enough time for dissipation of excess pore water pressures through natural drainage. This phenomenon and subsequent ground settlements which causes large deformation of soil layers, may seriously damage the structures. Since Niigata and Alaska earthquakes in 1964, more researches focused on the basic mechanism and various aspects of liquefaction and associated problems. The present study attempts to investigate the soil liquefaction and subsequent ground deformations that may seriously damage the structures. The primary factors affecting the soil liquefaction will be discussed in order to quantify their effect on the liquefaction and post-liquefaction behaviour of the ground.
There are various factors affecting the soil liquefaction. Among them, the packing density and void ratio can be mentioned, that are key mechanical characteristics of soil in geotechnical engineering. Previous experimental studies on sand-silt mixtures have shown that silty fines significantly affect the soil fabric and resulting mechanical behavior. Some bilinear models have been proposed to capture minimum and maximum void ratios. In Chapter 2, previously-reported data from 37 soil mixtures with 338 individual specimens for which the minimum void ratios are available were studied. The results helped form the basis to develop a nonlinear model capable of estimating the shape of the minimum void ratio curve of the sand-silt mixtures. The equations of minimum void ratios were derived for soil mixtures in coarse and fine grain dominant regions. The results show that the predicted values of minimum void ratios by quadratic polynomial equations agree well with the measured data; the root mean square error (RMSE) is 0.03. The proposed model only requires one data from the experimental test to predict the minimum void ratio for any soil mixture with various fine contents.
There are some mathematical models that predict the limit void ratios, however, the results obtained through these models have shown some discrepancies with the experimentally measured limit void ratios; in particular, the model predictions were inaccurate around the threshold fines content in case the limit void ratio is minimum. Previous studies revealed that in a sand-silt mixture, the parameters affecting the maximum void ratio are almost same as those of the minimum void ratio. To overcome this issue, Chapter 3 extends the mathematical model for estimating minimum void ratios of soil mixtures to predict the maximum void ratios of soil mixtures as a function of fines content. The extended model is verified by data from 37 soil mixtures with various soil samples. The predictions fitted well with the experimental results, whether there were small or big reductions in the maximum void ratios and with various fines content for both coarse- and fine-dominant regions with the root mean square error equal to 0.043. Moreover, 44 tests were conducted on 22 different mixed graded soil samples from the Nakdong River soil in Busan to obtain the minimum and maximum void ratios of soil mixtures at different fines content. The predictions of the test results for the minimum and maximum void ratios via the model confirmed the applicability of the proposed nonlinear model.
In Chapter 4, a SPT-N based investigation is carried out to assess the susceptibility of liquefaction in Eco-Delta city, located in the southwestern part of Busan city in South Korea. Data from 229 sites are analyzed for the earthquake of 7.5 magnitude with a peak horizontal acceleration of 0.2g to carry out the liquefaction potential index (LPI) through two deterministic methods which have different factors of safety (FS). The liquefaction probability is investigated by the deterministic and reliability methods and the liquefaction hazard maps are generated. To observe the effect of fines content and plasticity index on the liquefaction susceptibility, three different cases are considered. It is found that among the four approaches used, Overseas Coastal Area Development Institute of Japan (OCDI) method showed more sensitivity to changes of fines content and plasticity index. The Eco-Delta city is found to be highly vulnerable to liquefaction having 91% of sites with LPI values greater than 15.
A solidification (compaction) process always occurs after liquefaction due to the dissipation of excess pore water pressure and causes permanent settlement in the ground. In Chapter 5, data from Nakdong River soil in Busan, South Korea is used to simulate 53-m-deep free-field ground with a 10-m-deep layer of liquefiable sandy soil. A sensitivity analysis was performed by subjecting three different soil densities to four different sinusoidal motions with different amplitudes and frequencies to investigate the differences in the outcome. The excess pore water pressures at various depths and settlements were estimated in 12 analysis cases. Compared to the initial settlement due to liquefaction, significantly greater settlement due to the dissipation of the excess pore water pressure and solidification was found (78% of the final settlement in the weakest motion case), which should be considered in liquefaction analysis. By regression analysis of the results, an exponential function of normalized depth is proposed to accurately estimate the final settlement after dissipation of excess pore water pressure based on the motion properties at any particular depth.Abstract xix
Preface xxiii
CHAPTER 1. Introduction 1
1.1. Overview and previous researches 1
1.2. Objectives 2
1.3. Novelty of research 3
1.4. Dissertation organization 4
CHAPTER 2. Nonlinear estimation model of minimum void ratio for sand-silt mixtures 7
2.1. Introduction 7
2.2. Concept of the new nonlinear model 10
2.3. Soil database 14
2.4. Evaluation of the new model 18
2.5. Results and discussion 24
2.6. Summary 40
CHAPTER 3. Study of the maximum void ratio with effect of fines content for soil mixtures 42
3.1. Introduction 42
3.2. Model for minimum void ratio of sand-silt mixtures 43
3.3. Concept of the extended model to maximum void ratio 45
3.4. Maximum void ratio for coarse-dominant region 46
3.5. Maximum void ratio for fine-dominant region 47
3.6. Collected data 48
3.7. Applicability of the model to the collected data 52
3.8. Applicability of the model to the Nakdong River soil 72
3.9. Soil tested 73
3.10. Procedures for minimum and maximum density testing 75
3.11. Experiment result and discussion 76
3.11.1. Minimum void ratio tests 76
3.11.2. Maximum void ratio tests 80
3.12. Summary 83
CHAPTER 4. Effect of fines content on the liquefaction of Eco-Delta city (Busan) using different approaches 85
4.1. Introduction 85
4.2. Investigation of study area 87
4.2.1. Geological and tectonic 87
4.2.2. Seismotectonics 88
4.3. Study area 90
4.4. Deterministic evaluation of liquefaction probability 94
4.5. Seed and Idriss approach 94
4.6. DSHB approach 100
4.7. OCDI approach 110
4.8. Reliability evaluation of liquefaction probability 115
4.9. Results and liquefaction hazard maps 120
4.10. Summary 132
CHAPTER 5. Earthquake-induced settlement of sand due to dissipation of excess pore water pressure 134
5.1. Introduction 134
5.2. Outline of model 136
5.3. Analysis cases 137
5.4. Results and discussion 141
5.5. Estimation of post-liquefaction settlement 165
5.6. Summary 167
CHAPTER 6. Conclusions and recommendations 169
6.1. Summary and conclusions 169
6.2. Limitations and recommendations 173
References 175
APPENDIX A. Detailed analysis result for settlement for 12 cases 187
APPENDIX B. Detailed analysis result for generation of excess pore water pressure for 12 cases 193
APPENDIX C. Detailed analysis result for dissipation of excess pore water pressure for 12 cases 199Docto
The Effect of Carbothermic Reduction on the Sulfuric Acid Leaching of Cathode Materials from Spent Lithium-ion Batteries
No full text유가금속인 리튬(Li), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn)을 함유하는 폐리튬이온배터리(spent Lithium-Ion Battery, spent LIB) 발생의 급증에 대비해 효율적인 재활용 공정 구축이 필요하다. 상용 재활용 공정의 황산 침출 공정은 회분식으로 운영되고 있으나 급증하는 폐리튬이온배터리 발생량을 처리하기 위해서는 연속침출공정 개발이 요구된다. 본 연구에서는 양극재를 환원시키기 위해 침출 공정 전에 환원배소를 수행하고 황산만으로 침출이 가능하도록 처리하는 연구를 수행하였다. 환원배소 시 환원제로는 음극재인 흑연을 활용하고자 탄소 성분을 선택하였다. 폐리튬이온배터리 양극재에 시약급 탄소(활성탄 및 흑연)를 일정한 비율로 혼합하여 배소공정에 이용하고, 환원 배소 후 황산 침출하여 유가금속인 리튬, 니켈, 코발트, 망간의 침출 거동을 확인하였다. 탄소성분 이용 환원배소 가능성을 확인하기 위하여 배소온도(600~900℃), 환원제 종류(활성탄, 흑연, 폐음극재), 당량비 조건을 변수로 설정하였다. 배소시간(60min), 배소 온도 상승 속도(7℃/min), 주입 가스 및 유량(Ar 0.7L/min), 침출 조건(교반속도 : 400rpm, 온도 : 90℃, 광액 농도 : 25%, 침출액 : 1M H2SO4, 시간 : 120min) 등 다른 조건은 고정하였다. 활성탄을 이용하여 배소했을 때 배소온도 600, 700, 800℃에서 리튬, 니켈, 코발트, 망간의 침출 효율은 99.9% 이상이다. 흑연을 이용하여 배소하였을 때 모든 금속의 침출 효율은 98% 이상이다. 폐음극재를 이용하여 배소하였을 때 리튬과 망간 침출률 99.9%이상, 니켈 침출률 96.5% 이상, 코발트 침출률 99.7% 이상이다. 활성탄과 폐음극재의 경우 당량비가 클수록 침출 효율이 증가하며 흑연의 경우 당량비와 무관하게 모든 금속 침출률은 98% 이상으로 나타나 환원배소 후 황산침출공정에 의해 유가금속성분이 성공적으로 침출된 것을 알 수 있었다.|An efficient recycling process of spent lithium ion batteries (LIB) is required to prepare for a rapid increase in the generation of spent LIB containing valuable metals such as lithium(Li), nickel(Ni), cobalt(Co), and manganese(Mn). The continuous leching process will replace the batch sulfuric acid leaching in commercial leaching processes to treat the rapid increasing amount of spent LIB. In the present study, the process using sulfuric acid leaching after roasting process with carbon sources, which reduce cathode materials, was investigated, and spent graphite, which is used as anode material in LIB, was chosen as a reductant during the roasting process. A sample mixture was used in the roasting process, by mixing the cathode materials of spent LIB and reagent-grade carbon sources (activated carbon or graphite) with a designated ratio, and the leaching behaviors of Li, Ni, Co, and Mn were examined. In a typical run of roasting and leaching tests was performed under the following conditions; roasting time 60 min, heating rate 7℃/min, Ar gas inlet 0.7L/min, agitation speed 400 rpm, leaching temperature 90℃, pulp density 25%, leaching solution 1M H2SO4, and leaching time 120min. The effects of roasting temperature (600~900℃), the type of reductant (activated carbon, graphite, and spent anode materials), equivalent ratio on the leaching were investigated to confirm the feasibility of roasting process. At 600, 700, 800℃ of roasting temperature, the leaching efficiencies of lithium, nickel, cobalt, and manganese increased over 99.9% after roasting with activated carbon, while the leaching efficiencies reach over 98% after roasting with graphite. When the spent anode materials were used as a reductant, the leaching efficiencies of Li and Mn were over 99.9%, and the efficiencies of Ni and Co were 96.5% and 99.7%, respectively. In the cases of activated carbon and spent anode materials, the leaching efficiencies increased with increasing the equivalent ratio, and, in the case of graphite, the leaching efficiencies of metals was found to be over 99% regardless of the equivalent ratio. These results indicate that the valuable metals were leached successfully in the sulfuric acid leaching process after reduction roasting.1. 서론 1
1.1. 연구 배경 1
1.1.1. 리튬이온배터리 1
1.1.2. 폐리튬이온배터리 증가 6
1.1.3. 기존 폐리튬이온배터리 공정 13
1.2. 연구 목적 17
2. 이론적 배경 18
2.1. 환원배소 18
2.2. 침출 20
3. 실험방법 21
3.1. 실험 재료 21
3.1.1. 양극재 종류 21
3.1.2. 환원제 종류 23
3.1.3. 시약 24
3.2. 실험 방법 25
3.2.1. 환원 배소 실험 26
3.2.2. 침출 실험 28
4. 실험 결과 31
4.1. 양극재(NCM622)와 활성탄의 환원배소 31
4.1.1. 배소 온도별 환원배소 영향 31
4.1.2. 배소 유무에 따른 침출효율 34
4.1.3. 배소 온도별 유가금속(Li, Ni, Co, Mn) 침출거동 36
4.1.4. NCM622와 활성탄 당량비 별 배소 시 침출 효율 40
4.2. 폐양극재 종류별 환원배소 후 침출 42
4.2.1. 폐양극재와 활성탄 혼합 및 배소 후 침출거동 43
4.2.2. 폐양극재와 흑연 당량비 별 배소 후 침출 효율 51
4.3. 환원제로써 음극재 종류별 환원 배소 후 침출 57
4.3.1 환원제로써 활성탄과 흑연 사용 시 황산 침출 효율 비교 57
4.3.2. 환원제로써 폐음극재 사용시 당량비 별 황산 침출 62
5. 결론 67Maste
Development of power generation system using air flowing in and out of the ship’s ballast water tanks
No full text지난 100여 년에 걸친 산업화와 도시화로 인해 지구의 온실가스는 급격히 증가하였다. 전체 온실가스 중 98%에 이르는 CO2(이산화탄소)는 지구 온난화의 주범이라 할 수 있다. 이 CO2는 1970~2004년 사이 80% 증가하였고, 배출 속도 또한 1970~1994년 대비 1995~2004년 기간이 2배 이상 더 높아졌다. 이러한 상황 속에서 국제해운 분야를 관장하는 국제해사기구 IMO에서는 해운 탈탄소 정책을 지속적으로 강화하고 있다. 선박에서 배출되는 온실가스를 줄이기 위한 다양한 방법이 적용되고 연구되고 있으며, 그중 하나는 선내에서 새로운 에너지원을 발굴 및 사용하여 기존 선박 연료유의 사용량을 절감하는 것이다.
선박의 평형수 탱크 내 평형수는 선박이 운항함에 따라 파랑 등 외부요인에 의해 항시 동요한다. 이로 인해 평형수 탱크 내외부로의 공기 흐름이 발생하게 되는데, 이러한 유동 공기를 활용한다면 선박에서 사용할 수 있는 유효 전력을 생산할 수 있을 것이다. 이는 IMO의 탈탄소 정책에 부합할 수 있고, 생산된 유효전력 만큼의 기존 연료유 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
본 연구에서는 평형수 탱크 내외부를 유동하는 공기를 이용한 발전 시스템 개발을 다룬다. 이를 위해 우선 분석 대상 탱크를 설정하였고, 롤링 운동에 따른 예상 발전량을 알아보기 위해 이론 계산을 수행하였다. 평형수 탱크가 롤링하는 각도에 따라 변화하는 탱크 내 평형수의 수직 변위 Z를 계산하였고, 일정 롤링 각도와 주기 조건하의 예상 발전량을 산출해냈다.
발전에 유효한 최대 롤링 각도는 탱크 높이 만큼의 평형수 수직 변위가 발생했을 때이다. 계산 결과 대상 탱크의 최대 롤링 각도는 약 28도임을 알 수 있었고, 그 범위 안에서 5도 간격으로 롤링 각도를 설정했을 때, 도출 할 수 있는 발전량을 계산하였다. 계산은 세 가지 주기 조건 (5초, 10초, 15초)에 대한 계산 결과이다. 또한, 계산한 발전량의 실효치를 기준으로 선박용 비상 배터리(12V / 100AH)를 충전할 경우 소요되는 시간을 계산하였다.
이론 계산에서 도출한 전력량과의 비교를 위해 모형 실험을 수행하였다. 평형수 탱크 모형을 구성하고 인위적인 공기의 흐름을 발생시키기 위해 송풍기를 사용하였다. 이때 공기는 단방향 흐름만을 구현하였다. 공기 흐름의 세기인 풍속 값은 앞선 이론 계산에서 도출한 값을 적용하였으며, 두 가지 주기에 대한 세 가지 롤링 각도에서 발생하는 유속치를 기준으로 실험하였다.
선박 배출 온실가스 저감 방법중 하나로 평형수 탱크 내·외부를 출입하는 에너지를 고려하는 선주, 관리사 및 기자재 업체는 본 연구의 결과를 참고할 필요가 있다고 사료된다.1. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 선행 연구 동향 3
1.3 연구 내용 및 구성 4
2. 평형수 탱크 유동공기 발전 시스템의 이해 5
2.1 평형수 탱크 5
2.1.1 평형수의 개념 5
2.1.2 평형수 탱크의 개념 6
2.1.3 평형수 탱크의 종류 8
2.2 유동 에너지원의 이용 10
2.2.1 선박 유동 에너지원의 종류 10
2.2.2 진동수주형 터빈 발전 시스템 11
2.2.3 평형수 탱크 유동공기 발전 시스템 12
2.2.4 웰즈 터빈 14
3. 이론 계산 18
3.1 개요 18
3.2 산식 및 계산 19
3.3 계산 결과 23
3.3.1 롤링 각도별 전력량 산출 – 주기 5초 23
3.3.2 롤링 각도별 전력량 산출 – 주기 10초 26
3.3.3 롤링 각도별 전력량 산출 – 주기 15초 28
3.3.4 배터리 충전 시 31
4. 모형 실험 및 결과 33
4.1 실험 개요 및 구성 33
4.1.1 실험 개요 33
4.1.2 실험 장치 구성 33
4.2 실험의 설정 39
4.2.1 실험 방법 39
4.2.2 실험 순서 41
4.3 실험 결과 및 고찰 42
4.3.1 전력 측정 결과 42
4.3.2 고찰 42
5. 결론 45
참 고 문 헌 46Maste
Community dynamics of benthic diatoms across salinity gradient in Mai pond of Jeju Island
No full textThis study investigates the variations in benthic diatom assemblages across a salinity gradient in Mai pond, a brackish environment located on Jeju Island, South Korea. Brackish zones are ecologically important regions where freshwater and seawater mix, creating a dynamic transition zone which supports diverse habitats and species. Benthic diatoms, a group of photosynthetic microalgae, play a crucial role in estuarine ecosystems by serving as primary producers and indicators of environmental changes. The primary objective of this research is to examine how salinity gradients influence the composition and distribution of benthic diatom communities in Mai pond. To achieve this, water and sediment samples were collected along a transect spanning the brackish zone, covering a range of salinity levels. Diatom species were identified and quantified using Light microscopic and Scanning electron microscope, allowing for a comprehensive analysis of community structure and diversity. Microscopic observations have been revealed distinct variations in benthic diatom assemblages corresponding to the salinity gradient. Certain species exhibited preferences for either freshwater or marine environments, while others demonstrated a greater tolerance for salinity fluctuations. These findings highlight the ecological significance of salinity gradients in shaping the distribution and composition of benthic diatoms in Mai pond. Understanding the responses of benthic diatom communities to salinity gradients in brackish
ecosystems contributes to our knowledge of the overall brackish biodiversity and functioning. Moreover, the present research would provide valuable insights for the conservation and management of brackish environments, particularly in the context of ongoing global environmental changes and their potential impacts on coastal ecosystems.1. Introduction 1
1.1. Study Background 1
1.2. Study Objectives 3
2. Materials and Methods 4
2.1. Study Area 4
2.2. Sample Collection and Processing 6
2.3. Microscopic observation 8
3. Results and Discussion 10
3.1. Environmental parameters in seven sampling stations 10
3.2. Overview of the benthic diatom community on the Mai pond 11
3.3. List of diatoms from the Mai pond 13
3.4. Distributions of diatom species composition in Mai pond along a salinity gradient 38
3.5. Community analysis 40
4. Conclusion 42
Reference 43
Appendix PHOTO PLATES 45Maste