• 비파괴검사학회지
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• 제26권5호
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• pp.306-314
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• 2006

가동 중인 설비 및 대형 구조물은 장시간 사용, 고온 환경 및 반복되는 하중 등의 영향으로 설비재료의 교체 및 유지 보수가 요구된다. 이때 설비의 기계적 특성을 평가하는 것은 필수 불가결한 요소 이지만 대부분의 물성평가방법이 파괴적이기 때문에 가동 중인 설비에 직접 적용하는 것은 상당한 어려움이 따른다. 그러나 계장화 압입시험법은 다양한 기계적인 특성을 비파괴적으로 측정하는 최신기술로서 재료에 하중 인가 및 제거 과정 중 하중과 변위를 연속적으로 측정하여 획득된 압입하중-변위곡선의 분석을 통해 유동물성, 잔류응력, 파괴인성 등의 기계적 특성을 평가 할 수 있다. 본 연구에서는 계장화 압입시험을 이용하여 철강재료 및 용접부 유동물성과 잔류응력을 정량적으로 평가하였다. 계장화 압입시험 시 발생하는 압입자 하부의 응력 상태를 고려하여 유동응력과 변형률을 정의하고, 이를 최적화된 응력-변형률 구성방정식을 통해 유동곡선 및 항복강도, 인장강도 등의 유동물성을 평가 하였다. 계장화 압입시험을 이용하여 잔류응력을 측정하기 위해 소성변형과 직접 관련된 편차 응력 성분만으로 압입변형과 잔류응력 간의 상호작용을 분석하여 잔류응력 모델을 정의하였다. 측정된 유동물성은 일축인장시험의 결과를 통해 그 정확성을 검증하였고, 잔류응력은 홀-드릴링, 절단법 및 ED-XRD 시험과 비교하여 그 모델을 검증하였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.217-226
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• 2018

차량의 측면은 전면이나 후면과 다르게 비대칭으로 설계되어있기 때문에 측면충돌이 일어나는 경우 충돌부위에 따라 차체의 변형정도가 크게 달라진다. 충돌로 인하여 차체에 탄성 및 소성 변형이 일어날 때 운동에너지가 차체로 흡수되어 운동량이 감소하게 된다. 일반적으로 교통사고분석은 충돌 후 차량의 거동을 운동량 보존법칙으로 분석하며 차체의 변형에 따른 에너지 흡수량은 반발계수를 적용해 그 오차를 보정한다. 본 연구에서는 차체의 구조와 각 부품의 재료특성을 적용한 유한요소 차량모델을 LS-DYNA로 해석하였으며, 그 결과를 분석하여 SUV와 승용차의 측면충돌에서 차량의 접촉부위에 따른 반발계수와 충돌감지시간을 도출하였다. 최종적으로 산출된 반발계수와 충돌감지시간을 실제 교통사고 사례에 적용하였을 때 결과오차의 개선효과를 얻었다. 유한요소해석 모델을 이용하여 도출한 초기 입력값을 적용했을 때 기존의 분석기법보다 해석의 신뢰도가 높다는 결과를 얻게 되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.173-183
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• 2010

본 논문은 I형 강재와 프리캐스트 콘크리트 바닥판으로 구성된 비합성 합성아치 생태교량에 대한 해석 및 실험 연구이다. 범용유한 요소해석 프로그램 ABAQUS(2007)를 사용하여 단위거더, 단위합성거더, 3거더 아치, 3거더 합성아치 등 4종류의 해석모델이 검토되었으며, 해석 결과를 토대로 모델별 거동특성을 분석하고, 3거더 합성아치 모형실험체에 설치될 응력 및 변형률 게이지 위치를 결정하였다. 본 연구의 정적파괴 하중실험에 사용된 실험체는 3개의 I형강 거더와 14개의 PC패널로 구성되어 있다. 모형실험체 정적파괴실험결과로부터 강거더 하부플랜지가 항복응력에 도달하는 시기의 재하하중은 유한요소해석을 통해 얻어진 정적하중과 17%정도의 차이를 나타내고 있으며, 실험체 파괴하중은 1,961kN으로 AASHTO LRFD 교량설계기준 (2007)의 단면 소성모멘트를 이용한 작용가능하중은 1,380kN으로 본 실험체는 충분한 내하력을 나타내고 있다. 해석결과와 실험결과를 토대로 새로운 형식의 비합성 합성아치 교량의 안전성과 강도가 충분히 발휘됨을 확인할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.129-137
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• 2010

본 연구에서는 횡력을 받는 구조물 거동에 대한 보-기둥 접합부의 영향을 확인하기 위하여 5층 철골구조물을 KBC2005 건축구조설계기준에 맞게 구조설계 하였으며 접합부를 완전 강접합부로 이상화한 경우와 반강접 접합부로 설계하였다. 철골 보 및 기둥의 모멘트-곡률관계는 화이버모델을 이용하여 확인하였으며 반강접 접합부의 모멘트-회전각 관계는 3-매개변수 파워모델을 이용하여 나타내었다. 구조물 거동에 대한 고차모드의 영향을 확인하기 위하여 KBC2005 등가정적 횡하중과 고차모드를 고려한 횡하중을 재하하였다. 5층 철골구조물은 개별 골조와 연결골조의 2차원 구조물로 이상화하였다. 횡하중을 받는 2차원 구조물에 대한 푸쉬오버 구조해석을 실시하여 지붕충변위-밑면전단력, 초과강도계수, 연성계수, 반응수정계수와 같은 설계계수, 접합부 요구연성도 그리고 소성힌지 분포 등을 확인하였다. 예제 구조물은 기준의 반응수정계수 보다 큰 값을 보였고 고차모드의 반응수정계수에 대한 영향은 거의 없었고 KBC2005 횡하중은 안전한 편에 속했다. TSD 접합부는 예제 구조물에서 경제성과 안전성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 농업과학연구
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• 제22권1호
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• pp.103-109
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• 1995

단백질과 전분을 각 성분비로 조합하고, 고형물 함량 8, 9, 10, 11%로 조정한 시료를 $80^{\circ}C$에서 30분간 가열한 후 $25^{\circ}C$로 냉각하여, 온도 $30{\sim}60^{\circ}C$, 0.6 ~ 6 rpm의 범위에서 Brookfield 단원통회전점도계로 리올로지 특성을 측정하였는 바, 아래와 같은 결과를 얻었다. 1. 모델 식품 $P_1S_3$, $P_1S_2$, $P_1S_1$, $P_2S_1$, $P_3S_1$, $P_4S_0$는 모두 의가소성을 나타내고, 항복치를 가지며, 시간 의존성 구조 붕괴를 나타내는 thixotropic 식품이었다. 그러나 $P_0S_4$, 즉 전분의 경우는 8~11% 범위에서 gel의 강도가 크기 때문에 유동성을 보이지 않았다. 2. 각 수분함량에서 모형식품의 단백질 함량에 따른 유통 특성값은 일정한 상관관계를 나타내지 않았다. 3. 전단속도에 대한 전단웅력의 변화는 전분질식품이 ($P_1S_3$, $P_1S_2$) 단백질식품($P_2S_1$, $P_3S_1$)보다 컸으며, 전단초기의 구조붕괴는 Tiu의 모델에 따라 2차 반응식으로 붕괴되었고, 전단속도가 증가 할 수록 구조 붕괴 속도도 빨랐다. 4. $P_1S_2$, $P_2S_1$의 온도의존성은 Arrhenius식에 잘 따랐으며 이때 활성화에너지는 각각 2.35, $1.34Kcal/g{\cdot}mole$이었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.53-64
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• 2003

사면을 포함한 경사지에 설치된 송전탑, 교각, 고층빌딩 등을 지지하는 말뚝은 풍하중, 지진, 차량 등에 의한 수평하중을 고려하여 설계되어야 한다. 이러한 사면이나 경사지에 설치된 수평하중을 받는 말뚝은 편평한 지반에 비하여, 수평지지력이 감소하기 때문이다. 그러므로 이러한 구조물은 일반적으로 강성이 높고, 대구경의 기초인 피어기초가 사용된다. 수평하중을 받는 피어기초는 일반적으로 장대말뚝과 다른 거동을 한다. 즉, 수평하중에 의하여 말뚝 자체의 회전이 발생하고, 그 회전의 중심점 상부의 사면측의 수동토압에 의존하여 지반파괴가 발생한다는 측면에서 짧은 강성 말뚝과 유사한 거동을 한다. 본 논문은 모래사면의 언덕 근처에 설치된 짧은 말뚝의 수평하중의 영향에 대한 실험 및 수치해석 결과를 포함한다. 대부분을 모형실험과 3차원 탄소성 유한요소해석의 비교, 결과를 기술하였다. 먼저, 사면 언덕에서 모형말뚝까지의 거리를 3종류로 구분하여 단항의 모형실험과 군항말뚝의 수평하중 특성을 파악하기 위하여 수평지반과 사면지반(경사 30$^{\circ}$)에 대하여 말뚝중심간의 거리를 각2종류로 모형실험을 실시하였다. 동시에 3차원 탄소성 유한요소법에 의한 수치해석을 통하여 모형실험의 결과와의 비교를 시도하였다. 사용된 모래지반은 배수조건하에서 삼축압축실험으로 재현하였다. 3차원 탄소성 유한요소해석에서 완전탄소성모델의 파괴기준은 Mohr-Coulomb식, 소성 포텐셜은 Drucker-Prage식을 이용한 MC-DP모델을 적용하였다. 연구결과, 3차원탄소성 유한요소법이 사질토 지반에 설치된 짧은 말뚝의 수평거동을 파악하는데 유효하다는 것을 확인하였다.

• 한국안전학회지
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• 제11권4호
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• pp.143-150
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• 1996

본 연구는 선형, 비선형 hygrothermal 응력 문제를 위한 explicit-Implicit 유한요소 해석 모델 개발에 관한 것이다. 부가적으로 moilsture 확산 방정식, J-적분 평가를 위한 균열 요소 및 가상 균열 진전법이 도입된다. 시간 변화에 따른 균열 추진력을 계산하기 위하여 선형 탄성 파괴 역학(LEFM)이론이 고려되며 재료의 기공은 실온에서 액체 상태의 습기로 포화되어 있으며 온도가 상승함에 따라 증기화된다는 가정하에서 균열 추진력과 증기 효과의 관계가 연구된다. 이상 기체방정식은 각 시간 단계에서 증기에 의한 열역학적 압력을 계산하기 위하여 이용된다. 다공질 재료의 시간 종속 응답을 지배하는 방정식들은 혼합이론에 기초하며 다공질 재료의 유체 흐름을 위한 Darcy의 법칙과 Von-Mises 항복 기준을 포함하고 있는 Perzyna의 점소성 모델이 첨가된다. 또한 Green-Naghdi 응력률이 중첩된 강체 운동하에서 응력 텐서 invariant로 사용되며, 모델링을 위하여 사각요소가 이용되고 비선형 지배 방정식을 풀기 위하여 full Newton-Raphson법에 의한 반복법이 사용된다. 본 연구를 통하여 얻은 결과는 다음과 같다. 1) 본 유한요소 프로그램은 복합재의 hygrothermal 파괴 해석에 매우 유용하게 적용될 수 있다. 2) 습기의 온도에 의한 영향을 가지는 재료의 J-적분을 정확히 예측하기 위하여는 증기 효과를 고려하여야 한다. 왜냐하면 초기단계에 균열 전파력이 가속되기 때문이다. 3) 본 해석을 위해 Uncoupled scheme에 의한 결과도 Coupled scheme에 결과에 비해 아주 타당하므로 CPU 측면에서 매우 경제적인 Uncoupled scheme이 추천된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.30-39
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• 2022

원자력발전소 주요기기의 건전성 유지는 구조물의 안전성과 관련하여 매우 중요한 문제로 인식되고 있으며 배관시스템의 건전성은 원자력발전소의 안전과 관련된 매우 중요한 문제이다. 지진하중으로 인한 배관시스템의 실제 파괴모드는 피로균열에 의한 누수이며 구조적인 손상 메커니즘은 소성변형을 발생할 수 있는 큰 상대변위로 인한 저주기 피로이다. 이 연구에서는 원자력발전소의 배관시스템에서 3인치의 강재 직관과 강재 배관 Tee로 구성된 시험체에 대하여 다양한 크기의 일정한 진폭에 대하여 면내반복가력실험을 수행하였다. 지진하중으로 인한 배관시스템에서 발생하는 상대변위를 고려하기 위하여 하중진폭을 증가시켰으며, 강재 배관 Tee의 한계상태인 피로균열에 의한 누수가 발생할 때까지 수행하였다. 힘과 변위의 관계에 대하여 손상모델에 기반을 둔 손상지수를 이용하여 한계상태를 표현하였다. 그 결과 손상지수를 이용하여 강재 배관 Tee의 한계상태를 정량적으로 표현할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국가스학회지
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• 제25권2호
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• pp.64-71
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• 2021

수소연료전지자동차를 비롯한 자동차 분야에서 성형 가공성과 기계적 특성이 우수한 고분자 복합수지에 대한 연구는 특정 기계적 특성을 갖춘 재료의 설계지원을 위한 Computer-Aided Engineering (CAE)으로 확대되고 있다. CAE 자동화는 소재의 기계적 특성 및 거동 예측이 선행되어야 하는데, 고분자 복합수지의 기계적 물성 예측은 단일물질과 달리, 바탕재와 보강재 간의 관계로만 설명하기에는 물성 거동이 복잡하기에, 수식으로 설명하기 어렵다. 본 연구에서는 큰 소성 구간과 조성에 예민하여 예측이 어려웠던 고분자 복합수지의 조성에 따른 응력-변형률 선도를 데이터의 기계학습을 기반으로 예측하였다. 개발모델은 바탕재, 보강재 종류 및 조성간의 복잡한 상관관계를 찾아, 학습한 시험 데이터가 없는 조건에서도 전체 응력-변형률 곡선을 의미있게 예측한다. 학습하지 않은 조성과 구성에 대해서도 고분자 복합수지의 기계적 특성을 예측하는 개발 모델을 기반으로 향후 소재 설계 AI 시스템을 완성할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권9호
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• pp.45-59
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• 2006

탄소성 구성방정식은 주로 미분방적식(rate equation)으로 이루어져 있기 때문에 유한요소법 등을 이용한 지반구조물 해석시 미분방정식들에 대한 수치적분을 수행할 수 있는 방법이 필요하다. 구조물의 거동을 해석할시 미분방정식들을 위한 적분방법은 해석결과의 정확성과 유한요소법 모델링의 안전성에 큰 영향을 미치고 있다. 본 논문에서는 최근에 개발되어 사용되고 있는 흙에 관한 구성모델인 "Two-surface soil plasticity model (Manzari and Dafalias 1997)"을 Implicit return-mapping 수치적분방법을 이용하여 실행하는 과정을 제시한다. 본 연구에서 사용된 수치적분방법은 Closest-Point-Projection Method(CPPM) 방법으로 탄성 예측자-소성 교정자(elastic predictor-plastic corrector) 개념을 Implicit Backward Euler방법으로 체계화 시킨 알고리듬이다. 본 연구에서 수행한 "Two-surface soil plasticity model"은 조립토의 비선형거동을 해석하며, Bounding surface 개념 및 비선형 등방경화와 이동경화법칙을 사용하는 모델이다. 본 연구는 CPPM 방법이 정확하고 안정되며 유용한 수치적분을 수행할 수 있는 알고리듬이라는 것을 제시한다. 또한, CPPM 알고리듬은 구성방정식의 해를 반복적으로 해석하는 동안 "Consistent tangent operator $d{\sigma}/d{\varepsilon}$"를 제공하므로, 비선형 유한요소 해석이 2차(quadratic convergence rate)의 수렴 조건을 만족하는데 기여한다는 것을 보여준다.