• 한국항공우주학회지
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• 제39권8호
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• pp.711-718
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• 2011

본 논문에서는 열화학적 분해 및 열기계학적 변형이 고려된 구성 방정식을 사용하여 다공성 탄소/페놀릭 복합재료의 열탄성 거동을 예측하였다. 다공성 복합재료의 온도 의존성 및 열화학적 분해 과정에서의 기공도, 분해 가스에 의한 기공 압력, 재료의 수축을 고려하였다. 기공도와 기공 압력이 고려된 대표 체적 요소 모델의 유한요소 해석을 통해 산출된 거시적 기공 탄성 계수를 구성 방정식에 적용하였다. 간단한 수치 실험을 통해 기공탄성 계수가 다공성 재료의 열탄성 거동에 미치는 영향을 분석하였으며, 재료 내부에 형성된 기공과 기공 압력에 의한 응력 구배 및 변형을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제25권1호
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• pp.1-8
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• 2012

본 논문에서는 다공성 복합재료의 열탄성 거동 예측을 위하여 미시역학적 유한요소 해석을 통해 기공 탄성 인자를 측정하였다. 먼저 기공 압력에 의한 복합재료의 응력 및 변형 상태를 기술하기 위해서 구성 방정식에 기공 탄성 인자를 도입하였다. 기공 탄성 인자의 산출에 필요한 기공 압력에 의한 팽창 변형도와 기공 형성에 따른 균질화 탄성 계수의 저하를 측정하였다. 기공의 형상, 크기, 배열 형태에 따른 이차원 대표 체적 요소의 모델링과 유한요소 해석을 수행하였다. 기공도, 재료 이 방성이 기공 탄성 인자에 미치는 영향과 기공 압력에 따른 변형 에너지 밀도 분포를 살펴보았다. 또한, 측정된 기공 탄성 인자의 유용성을 검토하기 위하여 탄소/페놀릭 복합재료의 열탄성 거동을 예측하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권5호
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• pp.527-534
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• 2014

본 논문에서는 이미지 기반 전산 모형을 이용하여 섬유강화 복합재료의 기공 탄성 해석을 수행하였다. 먼저 다공성 기지에 대한 단면 이미지를 분석하여 기공도, 기공 개수, 기공 분포 등을 확인하였다. 이미지의 해상도, 위치, 크기에 따른 전산 모형화 및 유한요소 해석을 수행하였으며, 주요 결과로써 유효 탄성 계수, 기공 탄성 인자, 변형 에너지 밀도를 정량적으로 산출하였다. 기공 탄성 인자는 유효 탄성 계수와 기공 압력에 의한 팽창 변형도를 기준으로 계산하였다. 또한 이미지 기반 전산 모형을 이용한 기공 탄성 해석 결과의 신뢰성 확인을 위해, 기공의 형상 및 배열을 단순화시킨 대표 체적 요소 모형의 해석 결과와 비교하였다.

• Composites Research
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• 제29권2호
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• pp.66-72
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• 2016

고온에서 열화학적 분해 현상을 겪는 고분자 기지 복합재료는 기지 내부의 기공도가 급격히 증가한다. 기공의 생성은 재료의 탄성 계수와 파손 강도를 감소시키며, 기공 내부의 가스 압력은 재료의 열기계적 거동에 영향을 준다. 본 논문에서는 기지 내부에 많은 기공이 포함된 일방향 섬유 강화 복합재료의 이차원 대표 체적 요소를 설정하고 유한요소 해석을 수행하였다. 이를 통해 기공 상태에 따른 복합재료의 유효 탄성 계수, 기공 탄성 계수, 파손 강도 등을 산출하였다. 특히, 기지 재료의 특성에 많은 영향을 받는 섬유 수직 방향의 파손 강도가 원래 기지 강도보다 현격히 낮게 산출되며, 기공도가 증가함에 따라 지속적으로 떨어지는 경향을 확인하였다.

• 지질공학
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• 제32권4호
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• pp.643-659
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• 2022

최근 지중저장기술(예, 온실가스 심지층 처분, 인공지열저류층 발전 등)이 활발히 수행됨에 따라, 유체 주입과 저장부지 안정성 사이의 역학적 관계에 관한 정량적 이해의 중요성이 인지되고 있다. 지중 유체 주입은 공극압 및 지중응력 교란과 지층의 역학적 불안정성을 야기할 수 있어, 유체 주입에 대한 다공탄성 수치 모형 구축이 요구된다. 본 연구에서는 순차적인 COMSOL-PyLith-COMSOL 유체 주입-유발지진 다공탄성 수치 모사를 수행한다. 유한요소 상용 소프트웨어인 COMSOL을 이용해 단층에 가해지는 쿨롱 파괴 응력(CFS) 변화를 시간에 따라 추적하였고, CFS 변화량이 임계값(예, 0.1 MPa)을 초과할 경우, 모형의 정보(기하구조, 물성 등)를 유한요소 오픈소스 코드인 PyLith로 이동시키는 알고리즘을 구축했다. PyLith는 단층의 미끄러짐을 모사하고, 미끌림에 의한 변위장을 획득한다. 이후 변위장을 COMSOL로 이동시켜 지진에 의한 응력 및 표면 변위를 계산한다. 수치 모사 결과, 주입 기간 중엔 주입정 근거리에서 큰 변화(공극압, CFS 변화 등)를 보였고, 주입 종류 후에는 잔류 응력이 원거리 영역으로 확산하는 양상이 나타났다. 이는 주입 종료 후 지속적인 모니터링의 필요성을 제안한다. 또한, 단층과 주입층 물성(예, 투수계수, Biot-Willis 계수)에 따른 CFS 변화량 비교는 주입정 위치 선정 시 주입층 및 주변 지층에 대한 물성 파악이 중요함을 의미한다. 단층 미끄러짐 양에 따른 표면 변위 및 이암층에 가해지는 편차응력은 다양한 단층 미끌림 시나리오 설정의 필요성을 지시한다.

• 비파괴검사학회지
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• 제36권6호
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• pp.474-482
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• 2016

가벼운 다공성 구조재로서 널리 사용되는 캘빈 폼(foam) 재료의 탄성특성을 초음파를 이용하여 조사하였다. 캘빈 폼의 구조는 tetrakaidecahedron의 단위 셀(unit cell)이 규칙적으로 3차원 배열된 구조를 갖고 있는데 본 연구에서는 SoildWorks 프로그램에서 캘빈 단위 셀을 설계하고 ABS 플라스틱 재료를 이용하여 3차원 프린터로 제작한 후 초음파시험을 수행하였다. 캘빈 구조체는 기공이 많은 재료이기 때문에 초음파가 투과할 수 없어서 빈 공간을 모두 파라핀 왁스로 충진하여 초음파가 투과할 수 있도록 하였다. 파라핀을 충진한 캘빈 구조체는 초음파의 비행시간(TOF)을 이용하여 초음파 속도를 계산한 후, 이 복합 구조체에 대한 탄성 구조 모델을 기반으로 캘빈 구조체만의 탄성계수를 계산하였다. 측정된 캘빈 구조체의 탄성계수 값은 모재(ABS 플라스틱) 탄성계수의 약 3.4%가 되는 것으로 나타났는데 이 평가 결과는 선행된 연구 결과들에서 나타난 실험값이나 이론 해석 결과와 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권8호
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• pp.737-742
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• 2016

다공성 탄성체는 기름유출과 같은 상황에서 적용 가능한 선택적 흡수재로 각광을 받고 있다. 다공성 탄성체의 선택적 흡수효율은 표면 거칠기, 물리화학적 처리기법, 수압안정성 등의 영향을 받는다. 본 연구에서는 PDMS(polydimethylsiloxane), 미소 소금입자 및 계면활성제(silwet L-77)를 이용하여 다공성 PDMS를 제작하는 방법에 대해 설명한 후, 제작과정 중 물리화학적 처리를 통해 상기 다공성 PDMS의 소수성을 강화하거나 혹은 그 특성을 친수성으로 만드는 방법에 대해 기술한다. 물리적 처리방법으로는 소금입자의 크기조절을 통해 공극 크기(혹은 표면 거칠기)를 조절하고 화학적 처리방법으로는 계면활성제의 혼합비를 조절하여 표면 에너지를 변화시킨다. 제작된 다공성 PDMS를 이용하여 접촉각 및 흡수율을 측정함으로써 소금입자의 직경과 계면활성제의 혼합비가 다공성 PDMS의 접촉각과 흡수율에 미치는 영향을 정량적으로 측정한다.

• Composites Research
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• 제25권2호
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• pp.34-39
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• 2012

본 논문에서는 일방향 섬유강화 복합재료의 열-기공-탄성 거동을 효과적으로 기술하기 위하여 미시역학에 기반을 둔 분리-혼합 기법을 적용하였다. 온도 증가에 따른 열팽창, 내부 기공에서의 가스 압력, 열분해 과정의 수축 변형 효과를 정식화 과정에 모두 포함하였다. 유도된 구성 방정식을 검증하기 위한 비교 대상으로서 복합재료 이차원 단층의 대표 체적 요소를 유한요소법으로 모델링하고, 다양한 하중 조건에 대하여 해석하였다. 즉, 대표 체적 요소에 분포된 전체 평균 응력과 변형도 등을 구하여, 분리-혼합 기법에 의해 예측된 해당 결과 값을 서로 비교하였다. 도출된 수치 결과를 분석함으로써 제안된 복합재료의 열-기공-탄성 거동 예측 기법의 유용성을 확인하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제2권3호
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• pp.81-88
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• 2001

다공질 매체의 거동은 선형 열역학적 다공 탄성 거동, 선형 다공 점성-탄성 거동, 다공소성 거동, 그리고 다공 점성-소성 거동 등으로 모형화가 된다. 또한 시간에 따라 그 거동 양상이 복합적인 형태를 띈다. 다공질 매체는 간극 속의 구성물들이 서로 상대속도를 가지며 상호 작용을 하기 때문에 coupling 효과를 고려한 다공질 매체의 변형 거동에 대한 구성모델의 개발이 필수적이다. 본 논문에서는 균질하고 등방성을 가진 재료들로 이루어진 다공질 매체의 3차원적인 거동을 포화도에 따라 완전 포화시와 부분 포화시로 나누어 연속체 다공 역학의 뼈대 위에 지배방정식들을 구한다. 또한 다공질 매체의 거동을 이해하고 해석할 수 있는 구성모델을 개발할 수 있는 토대를 마련한다. 본 연구가 확장될 경우 다공질 매체의 정확한 거동 해석과 변형량 예측이 이루어질 수 있을 것이다. 특히 도시 고형화 폐기물 매립지반의 3차원적인 거동을 해석할 수 있는 기초가 마련되어 비균질하고 이방성을 가진 재료들로 이루어진 다공질 매체 지반의 활용이 활발하게 이루어 질 것으로 기대된다.

• 소음진동
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• 제9권6호
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• pp.1218-1226
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• 1999

In this paper, the extended Biot's semilinear model was developed. Combining the extended Biot model with the dynamic equation yields the nonlinear wave equation in poproelastic sound absorbing materials. Both perturbation and matching techniques are used to find solutions for nonlinear wave equations. By comparing results between linear and nonlinear wave solutions, characteristics of nonlinear waves in poroelastic sound abosrbing materials have been studied. Nonlinear waves were found to be attenuated faster than the linear ones. A maximum amplitude of the nonlinear wave occurred near its surface boundaries and decay quickly with distance from the surface. It has also been found that, if the amplitudes of linear waves are known at the surface boundaries, those of nonlinear ones can be determined. This will be the basis of finding effects of nonlinearity on the absorption coefficient and the transmission loss.