• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.22.1-22.1
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• 2011

산업의 발달과 더불어 수송기기를 포함한 각종 구조물의 경량화에 따라 피로파괴에 대한 관심이 높아지고 있다. 과거에는 피로균열생성과 피로균열전파를 구분하지 않는 S-N (stress-cycles to failure) 피로 개념을 이용하여 구조재의 피로 거동을 이해하고자 하였다. 그러나 최근에는 모든 구조물에는 균열이 존재한다는 가정에서 시작된 파괴역학(fracture mechanics)에 기초한 피로균열성장 개념을 이용하여 피로에 대한 저항성이 큰 구조재를 개발하고 있으며, 구조물의 피로수명을 예측하고 있다. 본 발표에서는 미세조직, 인장특성, 용접이나 부식 환경 등이 금속의 피로 및 피로균열성장(fatigue crack propagation)에 미치는 영향에 대한 논하고자 한다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.561-564
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• 2011

다양한 공학/산업적 측면에서 동적 취성 파괴 현상은 매우 중요하다. 취성 균열은 다른 균열 전파에 비해 그 전파 속도가 매우 빠르고 전파 범위가 넓기 때문에 대규모의 파괴 현상을 일으킨다. 동적 전파 중인 취성 균열 거동을 모델화하기 위해 오랜 기간 동안 많은 연구가 진행되었지만, 여전히 많은 부분들이 해석되지 못한 채 남아있다. 특히 균열 생성 및 전파를 위해 인위적인 조건들을 도입해야 하는 것은 기존 방법론들이 가지는 공통적인 문제점이다. 본 연구는 peridynamics를 동적 분기 균열 문제 해석에 도입한다. Peridynamics는 전통적인 연속체 이론에 기반한 수치해석 모델화 기법으로 균열과 같은 비연속성이 있는 문제의 모델화에 강점이 있으며, 인위적인 조건 없이 매우 간단한 방법으로 파괴 현상을 해석할 수 있다. 본 연구에서는 peridynamics 모델이 실험적으로 관측된 분기균열 형상과 균열 전파 속도를 매우 잘 예측해 낼 수 있음을 보인다. 또한 균열팁 주변에 높은 응력이 발생할 때 나타나는 연쇄 분기 현상도 해석할 수 있다. 이와 같은 연구를 통해 응력파가 균열 전파 속도를 변화시키고 전파 방향에도 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 수치해석 결과도 또한 실험 결과들과 잘 부합함을 확인하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.37 no.11
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• pp.1058-1064
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• 2000

연속슬립캐스팅 및 상압소결법으로 $Al_2$O$_3$/ZrO$_2$적층복합체를 제조하였으며, 적층복합체에서 ZrO$_2$층을 단사정, 정방정 및 입방정으로 각각 달리 적층하여 균열생성 및 전파 거동에 미치는 ZrO$_2$상의 영향을 고찰하였다. 균열 생성은 냉각시 $Al_2$O$_3$층과 ZrO$_2$층 간의 열팽창 계수의 차이에 의한 열적불일치응력이 가장 큰 요인으로 작용하였다. 적층체 내에 존재하는 균열은 tetra-ZrO$_2$의 경우 적층두께 조절로 가능하였으며, cubic-ZrO$_2$의 경우는 냉각속도 조절로 균열밀도로 크게 낮출 수 있었다. $Al_2$O$_3$/ZrO$_2$적층체를 구성하는 세가지 ZrO$_2$상(mono, tetra, cubic)들 중에서 cubic-ZrO$_2$가 포함된 적층체의 경우 $Al_2$O$_3$와 ZrO$_2$계면에 형성된 잔류압축응력으로 인한 균열굴절 효과를 얻을 수 있었다.

• Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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• v.3 no.2
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• pp.23-32
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• 2001

Rock masses are usually discontinuous in nature, as a result of various geological processes they have underdone and they contain rock joints and bridges. Crack propagation and coalescence processes mainly cause rock failures in tunnels. In this study, we focused on the crack initiation, propagation and coalescence process of rock materials containing two pre-existing open cracks arranged in different geometries. During uniaxial compression, wing crack initiation stress, wing crack propagation angle, and crack coalescence stress of Diastone gypsum and Yeosan Marble specimens were examined. And crack initiation, propagation, and coalescence processes were observed. Shear, tensile and mixed (shear+tensile) types of crack coalescence occurred. To compare the experimental results with Ashby & Hallam model, crack coalescence stress was normalized and it generally agreed with the experimental results.

• Tunnel and Underground Space
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• v.11 no.3
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• pp.217-224
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• 2001

Rock masses are usually discontinuous in nature due to various geological processes and contain rock joints and bridges. Crack propagation and coalescence processes in rock bridge mainly cause rock failures in slopes, foundations, and tunnels. In this study, we focused on the crack initiation, propagation and coalescence process of rock materials containing two pre-existing open cracks arranged in different geometries. Specimens of 120${\times}$60${\times}$25 mm in size, which were made of Yeoman Marble, were prepared. In the specimens, two artificial cracks were cut with pre-existing crack angle ${\alpha}$, bridge angle ${\beta}$, pre-existing crack length 2c and bridge length 2b. Wing crack initiation stress, wing crack propagation angle, and crack coalescence stress were measured and crack initiation, propagation and coalescence processes were observed during uniaxial compression. Crack coalescence types were classified and analytical study using Ashby and Hallam model (1986) was performed to be compared with the experimental results.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.22 no.6
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• pp.519-525
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• 2009

In this study a cohesive zone model was used to simulate the delamination phenomena which occurs by a successive crack initiation and propagation in composite laminates. The cohesive zone model was incorporated to the classical finite element method via cohesive element formulation and then implemented into the user-subroutine UEL of a commercial finite element program Abaqus. To validate the formulation and implementation of the cohesive element the finite element results were compared with the experimental data of double cantilever beam and end notched flexure tests. The numerical results well agree with the experimental load-displacement curves. Also the effect of the elastic stiffness and the size of the cohesive element on the global load-displacement curves were studied numerically. To minimize the mesh-dependency of the crack propagation path and eliminate the zig-zag patterns in the load-displacement curve, cohesive elements should be refined at the crack-tip.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.8 no.3
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• pp.275-284
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• 1998

Deformation behavior and microcrack development due to uniaxial compressive cyclic loading in the Pocheon granite were investigated using the ultrasonic velocity measurements and the differential strain analysis(DSA). Most microcracks were developed along the direction parallel to the loading axis. Microcracks developed at the early stage of cyclic loading were formed by propagation of pre-existing cracks. Ultrasonic velocity measurement, DSA and measurement of permanent deformation are good tools to represent microcrack development in rock. Since results from each method are slightly different, microcrack development should be interpreted from all three methods. The magnitude of microcracks developed at the early stage of cyclic loading under 80% loading level is twice compared with those under 70% loading level. The highest volumetric crack strain is about 3000, indicating that the Pocheon granite will fail with 0.3% occupation of microcrack in volume.

• Journal of the Korea Computer Graphics Society
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• v.23 no.5
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• pp.1-7
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• 2017

We propose a complex crack generation technique which is represented when impact is applied to glass. The crack patterns expressed when external forces are applied to the glass are classified into dense, radial, and concentric cracks, and we use procedural methods to efficiently represent crack patterns. Based on the input external force, we synthesize the crack example and apply the L-system based on this example to model the propagation shape of the crack in real time. Although physics based crack generation can analyze and model accurate cracks, it has a disadvantage of slow computation because of its high computational cost, and procedural methods have a relatively fast rate of continuity, but are not sufficient to capture accurate crack characteristics. We modeled cracks in glass using L-system to achieve both of these advantages. As a result, it realistically represented the microscopic crack patterns of glass in real time.

• Tunnel and Underground Space
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• v.9 no.1
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• pp.64-71
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• 1999

A numerical analysis was performed to investigate the effects of notched blasthole in controlling the fracture plane. Analyzed were elastic and elasto-plastic response of rock, and fracture propagation under static and dynamic load conditions. Results showed that the region exceeding the tensile strength extended up to three times the radius of a normal blasthole in elastic analysis, while fifteen times in elasto-plastic analysis. It was shown that a crack was driven from the notch tip up to the distance of 23 times the hole radius in the case of a notched blasthole with a notch of 5 mm in depth and 30 mm in length.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.73-73
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• 2010

합금원소가 다량 첨가된 고합금강, 스테인리스강, Ni기 초내열합금 등은 용접시 혹은 후열처리 동안 열영향부 (HAZ: heat-affected-zone)에서 결정립계를 따라서 액화균열이 종종 발생한다. 이러한 액화균열은 급속한 가열시 HAZ의 결정립계가 국부적으로 용융되어 액상필름을 형성하고, 냉각시 수축으로 인한 인장구속응력에 의해 필름을 따라서 균열이 발생하여 생성된다. HAZ 결정립계 액화는 탄화물, 황화물, 인화물, 보론계 화합물 등이 급가열시 기지와의 반응에 의해 표피 액상을 형성하는 조성적 액화 (constitutional liquation)에 의한 액상의 결정립계 침투로 설명되거나, 결정립계 자체의 용융점을 상당량 낮추는 보론(B), 인(P), 황(S)등의 편석에 의한 국부적 입계 용융으로 주로 연관 지어 해석한다. HAZ 액화균열은 고온 입계균열 현상이므로, 결정립계의 특성에 따라 크게 영향을 받으며 결정립계 character 설계에 의해 액화균열 저항성을 개선시킬 수 있음을 유추할 수 있다. 한편, 본 연구자들은 최근 Ni기 초내열합금에 있어 입계 serration 현상을 새롭게 발견하였으며, 이론적 접근법을 통해 serration을 위한 특별한 열처리 방법을 개발하였다. 형성된 파형입계는 결정학적인 관점에서 조밀 {111} 입계면을 갖도록 분해 (dissociation)되어 낮은 계면에너지를 갖게 됨을 확인하였으며, 입계형상 변화뿐만 아니라 탄화물 특성변화까지 유도하여 크리프 수명을 기존대비 약 40% 정도 향상시킴을 확인하였다. 본 연구에서는 이러한 직선형 입계 대비 'special boundary'로 간주되는 파형입계가 도입될 경우, 보론 편석 및 HAZ 액화거동에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다. SIMS (secondary ion mass spectrometry)를 이용하여 열처리 직후 결정립계 보론편석 정도를 비교하였다. 파형입계 시편의 경우, 일반직선형 시편에 비해 결정립계에 보론편석 저항성이 우수함을 확인할 수 있었다. 재현 HAZ 열사이클 시험을 통해 미세조직을 정량적으로 분석하였다. 파형입계 시편 및 일반직선형 시편 모두 최고온도 $1060^{\circ}C$이상부터 입계 탄화물이 기지내로 완전 용해되고 입계가 액화되기 시작하였다. 최고온도별로 입계액화비율을 정량적으로 비교한 결과, 파형입계가 직선입계 대비 훨씬 낮음을 확인할 수 있었으며, 때때로 액화된 필름이 입계를 따라 전파되지 않고 부분적으로 단락되어 있음이 관찰되었다. 액화시험 후 투과전자현미경을 이용한 EDS (energy dispersive spectrometry) 분석을 통해 결정립계 액화의 주요원인은 입계 $M_{23}C_6$의 조성적 액화반응 보다는 보론 편석 (원자 및 $M_{23}(CB)_6$)으로 인한 결정립계 국부용융이 더 유력함을 유추할 수 있었다. 따라서 상기 결과로부터 입계구조가 안정되어 계면에너지가 낮은 파형입계가 보론편석에 대한 저항성이 우수하였으며, 이러한 결과는 액화 저항성에 대응되어 영향을 미침을 알 수 있었다. 게다가 파형입계에 액상 필름이 생성되더라도 낮은 계면에너지에 의해 비롯된 상대적으로 낮은 적심성 (wettability)에 의해 필름이 쉽게 전파되지 않음을 'Smith 입계 wetting 이론'을 이용하여 해석할 수 있었다.