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Strengthening Mechanism of CFRPs through Incorporation of Halloysite Nanotubes by Electrophoretic Deposition Process
No full textFiber reinforced polymers (FRPs) are extensively utilized in various industries such as aerospace, aviation, automotive, marine, and civil construction, due to their exceptional stiffness-to-weight and stiffness-to-weight ratio. However, unlike isotropic materials such as metals and ceramics, the mechanical properties of FRPs in the transverse and through-thickness directions are inherently inferior to those in the primary direction due to their orthogonal anisotropic nature. The interfacial and interlaminar strength and toughness of FRPs can pose significant limitations to their performance and application breakthrough. Incorporating nano-additives has been demonstrated as an effective method for enhancing the interfacial and interlaminar properties of FRPs in recent decades. However, most studies have conventionally involved the random dispersion of nano-additives in the matrix, and a comprehensive investigation into the distribution conditions remains limited.
The primary aim of this dissertation is to explore the interfacial toughening mechanism through the innovative hierarchical distribution of nanoclays, by experimental. To achieve this, various halloysite nanotubes (HNTs) with distinct structures were successfully synthesized using multiple techniques, and a hierarchical distribution was achieved by employing the electrophoresis deposition (EPD) technique. The study also delves into investigating the optimal EPD parameters and the potential agglomeration problem during the Vacuum-assisted Resin Transfer Molding (VaRTM) fabrication process, which is essential for developing an efficient and effective approach to enhancing the interfacial properties of nanocomposites. The study carefully selected the voltage range for electrophoretic deposition (EPD) to be between 6 and 12 V, which corresponds to the nanoparticle deposition working range. The carbon fabric was modified using this process to enhance its through-thickness strength, and the resulting modified fabric was incorporated into CFRP composites using vacuum-assisted resin transfer molding (VaRTM). This approach enabled precise control of several deposition parameters to achieve optimal distribution of HNTs on the carbon fabric surface. The mechanical properties of the modified CFRP composites were evaluated, and it was observed that the EPD-modified CFRPs exhibited superior mechanical properties compared to neat CFRPs. The study also found that the highest values were obtained at 0.7 wt.% and 6 V, indicating the feasibility of the EPD process and the well-dispersed morphology of HNTs, as confirmed by SEM-EDS analysis. The zeta potential plays a crucial role in determining the colloidal stability of nanoparticle suspensions and their suitability for electrophoretic deposition (EPD). The magnitude and sign of the zeta potential affect the repulsive forces between particles, which in turn determine their aggregation and sedimentation behavior. EPD typically requires a high zeta potential to ensure stable suspensions and promote uniform deposition of particles. In this investigation, the stability of the HNT dispersion was evaluated as a function of nanoparticle concentration, and the optimal dispersion range was identified through systematic experimentation. Subsequently, an HNT-reinforced composite material was synthesized by identifying the optimal range of dispersion stability and evaluating the impact strength and fracture mechanism of the interface. The study found that the HNT dispersion exhibited optimal stability in the pH range of 6.6-6.8, resulting in the highest degree of dispersion and impact strength of the composite material. The highest impact strength was achieved at a concentration of 0.7 wt.%. The interfacial dispersion of the EPD-fibers was confirmed using scanning electron microscopy and dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS). The implementation of hierarchical distributed nanoclays proved effective in enhancing the interlaminar strength and toughness of FRPs by selectively reinforcing the vulnerable interfacial region. The findings and methods presented in this dissertation can be applied and cited in future research involving other nanoclays/FRPs systems.Chapter 1: Background and Objectives 1
1-1 Background and Significance 1
1-2 Literature Review 12
1-3 Objectives 15
Chapter 2: Introduction 17
2-1 Introduction 17
2-1-1 Composite Materials 17
2-1-2 Classifications of the Composite Materials 18
2-1-3 Advantages, Necessity, and Benefits of the Composite Materials 19
2-1-4 Fiber Reinforced Polymer Composites 23
2-1-5 Manufacturing of the Fiber Reinforced Polymer Composites 34
Chapter 3: Optimization of HNT Nanoparticle Distribution based on EPD Process in Epoxy-CFRP Composites 46
3-1 Introduction 47
3-2 Experimental Details 50
3-2-1 Materials 50
3-2-2 Electrophoresis Deposition (EPD) Method for HNTs Deposition 50
3-3 Specimens’ Preparation 53
3-4 Mechanical Tests 55
3-4-1 Short Beam Shear Test 55
3-4-2 Flexural Test 55
3-5 Results and Discussion 57
3-5-1 Dispersion Mechanism and FT-IR 57
3-5-2 Short Beam Shear Properties of the Composite 59
3-5-3 Flexural Properties of Composite 64
3-6 Conclusions 65
Chapter 4: Improvement of Mechanical Property on HNT Modified CFRP composites through Optimization of HNT based EPD Process 66
4-1 Introduction 67
4-2 Experimental Details 70
4-2-1 Materials 70
4-2-2 Electrophoresis Deposition (EPD) Method for HNTs Deposition 70
4-2-3 Specimens’ Preparation 71
4-3 Mechanical Tests 72
4-3-1 Short Beam Shear Test 72
4-3-2 Flexural Test 73
4-3-3 Uniaxial Tensile Test 75
4-4 Results and Discussion 76
4-4-1 Short Beam Shear Properties of the Composite 76
4-4-2 Flexural Properties of Composite 78
4-4-3 Tensile strength of the composite 80
4-5 Conclusions 83
Chapter 5: Impact Strength and Fracture Behavior of Halloysite Nanotube (HNT)-Modified Carbon Fiber-Reinforced Polymers (CFRP) based on the Electrophoretic Deposition (EPD) Process 84
5-1 Introduction 86
5-2 Experimental Works 88
5-2-1 Zeta Potential Analysis 89
5-2-2 Uniaxial Tensile Test 90
5-2-3 Izod Impact Test 90
5-3 Results and Discussions 92
5-3-1 Zeta Potential 92
5-3-2 Tensile Strength of the Composite 94
5-3-3 Izod Impact Strength 98
5-4 Conclusions 103
Chapter 6: Investigating the Impact of Extreme Environments on the Fracture Toughness of Nanoparticle-Reinforced Composites 104
6-1 Introduction 105
6-2 Experimental Works 108
6-2-1 Materials 108
6-2-2 Fiber and HNTs Pre-treatment 109
6.2.3 HNTs Distribution by EPD 110
6-2-4 Fabrication of HNTs Incorporated CFRPs 111
6-2-5 Methodologies of Mechanical Tests 114
6-2-6 Mechanism that Effects on the Properties after Fiber Exposed to the Humidity Condition 118
6-3 Results and Discussion 119
6-3-1 Mode I Fracture Toughness 119
6-3-2 Mode II Fracture Toughness 127
6-4 Conclusions 135
Chapter 7: Overall Conclusions 136
References 141Docto
A Numerical Analysis Study for Optimal Design of Integrated PM/NOx Simultaneous Reduction Device
No full textA number of efforts have been made to reduce air pollutants implementing exhaust gas after-treatment devices. However, several problems such as high back pressure on the diesel engine and replacement of the filter are still unsettled. In this thesis, a guideline is provided by studying the flow characteristics inside the device and the change of back pressure. Moreover, the optimal design of the integrated device which can simultaneously reduce PM and NOx has been suggested. Ansys fluent was used to apply porous media conditions to DPF and SCR by setting porosity to 30 %, 40 %, 50 %, 60 % and 70 %. In addition, the effect of inlet velocity on back pressure has been analyzed by applying the different velocities of 7.4m/s, 10.3m/s, 13.1m/s and 26.2m/s as boundary condition. The result of CFD analysis indicates that the back pressure of the device was greatly affected by the inlet velocity. The maximum back pressure was 130.8 mbar and the minimum back pressure was 17.0 mbar. Furthermore, A 68.0 mbar back pressure which is the engine maker’s gulideline regarding the 1800kW engine was satisfied when the inlet velocity is 7.4 m/s, 10.3 m/s, and 13.1 m/s. The results obtained by CFD analysis suggest that the device is suitable for small and medium class vessels.|대기오염물질을 저감 하기 위한 배기 후처리 장치 연구는 일부 진행 중이지만 엔진 배압 및 필터 교체에 대한 문제가 발생하고 있다. 본 연구에서는 PM 및 NOx를 동시 저감 할 수 있는 일체형 장치의 최적 설계를 위해 장치 내부유동과 입·출구 압력을 통한 배압의 변화를 연구하여 적절한 기준을 제시하였다. Ansys fluent를 활용하여 DPF 및 SCR에 다공성 매체 조건을 적용하였고 공극률은 30 %, 40 %, 50 %, 60 % 및 70 %로 설정하였다. 또한, 엔진 부하에 따른 Inlet 속도를 경계조건으로 7.4 m/s, 10.3 m/s, 13.1 m/s 및 26.2 m/s로 적용하여 배압에 미치는 영향을 분석하였다. CFD 분석 결과, 장치의 배압은 입구 속도에 영향을 크게 받고 최대 배압은 130.8 mbar이며 최소 배압은 17.0 mbar였다. 또한, 입구 속도 7.4 m/s, 10.3 m/s 및 13.1 m/s일 때 선박 엔진 메이커 배압 기준 68.0 mbar를 만족하였고 본 연구 대상이 중소형급 엔진에 적합한 장치임을 의미한다.1. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 동향 4
1.2 연구 구성 10
2. 일체형 입자상 물질 및 질소산화물 동시 저감 장치 11
2.1 장치 개요 11
2.2 디젤 미립자 필터(DPF) 13
2.3 디젤 산화 촉매(DOC) 15
2.4 선택적 환원 촉매(SCR) 16
2.5 암모니아 산화 촉매(AOC) 18
3. 이론 19
3.1 전산 유체 역학 19
3.2 유체역학의 지배 방정식 20
3.2.1 유동 모델링 20
3.2.2 물질 미분 22
3.2.3 연속 방정식 24
3.2.4 모멘텀 방정식 27
3.2.5 에너지 방정식 31
3.3 다공성 매질 모델 38
3.3.1 다공성 정의 38
3.3.2 다공성 매질의 모멘텀 방정식 38
3.3.2.1 Darcy의 법칙 39
3.3.2.2 다공성 매질의 관성 손실 40
3.3.3 다공성 매질의 상대 점성도 40
3.3.4 다공성 매질의 에너지 방정식 41
3.3.5 과도 상태 스칼라 방정식에서 다공성 영향 43
3.3.6 다공성 매질에서의 난류 43
3.3.6.1 표준 k-ε 모델 43
3.3.6.1.1 표준 k-ε 모델의 수송 방정식 44
3.3.6.1.2 난류 점성 모델링 45
3.3.6.1.3 모델 상수 45
4. 장치의 기초설계를 위한 수치해석 46
4.1 해석을 위한 모델링 46
4.2 해석 조건 50
4.3 격자 생성 및 경계 조건 51
5. 수치 해석 결과 54
5.1 장치 입구 및 출구 압력 54
5.2 장치 입구 온도에 따른 배압 57
5.3 장치 입구 속도에 따른 배압 62
5.4 필터 공극률에 따른 배압 66
5.4.1 속도 분포 단면도 70
5.4.1.1 ZX 단면 70
5.4.1.2 ±y축 설정 속도 분포 단면도 82
6. 결 론 95
참 고 문 헌 98
국문초록 106Maste
Design and Fabrication of an Electronic Voltage Transformer based on a D-dot Sensor
No full text본 논문에서는 전력 계통의 기존 계기용 변압기(PT) 및 용량성 분압기(CPD)를 대체하기 위한 비접촉식 전압검출 방법과 D-dot 센서 기반의 고정도 전자식 변압기(EVT)를 제안하였다. 시제작 EVT는 정격 72.5 kV급 상 도체 외부의 에폭시 절연물 내에 D-dot 센서를 내장하고, 센서의 출력 파형을 원신호로 복원하기 위한 능동성 적분기로 구성하였다.
EVT의 분압비 및 위상편차에 대한 정확도는 IEC 60044-7에 따라 평가하였으며, 멀티심(Multisim)으로 주파수 대역을 분석하였다. 정격 전압 66 kV/√3의 80% ~ 120%에서 분압비 최대 오차는 0.2% 이내, 위상편차 2 ㎲ 이내였다.
시제작 EVT는 IEC 60044-7의 정확도 등급 0.2급에 만족하였으며, 주파수대역은 4 Hz ~ 20 kHz(-0.1 dB)로 모든 전압 고조파에 대해서 0.2%의 정확도로 측정할 수 있었다.
본 연구에서 시제작한 전자식 변압기는 스마트 그리드 및 변전소 디지털화에 높은 정확도, 안정성 및 소형화 요구에 충분히 대응이 가능하여 광범위한 활용을 기대한다.1. 서 론 1
1.1 연구배경 및 필요성 1
1.2 연구목적 및 내용 5
2. 이 론 7
2.1 계기용 변압기 7
2.2 D-dot 센서의 원리 11
3. 설계 및 제작 15
3.1 D-dot 센서 15
3.2 능동성 적분기 20
4. 평가 및 분석 23
4.1 실험계 23
4.2 실험 및 분석 26
5. 결 론 31Maste
LNG 냉열을 활용한 CO2 포집과 통합된 LNG 고체 산화물 연료전지 시스템의 개념설계에 대한 열역학적 분석
No full text고체산화물연료전지(SOFC) - 고분자전해질막연료전지 고분자전해질막연료전지(PEMFC) 및 액화천연가스(LNG)를 연료로 사용하는 폐열회수 활용시스템을 설계 및 통합하였다. LNG 공급 시스템의 냉열(Cold energy)는 수집되고 배기가스로부터 배기가스로부터 CO2를 포집하는 시스템에 활용된다. 가스터빈(GT), 유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle), 증기 랭킨 사이클(SRC)이 통합되어 LNG 냉열 및 시스템 폐열을 사용하고 이를 유용한 일과 전력으로 전환한다. PEMFC는 SOFC가 선박의 시동 및 조종 기간을 지연시키는 단점을 해결하기 위해 통합 시스템으로 구성 및 결합된다. 국제 및 지역 해양 당국의 규정 및 표준을 수용하기 위해 CO2 포집 시스템이 설계 및 통합되었다.
ORC-SOFC-GT-PEMFC-ORC-SRC-CO2 포집 시스템은 열역학적으로 분석 및 조사되었다. ASPEN HYSYS V12.1이 LNG 냉열을 활용한 CO2 포집 시스템과 결합된 LNG SOFC 통합 시스템을 시뮬레이션하고 시뮬레이션하고 최적화하는 데 사용되었다. 열역학 방정식을 구축하고 시스템 성능 지표를 추정하기 위해 열역학 제1, 2법칙이 사용되었다. 제안된 시스템의 개념설계 및 작동을 최적화 하기 위해 주요 구성 요소의 엑서지 파괴가 설정되고 계산되었다.
제안된 시스템의 에너지 및 엑서지 효율은 각각 68.76% 및 33.58%로 계산되었다. 폐열 회수 복합 사이클은 시스템 총출력의 35.60%에 해당하는 2,100.42kW를 추가로 제공했다. 본 모델은 문헌의 실험 데이터에 대해 잘 일치하여 검증되었다. 또한 매개변수 연구에 따르면 전류밀도가 930에서 1,930A/m2로 변화할 때 에너지와 엑서지효율은 각각 33.18%와 16.20% 감소를 보여주며 성능 지표에 영향을 미침을 입증하였다. ORC는 냉열과 고온 상태의 폐열의 두가지 장점을 모두 활용하여 높은 에너지 회수 효율을 나타내었다. LNG 냉열과 배기가스의 열을 수확하는 것의 조합은 국제해사기구
(IMO)의 해양 선박 이산화탄소 배출 규제를 수용한다.1. 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구목적 3
2. 연료전지 7
2.1 연료전지란 7
2.2 연료전지의 구성 7
2.3 연료전지의 종류 9
2.2.1 용융탄산염 연료전지 (MCFC) 10
2.2.2 고체산화물 연료전지 (SOFC)11
2.2.3 인산형 연료전지 (PAFC) 12
2.2.4 알칼리 연료전지 (AFC) 12
2.2.5 고분자 전해질막 연료전지 (PEMFC) 13
2.4 연료전지의 성능 14
2.5 연료전지의 적용 15
3. 선상 CO2 포집 시스템 18
3.1 선상 CO2 포집 배경 18
3.2 CO2 포집 기술 21
4. 시스템 구성 및 모델링 34
4.1 시스템 설명 23
4.2 모델 및 방법 28
4.2.1 열역학 모델 가정 28
4.2.2 SOFC 모델 28
4.2.3 PEMFC 모델 32
4.2.4 가스터빈 모델 34
4.2.5 보조기기 및 시스템의 모델 35
4.2.6 ORC 36
4.2.7 SRC 37
4.2.8 배기열 보일러 37
5. 시뮬레이션 41
5.2 모델링 검증 41
5.3 결과 및 분석 42
5.3.1 시스템 성능 43
5.3.2 PSA를 통한 CO2 포집 48
5.3.3 ORC 50
5.3.4 SOFC 전류밀도가 시스템 성능에 미치는 영향 53
6. 결론 56
참고문헌 58
국문초록 70Maste
한·중·미의법제 비교를 중심으로
No full text경제가 빠르게 발전함에 따라 법인이 각종 사업활동을 통해 창조한 부는 국가와 사회에 거대한 공헌이 있다. 그러나 이익을 지나치게 추구하면 법인의 범죄행위는 국가 및 국민에게 예측할 수 없는 피해를 입히게 된다. 각국은 법인범죄에 관한 입법을 점점 중요시하고 있다.그러나 한국형법학계의 법인의 형사책임에 대한 연구에서는 법인의 범죄능력을 인정할 것인지에 대한 공감대가 형성되지 않고 있다. 또한 현재 한국은 법인 범죄에 대한 처벌에 관해서는 단지 벌금형만 존재하고 있다. 현대 사회의 발전 속에서 법인에게 선고되는 벌금형은 법인이 범죄 행위로 얻는 수익과 매우 일치하지 않아 법인 범죄의 발생을 효과적으로 억제하지 못하고 있다.따라서 본고에서는 문헌연구법, 비교연구법 및 사례분석법을 통해 한국 법인의 범죄에 대한 형사책임과 처벌 문제를 연구하고 형사책임과 형사처벌의 두 가지 측면에서 법인범죄 입법을 제안한다. 한국 법인의 범죄제도를 더욱 정비하여 법인범죄의 발생을 억제 및 방지하고자 한다.
제1장은 본고의 연구 목적, 연구 범위 및 방법을 서술하였다. 제2장은 한국 법인 범죄의 형사책임과 형사처벌에 대해 분석하여 한국은 현재 법인 범죄를 부정하는 것이 주류이며 법인 범죄에 대한 처벌은 이중 처벌 제도를 채택하고 있고 그 처벌 방식은 단지 벌금형만 있음을 서술하였다.제3장은 미국과 중국의 형사책임과 형사처벌을 분석하여 미국 법인범죄의 역사, 형사책임 이론 및 법인범죄에 대한 처벌방법을 이해하고, 다음은현재 중국 형법의 법인범죄 형사책임 입법 현황 및 처벌 방법을 요약하였다. 이에 따라 한국 법인 범죄에 대한 미국과 중국의 입법 시사점과 처벌 방법을 모색한다.제4장은한국 법인에 대한 형사책임과 처벌제도의 개선방안이다. 제1절은 한국법상 법인의 독립성을 어느 정도 인정하면서도 범죄능력을 제한하고 있음을 밝혔다. 법인범죄에 대한 양벌규정에서 한국은‘선 자연인 후 법인’모델을 채택하고 있는데, 법인의 독립성을 통해 법인 범죄능력을 인정하고, 일부 범죄의 주체가 될 수 있다는 점을 일부 긍정하고 있다.이러한 전제 하에 집단인식론과 이중적 메커니즘 이론을 결합하여‘자연인의범죄를 위주로 하고 법인의범죄를 부차적인것으로 삼’는 법인 범죄의 논리 구조에대한이론적 증명을하고자한다.제2절에서는 한국 형법에서 법인에 대한 형벌제도의 개선방안을 제시하였다. 이에 관한 구체적인 내용으로는중국과 미국 법인범죄 처벌 방식을 참고하여 벌금형과 몰수형을 개선하고, 형사파산 및 특정 업무활동 제한의 두 가지 자격형과 집행유예제도를 추가하고자 하는 것이다.제5장은 본고의 결론으로 전문을 요약하고 정리한다.
The emergence and development of the theory of corporate crime have had a great impact on the traditional theory of criminal law.Legal personality is endowed with legal personality and natural person become legal subject and enter the real world. Legal personality plays a very important role in civil and commercial activities. A series of legal systems formed and established by legislators around legal persons occupy a particularly important position in the civil and commercial legal system.But for a long time, the legal person has been outside the scope of criminal law.The juridical person cannot be the subject of crime, which is the conclusion of criminal jurisprinciple.
Under the increasing criminal acts of legal persons, the traditional methods of intervention and restraining legal persons' illegal activities by relying on administrative law or civil and commercial coercive measures have had little effect. Under this situation, criminal legislation on legal person crime has been produced, and countries have made criminal law norms to curb and restrict the increasing legal person crime.With the promulgation and implementation of the current criminal law, various countries are debating whether to recognize the criminal capacity of legal persons. Nowadays, the criminal legislation on criminal responsibility of legal person crime in Korea is reviewed, and there are still many problems that have not been clarified. Under the background of legislation and theory, this paper compares the relevant legislation and theoretical research results of China and the United States, and studies the current criminal law on corporate crime punishment.
With the frequent occurrence of legal person's crime, countries attach more and more importance to the legislation of legal person's crime.However, there are many researches on the criminal responsibility of legal person in Korean criminal law field, but there is no consensus on whether to recognize the criminal capacity of legal person.How should the punishment be applied to the crime of legal person? The discussion on the criminal responsibility and punishment of legal person crime is of great value to the theory and practice of legal person crime in Korea. Based on the relevant theoretical data, the article analyzes the legal person's criminal liability and punishment from the perspective of criminal liability and criminal punishment, and puts forward some suggestions for future legislation.The thesis is divided into five chapters:The first chapter mainly introduces the aim, scope and method of this thesis.The second chapter mainly introduces the criminal responsibility and punishment of Korean corporate crime, analyzes the current situation of Korean corporate crime system, and probes into whether new theories can be introduced into Korean corporate crime. Chapter three understands and summarizes the criminal responsibility and punishment of legal person in China and America.The fourth chapter analyzes whether the theory of criminal responsibility and punishment system of China and the United States can be used to make perfect suggestions on the criminal responsibility and punishment of Korean legal person crime.The fifth chapter summarizes the core contents of this thesis.This paper puts forward some feasible suggestions to the Korean legal person crime system, hoping to make the Korean legal person crime system more perfect, restrain and prevent the occurrence of legal person crime.제1장 서론 1
제1절 연구의 목적 1
제2절 연구의 범위와 방법 3
Ⅰ. 연구의 범위 3
Ⅱ. 연구의 방법 6
제2장 한국의 법인 범죄의 형사책임론과 형사처벌론 8
제1절 한국 법인 범죄의 형사책임론 8
Ⅰ. 한국 법인 범죄의 입법 배경 8
Ⅱ. 법인 범죄의 의의와 원인 8
Ⅲ. 법인의범죄능력 14
제2절 한국 법인 범죄의 형사처벌론 19
Ⅰ. 형사처벌의 방식：양벌규정 19
Ⅱ. 형사처벌의 종류：벌금형 26
제3절 소결 27
제3장 미국·중국의 법인 범죄의 형사책임론과 형사처벌론 29
제1절 미국 법인 범죄의 형사책임론과 형사처벌론 29
Ⅰ. 미국 법인 범죄의 형사책임론 29
Ⅱ. 미국 법인 범죄의 형사처벌론 48
제2절 중국 법인 범죄의 형사책임론과 형사처벌론 57
Ⅰ. 중국 법인 범죄의 형사책임론 57
Ⅱ. 중국 법인 범죄의 형사처벌론 81
제３절 소결 84
제4장 법인의 형사 책임과 처벌 제도에 대한 개선방안 87
제1절 법인에 대한 형사책임론의 대안모색 87
Ⅰ. 법인의 범죄능력에 관한 비판과 대안 87
Ⅱ. 법인에 대한 양벌규정에 대한 개선방안 92
제2절 법인에 대한 한국의 형사처벌제도 개선방안 97
Ⅰ. 벌금형 개선방안 97
Ⅱ. 몰수형 개선방안 100
Ⅲ. 자격형 신설방안 101
Ⅳ. 집행유예 신설방안 103
제5장 결론 106
참고문헌 109
국문 초록 114Maste
Design of an IMC-Based PID Controller for Controlling the Speed of Naval Warship Diesel Engine
No full textThe Ministry of National Defense of the Republic of Korea is currently conducting a policy study on the design and construction of a medium-sized aircraft carrier capable of operating the KF-21 fighter jet. The current Landing Platform Helicopter(LPH) operated by the Navy will serve as a testbed for improving the initial operational capability of the aircraft carrier significantly.
Landing Platform Helicopter(LPH) possesses excellent tracking performance for variations in target rotation speed within the operational requirement area, while also being capable of a robust and stable speed control system in their propulsion engines that can swiftly recover to the original target speed even when unpredictable disturbances such as currents, waves, and gusts occur.
Therefore, this paper proposes an IMC-based PID controller with excellent rotational speed control performance and durability for the Pielstic 16PC diesel engine, a medium-speed propulsion system for the transport ships.
To obtain a detailed mathematical model that accurately reflects the inherent characteristics of the control subject, the engine assembly and Fuel Control Unit (FCU) are separated and the 3rd-order transfer function is derived utilizing data from trial runs in three different driving modes: low, medium, and high speeds. Then, the 3rd-order model is simplified into a first-order model with time delay to design a PID controller during the model period.
The proposed controller is designed to safety disturbance recovery capability and target tracking by composing advantages of IMC, which has only one design variables for filter time constant; and of PID, which has a simple structure.
The designed IMC-based PID controller is implemented into the actual engine's nominal and parameter uncertainty process, which is derived from the 3rd-order transfer function, in order to run simulations comprehensively.
Thus, the controller's reliability was verified through comparing its performance, robustness, and stability with these of existing reference controller following various evaluation criteria and the value.제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구내용과 구성 3
제 2 장 해군함정용 디젤엔진의 모델링 5
2.1 Pielstic 16PC 디젤엔진의 구성 6
2.1.1 엔진 조립체 7
2.1.2 엔진제어시스템 9
2.2 Pielstic 16PC 디젤엔진의 모델링 11
2.2.1 엔진 조립체 11
2.2.2 연료제어장치 17
2.2.3 엔진 플랜트 22
제 3 장 제안하는 IMC 기반 PID 제어기 25
3.1 PID 제어기 구조 25
3.1.1 P 제어기 26
3.1.2 I 제어기 26
3.1.3 D 제어기 27
3.1.4 PID 제어 28
3.1.5 PID 제어기 파라미터 변동에 따른 특성 31
3.2 IMC 구조 33
제 4 장 IMC 기반 PID 제어기 설계 36
4.1 엔진 플랜트의 FOPTD 근사화 36
4.2 IMC 기반 PID 제어기 설계 41
4.2.1 비교대상 PID 제어기 동조법 41
4.2.2 IMC 기반 PID 제어기 동조 44
4.3 성능 평가지수 46
4.3.1 적분 오차 성능 평가지수 46
4.3.2 시간영역 성능 평가지수 48
4.3.3 강인성 평가지수 49
제 5 장 시뮬레이션 및 고찰 50
5.1 엔진 플랜트 51
5.1.1 공칭 프로세스 51
5.1.2 정상 이득 불확실성 프로세스 55
5.1.3 시간지연 불확실성 프로세스 59
5.1.4 시정수 불확실성 프로세스 63
5.2 엔진 플랜트 67
5.2.1 공칭 프로세스 67
5.2.2 정상 이득 불확실성 프로세스 71
5.2.3 시간지연 불확실성 프로세스 75
5.2.4 시정수 불확실성 프로세스 79
5.3 엔진 플랜트 83
5.3.1 공칭 프로세스 83
5.3.2 정상 이득 불확실성 프로세스 87
5.3.3 시간지연 불확실성 프로세스 91
5.3.4 시정수 불확실성 프로세스 95
제 6 장 결 론 99
참고문헌 101Docto
Development of architecture for monocular depth estimation and semantic segmentation based on Vision Transformer, BiLSTM, and CNN
No full textMonocular depth estimation and semantic segmentation are widely investigated for image recognition in the computer vision field. Both tasks predict pixel-level outputs from an input RGB image, so the models for both tasks have a similar structure, especially the encoder-decoder structure is usually used. In recent years, the advance of deep learning methods, particularly convolutional neural networks (CNNs), enables high-quality pixel-level image recognition. However, the CNNs have a limitation to enlarge kernel size to learn global context information due to computational cost. Inspired by this, Vision Transformer (ViT) has been proposed by successfully introducing the Transformer that has become dominant in the natural language processing field and the ViT can learn the global context information by attending all parts of the input image with patch embedding. Therefore, the ViT has been widely applied to sub-tasks in computer vision that need pixel-level prediction such as monocular depth estimation, semantic/instance segmentation, etc. Meanwhile, recurrent neural networks (RNNs), especially bi-directional long-short term memories (BiLSTMs), are commonly used to enhance the features or conduct tasks alone. Despite the capability of BiLSTMs, it requires considering information loss to make BiLSTMs process two-dimensional image data because the spatial information may be lost while one-dimensional sequence data is processed.
Following the above analysis, an architecture for monocular depth estimation and semantic segmentation is proposed based on ViT, BiLSTM, and CNN in this thesis. The overall architecture is based on the encoder-decoder structure. The encoder consists of the ViT to ensure the capability of capturing global context information while the decoder consists of CNNs to aggregate the features and refine local information. In addition, a BiLSTM module is introduced to enhance global context information of the outputs of the ViT encoder. Furthermore, two technologies are considered for the performance increase; the BiLSTM2D layer and the CLS token initialization method. The BiLSTM2D layer is designed to address two-dimensional image data for BiLSTM, which generates a vertical and horizontal sequence to preserve relationships in each direction and processes them with separate BiLSTMs. On the other hand, the CLS token initialization method is applied to initialize the hidden state and cell state of each BiLSTM to reflect contextual information. The proposed architecture is trained and evaluated with NYU Depth V2 and ADE20K dataset for monocular depth estimation and semantic segmentation respectively.
|단안 깊이 추정과 의미론적 분할은 최근 주목받고 있는 컴퓨터 비전 분야 중 하나로 영상 인지를 위해 널리 응용되고 있다. 두 분야 모두 입력 RGB 이미지에서 픽셀 단위 추정을 수행하므로 동일한 encoder-decoder를 사용하여 모델을 개발하는 연구가 진행되고 있다. 지난 몇 년간 발전된 딥러닝 기술, 특히 CNN의 발전으로 데이터 기반 학습으로 높은 성능의 픽셀 단위 분류와 깊이 추정이 가능해졌다. 그러나, CNN (convolutional neural network)는 convolution 연산의 kernel 크기가 제한되어 주어진 이미지에서 문맥 정보를 학습하는데 어려움이 있다. 이에 영감을 받아 제안된 ViT (Vision Transformer)는 자연어 처리 분야에서 사용되는 Transformer를 이미지 데이터에 사용할 수 있게 개발된 모델이다. Transformer의 기본 연산인 self-attention은 CNN과 달리 이미지 전체를 receptive field로 두므로 보다 전역적인 정보를 학습할 수 있어 기존 CNN 기반 모델들을 능가하는 성능을 달성할 수 있고, 이러한 장점으로 인해 최근 ViT를 여러 컴퓨터 비전 분야에 활발히 사용하고 있다. 이러한 ViT의 전역 정보 학습 능력은 이미지의 문맥 정보가 중요한 단안 깊이 추정과 의미론적 분할 성능을 높이는데 활용될 수 있어 최근 많이 연구되고 있다. 한편, 자연어 처리 분야에서 RNN (recurrent neural network), 특히 BiLSTM (bi-directional long-short term memory)의 우수한 언어 데이터 처리 능력에서 영감을 받아 컴퓨터 비전 연구에 응용하는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 BiLSTM은 2차원 이미지가 아닌 1차원 sequence 데이터를 다루어 이미지의 공간 정보가 유실될 수 있는 한계가 있어 공간 정보를 기억하거나 수평, 수직 방향을 나누어 학습하는 등의 연구가 필수다.
위의 분석에 따라 본 학위 논문에서는 ViT와 BiLSTM, CNN 기반의 단안 깊이 추정 및 의미론적 분할 모델을 개발한다. 전체 아키텍처는 encoder-decoder 구조를 사용하며, 전역 정보 학습 능력이 중요한 encoder는 ViT, 추출된 특징들을 모아 지역 정보를 다듬는 능력이 중요한 decoder는 ViT가 아닌 CNN으로 구성한다. 또한, ViT의 특징 추출 능력을 강화하기 위해 ViT 출력을 BiLSTM으로 처리하는 모듈을 개발한다. 이때 ViT의 sequence 데이터에서 공간 정보를 학습하기 위해 입력 이미지의 폭과 높이를 활용해 sequence 데이터를 수직, 수평 방향으로 재정렬하여 각각 별도의 BiLSTM으로 처리하는 BiLSTM2D 레이어를 적용한다. 그리고 각 BiLSTM의 문맥 정보 학습 능력을 강화하기 위해 ViT 출력의 CLS 토큰을 BiLSTM의 각 hidden state와 cell state의 가중치를 초기화하는데 사용하는 방법을 활용한다. 제안하는 아키텍처는 각각 단안 깊이 추정과 의미론적 분할 데이터셋인 NYU Depth V2와 ADE20K로 학습하고 평가한다.1 Introduction 1
2 Related Works 5
2.1 Monocular depth estimation 5
2.2 Semantic segmentation 10
2.3 Vision transformer and LSTM 11
3 Proposed architecture 15
3.1 Overall architecture 15
3.2 ViT encoder and BiLSTM module 16
3.3 CNN-based decoder 20
3.4 Task-specific head networks 22
3.5 Model implementation 23
4 Experiments 25
4.1 Implementation details 25
4.2 Comparison on benchmark datasets 27
4.3 Ablation studies 29
5 Conclusions 32Maste
A study on Electric Vehicle Purchasing Attributes of Active Seniors in Korea and China
No full text본 연구는 한·중 액티브 시니어 소비자의 전기차에 대한 선택속성, 지각된 가치, 인지된 위험 그리고 구매의도에 대한 인식의 차이를 규명하고 상호 관계를 규명하고자 하였다. 본 연구의 목적을 위해서 자동차 시장의 패러다임 변화, 글로벌 전기차 시장 전망과, 한국과 중국의 전기차 시장의 현황을 살펴보았다. 이어서 한국과 중국의 액티브 시니어 소비자의 특성, 전기차 선택 속성, 지각된 가치, 인지된 위험 그리고 구매의도에 대한 개념과 선행 연구를 고찰한 후 연구모형과 가설을 수립하여 도출한 연구결과는 다음과 같다.
한국 시장의 경우 선택속성의 하위변인인 경제적속성이 구매의도에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 지각된 가치의 매개효과 관련하여서는 친환경속성과 구매의도 관계에서 친환경 가치는 매개할 것이라고 규명되었다. 이는 한국 소비자는 전기차의 친환경가치의 영향을 많이 받기 때문에 친환경가치를 높게 평가할수록 전기차 구매의도가 높아지는데 기인한다. 또한 친환경속성과 구매의도 관계에서 안전 가치는 매개할 것이라고 규명되었다. 이는 한국 소비자는 전기차의 안전 가치의 영향을 많이 받기 때문에 안전가치를 높게 평가할수록 전기차 구매의도가 높아진데 따른 것으로 추정된다. 한국의 액티브 시니어 소비자는 전기차에 대한 친환경가치와 안전가치가 전기차 구매의도에 영향을 미친다는 것이 입증되었다. 즉, 전기차를 구매함에 있어 친환경성, 안전 가치가 실현된다면 더욱 전기차를 구매할 수 있음을 나타낸다고 할 수 있다. 한국의 경우 친환경 속성과 구매의도 관계에서 외향성은 조절할 것이라고 규명되었다. 이는 한국 소비자는 외향성의 영향을 많이 받기 때문에 외향성이 높을수록 전기차 구매 의도가 높아진다고 나타난 것이다. 외향적일수록 더 전기차에 관심이 높고 구매로 이어진다는 것이다.
중국 시장의 경우 선택속성의 하위변인이 구매의도에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 중국의 액티브 시니어 소비자의 경우에는 안전 속성과 구매의도 관계에서 재무적 위험은 매개할 것이라는 가설이 규명되었다. 이는 중국 액티브 시니어 소비자는 전기차의 재무적 위험의 영향을 많이 받기 때문에 재무적 위험이 낮다고 인식할수록 전기차 구매의도가 높아지는데 기인한 것으로 추정된다. 친환경 속성과 구매의도 관계에서 신체적 위험은 매개효과가 있고 안전속성과 구매의도 관계에서 신체적 위험은 매개효과가 있다고 규명되었다.. 이는 중국 액티브 시니어 소비자는 전기차의 신체적 위험의 영향을 많이 받기 때문에 신체적 위험이 낮다고 인식할수록 전기차 구매의도가 높아진다고 유추할 수 있다. 따라서, 이러한 결과로 볼 때 중국 액티브 시니어 소비자는 인지된 위험 관련한 영향을 받는다고 할 수 있다.
한국과 중국의 액티브 시니어 소비자의 전기차에 대한 인식의 차이에 있어서 한국의 액티브 시니어 소비자는 경제적속성, 성능속성, 안전속성과 인지된 위험을 중국의 액티브 시니어 소비자 보다 더 중시한다. 중국의 액티브 시니어 소비자는 친환경속성을 중시한다. 한국의 소비자는 인지된 위험을 더 중시하고 중국의 소비자는 지각된 가치를 더 중시하는 결과가 규명 되었다.
본 연구가 인구 비중이 증가하고 있는 한·중 50대, 60대 소비자를 대상으로 한 전기차 구매의도에 영향을 주는 여러 변인 간의 관계를 규명하고 기존 연구의 결과를 확장할 수 있는 계기가 되어 자동차 산업 뿐만이 아닌 다양한 시니어 대상 이종 산업에 관한 미래 연구에 있어서도 마중물 역할을 할 것으로 기대해 본다.I 서론 1
1. 연구의 배경 1
2. 연구의 목적 4
3. 연구의 구성 6
II 전기차 시장 8
1. 자동차 시장의 패러다임 변화 8
2. 글로벌 전기차 시장 전망 13
3. 한국 전기차 시장 16
4. 중국 전기차 시장 20
III 이론적 배경 및 선행연구 23
1. 액티브 시니어 소비자 23
2. 활동성 35
3. 선택속성 38
4. 지각된 가치 46
5. 인지된 위험 49
6. 구매의도 53
IV 연구 가설 및 모형 55
1. 연구 가설 55
2. 연구 모형 60
3. 연구 도구의 조작적 정의 60
4. 분석 방법 67
V 분석 결과 68
1. 표본의 특성 68
2. 한국 시장 분석 71
3. 중국 시장 분석 102
4. 한·중 액티브 시니어 소비자의 인식의 차이 분석 133
VI 연구 결과 158
1. 연구 요약 158
2. 연구의 시사점 165
3. 연구의 한계 및 향후 연구 방향 167Docto
Settlement Problems and Countermeasures in Unimproved Backfill Areas of Vertical Seawall
No full text본 사례연구는 직립호안 뒤채움 사석과 배후부지 연직배수공법이 시작되는 사이에 매립구간은 수중 매립 조건임에도 불구하고 지반개량공법 적용 없이 무처리 영역으로 설계되어 이에 따라 상부 시설물의 침하 및 파손으로 유지관리 및 사회 경제적 피해 발생 문제점을 해결하기 위해 부산항 북항 재개발사업 1-2단계 조성공사 시공사례를 바탕으로 검토를 하였고 이에 대한 대책을 수립하였다. 실내 및 현장시험을 통해 직립호안 뒤채움 사석과 배후부지 연직배수공법이 시작되는 사이에 매립구간에 대해 침하량 검토를 하였다. 구간별 침하량을 분석 결과 공원구간에서 허용침하량 기준을 초과하였고 다른 구간과 다르게 해당 구간은 매립 과정 중에 원지반 연약토(해성점토)가 호안 쪽으로 밀려 들어와 매립토와 혼재되어 연약층이 두껍게 형성되었다. 연약층에 대해서는 상부에 경화토 표층처리공법을 통해 침하 문제를 해결할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 본 사례연구 대상 지역 및 구조물과 같은 직립호안구간 배후부지 무처리구간에 대해서는 매립 이후 실내 및 현장시험을 통해 연약층 유무를 파악하고 안정 여부를 검토하는 프로세스가 시공기준으로 정립되기를 기대한다.1. 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 3
2. 연구의 배경 5
2.1 부두뜰 설계의 원리 5
2.2 부두뜰 부위 파손사례 5
2.2.1 하부구조 특성에 따른 부두뜰 포장의 특징 5
2.2.2 부두뜰 포장 침하 사례조사 7
2.3 부산항 북항 재개발사업 연약지반 설계 8
2.3.1 연약지반 판정 기준 8
2.2.2 지하수위 조건 10
2.2.3 허용잔류침하량 10
3. 연구대상 지역 토질 특성 분석 13
3.1 연구대상 지역 매립재료 13
3.2 연구대상 지역 지반조사 15
3.3 실내물성시험 결과분석 19
3.4 설계 지반정수 결정 20
3.4.1 모래층 20
3.4.2 점토층 24
3.4.3 연약점토층 27
3.4.4 설계지반정수 31
4. 연약지반 영향분석 및 대책방안 검토 32
4.1 무처리구간 현황 32
4.2 무처리시 뒤채움 지반 침하량 검토 34
4.3 연약지반개량공법 선정 36
4.3.1 연약지반개량공법의 개요 36
4.3.2 연약지반개량의 원리 및 목적 36
4.3.3 연약지반개량공법 선정 시 고려사항 37
4.3.4 적용 가능 연약지반개량공법 분석 38
4.3.5 검토대상 공법의 특징 39
4.3.6 연약지반개량공법 선정 42
4.4 개량 후 뒤채움 지반 침하량 분석 44
5. 결과 및 고찰 45
참고문헌 47
국문초록 49Maste
A Study on the Rule and Design of the LPG Hybrid Electric Propulsion System for Small Vessels
No full text선박으로부터 배출되는 이산화탄소 규제로 IMO의 Phase 2가 시행되고 있으며 이를 만족하기 위한 브릿지연료로써 LNG, LPG, Methanol 등의 수요가 급증하고 있다. 이에 따라 기관 및 선박 건조와 관련된 연구 개발이 활발히 진행되고 있지만 대체연료를 이용한 선박 건조 기준에 대한 정립은 미진한 부분이 있다.
이에 본 연구에서는 LPG 연료를 이용한 선박용 하이브리드 전기추진시스템에 대해 국내에서 개발 중인 소형 액화석유가스연료 추진선박 기준과 전기추진선박 통합 안전기준을 기반으로 전문가의 제안사항을 분석하고 대상선박의 설계 도면 검토를 통해 주요 시스템에 대해 설계 관련 기준을 식별하였고 기준안에 대한 보완사항을 도출하였다. 이를 통해 국내 다수의 연안선박을 대상으로 LPG 연료 하이브리드 전기추진선박의 설계 및 건조를 위한 개선 기준안을 제안한다.| The International Maritime Organization is implementing EEDI phase 2 and strengthening regulations on carbon dioxide emitted from ships. Accordingly, it is increasing the use of LNG, LPG, methanol as bridge fuel. In the field of large merchant ships, alternative fuel propulsion ships have been applied and standards have been established, but in the case of small and medium-sized ships, standards for ship design using these fuels are insufficient.
Therefore, this study analyzed the expert’s suggestions for standard of the small liquefied petroleum gas fuel propulsion ship and the integrated safety standard for electric propulsion ships under development in Korea for the hybrid electric propulsion ships using LPG fuel.제1장 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구내용 3
1.3 논문의 구성 5
제2장 LPG 하이브리드 전기추진선박 6
2.1 LPG 하이브리드 전기추진선박 개요 6
2.2 LPG 하이브리드 전기추진선박의 구성 요소 8
2.2.1 LPG연료탱크 8
2.2.2 LPG연료공급시스템 9
2.2.3 LPG엔진발전기 10
2.2.4 배전시스템 11
2.2.5 전력변환시스템 13
2.2.6 추진전동기 16
제3장 소형 LPG 하이브리드 전기추진선박 관련 기준 18
3.1 소형 액화석유가스연료 추진선박 기준안 18
3.1.1 일반사항 19
3.1.2 LPG연료탱크 20
3.1.3 LPG연료공급장치 21
3.1.4 벙커링 22
3.1.5 통풍 22
3.2 전기추진선박 통합 안전기준 24
3.2.1 일반사항 24
3.2.2 발전원 25
3.2.3 배전시스템 27
3.2.4 전력변환시스템 29
3.2.5 추진전동기 30
제4장 전문가 의견 분석 및 검토를 통한 개선 기준안 요약 32
4.1 LPG연료탱크 33
4.2 LPG연료공급장치 37
4.3 벙커링 41
4.4 통풍 44
4.5 발전원 47
4.6 배전시스템 52
4.7 전력변환시스템 57
4.8 추진전동기 61
4.9 기준 적용 설계 검토 결과 분석 66
제5장 결론 80Maste