• 비파괴검사학회지
• /
• 제33권2호
• /
• pp.165-172
• /
• 2013

발전설비 구조물은 기대 수명동안의 안전성을 확보하기 위하여 정해진 규격에 부합하도록 설계하여 건설된다. 하지만 가동 중 다양한 복합 환경에 노출됨에 따라 구조물을 이루고 있는 재료의 열화 현상이 가속화 되어 예상하지 못한 파손이 발생할 수 있기 때문에, 용접부와 같은 구조물의 취약부에 대하여 기계적 물성을 정확하게 측정하는 기술은 안전과 직결되는 필수적인 연구 분야이다. 인장시험 등의 기존의 역학물성 측정 시험법들은 특정 크기의 시편을 요구하고 파괴적인 시험이기 때문에 가동 중 구조물에 적용하는 것이 불가능하였다. 이러한 한계점을 극복하고자 비파괴적이고 간편한 방법으로 다양한 역학물성 평가가 가능한 연속압입시험법이 각광받는 시험법으로서 연구되고 있다. 본 연구에서는 연속압입시험에서 압입자 하부에 발생하는 응력장 해석을 기반으로 하여 인장물성 및 잔류응력을 평가할 수 있는 최신 기법을 소개한다. 또한, 원전 구조물의 취약부로 알려진 용접부에 대하여 실험을 수행하여 산업상에서 연속압입시험이 건전성 평가에 유용하게 적용할 수 있음을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회지
• /
• 제17권1호
• /
• pp.48-59
• /
• 2013

응력파의 기반한 비파괴 검사법은 비교적 실험 절차 및 실험에 필요한 장비가 단순하고, 인체에 해가 없으며, 비용이 저렴한 특성을 갖고있다. 따라서 건축/토목 구조물의 비파괴 검사에 매우 효과적인 방법으로 알려져 있다. 하지만 기존의 가속도계, 변위계, 지오폰과 같은 부착 센서를 사용할 경우 표면 처리, 센서의 부착 및 이동에 따른 추가적인 시간이 소요되고, 센서와 구조물의 불완전한 커플링으로 인한 측정 결과의 신뢰성 및 일관성을 유지하지 어렵다는 문제를 발생시킨다. 최근 이러한 문제의 해결책으로 Air-coupled sensor (ACS)의 사용이 각광받고 있으며, 여러 연구자들에 의해 ACS의 가능성 및 실용성이 증명되고 있다. 기존의 접촉센서와 비교하여 ACS를 사용했을 때 얻을 수 있는 가장 큰 장점은 센서의 커플링 문제를 근본적으로 해결하여 신뢰도가 높고 일관적인 측정이 가능하고, 대형 건축/토목 구조물의 표면을 음향스캔하여 결과를 신속하게 처리하여 실시간으로 시각화 할 수 있다는 점이다. 이론적으로 ACS를 이용하여 측정하는 물리값은 콘크리트 내부에서 발생된 응력파의 일부가 공기중으로 전파된 누설파 (Leaky wave)이다. 콘크리트 비파괴 검사에 주로 사용하는 100 kHz이하의 저주파를 측정할 경우 일반적으로 콘텐서마이크가 ACS로 사용될 수 있다. 기존 연구자들은 실험 및 이론적 연구를 통하여 응력파에 기반한 비파괴 방법에서 ACS가 기존의 접촉 센서를 대체할 수 있다는 점을 보여주고 있다. 현재 미국에서는 연방 도로청 (FHWA) 및 국가표준기술연구소 (NIST)의 연구비 지원으로 ACS의 실용성을 높이기 위하여 최적화된 음향반사판의 설계를 통한 ACS 의 민감도를 높이기 위한 연구, 다채널 센서 배열 및 데이터 통합을 위한 새로운 알로리즘 개발, 자동화 및 로봇 기술과 융합과 같은 연구가 활발히 진행되고 있다. 멀지 않은 미래에는 ACS를 장착한 무인 로봇이 다양한 종류의 건축/토목 구조물의 건전도를 평가하기 위하여 종횡무진 활약하는 모습을 현실 속에서 볼 수 있을 것이라 기대한다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제24권5호
• /
• pp.597-603
• /
• 2018

본 연구는 수중 및 여가활동에 대한 수요 증가에 따른 다이버들을 위한 보트의 구조 건전성에 관한 것이다. 대상 선박은 선체 중앙부에 Moon Pool 구조를 갖추고 있는 소형 쌍동선이며, 연구수행은 ISO Rule 기반의 허용응력 산정을 통한 유한요소 해석법을 이용하여 연구를 수행하였다. 연구수행 방법은 ISO 12215-5와 TC118.1225-7에서 정의하고 있는 계수를 산정하고, 종방향굽힘 모멘트, 비틀림 모멘트, 선저슬래밍 하중 등을 적용하여 ISO 기준과 허용응력 설계법(ASD)에 의한 적합성 여부를 판정하고 유한요소해석(FEA)를 활용한 극한강도 설계법을(LFRD)를 적용하여 수행하였다. 연구결과 문풀형 구조를 가진 선박도 ISO규정, KR규정을 적용하여 설계시 구조적 건전성을 확보하는 것으로 사료된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제27권4호
• /
• pp.23-32
• /
• 2023

지진 시 매설 PE관은 파단시 신장율이 우수하여 상대적으로 우수한 내진성능을 보이는 것으로 보고되고 있다. 국내 융착식 PE관의 응답변위법 기반 내진성능평가 절차를 제안한 바 있으나, 기계식 이음 PE관에 대한 절차는 부재한 실정이다. 이에 본 연구에서는 기계식 이음 PE관의 응답변위법 기반 내진성능평가 절차를 제시하였다. 기계식 이음 PE관의 경우 분절관의 평가 절차를 따르며, 관체 발생응력, 이음부 신축변형률 및 이음부 휨 각도 평가를 수행하도록 제안하였다. 또한 지반의 축방향 변형률 산정에 필요한 지반의 불균질성 계수를 도입하였다. 지반 액상화 우려가 있는 지반에 대한 측방 변위 및 재압밀 침하량 계산 방법도 함께 제안하였다. 국내 지반 환경을 고려한 민감도 해석 결과, 일정 품질이 확보된 기계식 이음 PE관은 지반 액상화를 고려하지 않을 때, 양호한 구조적 지진 안전성을 보였다. 본 절차는 주로 소규모 관경의 배관 접합에 사용하는 기계식 접합 매설 PE관의 내진설계 및 내진성능평가에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 지질공학
• /
• 제33권4호
• /
• pp.573-586
• /
• 2023

절리성 암반은 절리 또는 연약면에 의해 역학적인 이방성이 발현될 수 있으며 절리성 암반의 강도 및 변형 특성에 대한 이해는 지질공학 현장에서 주된 관심사이다. 본 연구는 마찰재료로 채택된 석고를 이용하여 단일절리를 포함하는 시료를 성형하고 진삼축시험을 통하여 진삼축 조건의 강도 및 변형 특성을 고찰하였다. 동일한 조건에서 수행한 개별요소법 기반의 삼차원 수치해석은 진삼축시험을 통하여 검증되었으며 타당성이 확보되었다. 수치해석 결과는 절리의 방향성과 더불어 현장의 주응력 조건이 절리성 암반의 강도 및 변형 특성 연구에 있어서 필수적인 요소임을 지시한다. 수치해석을 통하여 절리의 경사각 변화에 따라 산정한 횡등방성 암반의 강도는 중간주응력이 강화함에 따라 유의미한 증가를 나타내며, 증가의 폭은 절리의 경사 조건에 큰 영향을 받는다. 또한, 절리의 경사방향과 두 수평 주응력 방향 간의 상대적인 관계는 횡등방성 암반의 강도특성을 좌우하는 요인이다. 두 개의 절리군을 포함하는 암반의 강도는 경사가 더욱 급한 절리군이 전체 암반의 강도를 좌우한다. 두 절리군 중 한 절리군의 연속성이 짧아 암교 효과를 발휘하면 연속성이 상대적으로 긴 절리군의 방향성이 전체 암반의 강도를 좌우할 수 있다. 절리성 암반에 대한 기존의 삼차원 파괴기준식은 적용성 측면에서 한계도 있지만, 수치해석이 이를 보완하는 데 유용하게 활용될 수 있다.

• 지질공학
• /
• 제19권1호
• /
• pp.43-50
• /
• 2009

터널 굴착 중 지반에 존재하는 연약대의 방향 특성에 따른 거동 및 응력 분포 특성을 3차원 수치해석을 이용하여 정량적으로 평가하였다. 수치모델에서 연약대의 방향은 RMR의 취약 불연속면에 대한 보정인자를 기준으로 설정되었으며, 위치는 각 방향 조건에 대하여 연약대가 천단부 상부 1D, 천단부, 막장 중앙부를 지나는 경우로 설정되었다. 지반정수는 현장 계측변위를 기반으로 하는 역해석을 통해 산정하였다. 최종적으로 터널 천단부에서 발생하는 변위의 크기를 기반으로 연약대 방향 및 위치 조건에 따른 영향도를 평가하여 5등급으로 분류하였다.

• Composites Research
• /
• 제26권1호
• /
• pp.1-6
• /
• 2013

용액 분산법을 이용하여 CNT를 균질하게 분산시켰고, CNT-폴리프로필렌 복합재료 제조를 위해 압출기와 사출기를 사용하였다. CNT 고유의 전도성을 기반으로 CNT-PP 복합재료의 내부 손상을 감지하기 위해 전기저항 측정법을 이용하였다. CNT-PP의 기계적 및 계면 물성을 확인하고 일반 PP와 비교하였다. CNT의 강화 효과로 인하여 CNT를 함유함으로서, PP 기지의 기계적 물성은 더 증가되는 경향을 확인하였다. CNT-PP 복합재료의 내부 손상을 평가하기 위해 파괴 및 굴곡실험을 진행하며, 동시에 발생되는 전기저항 변화도를 감지하여 미세손상을 평가하였다. CNT 강화제의 첨가는 좋은감지능을 보여주었다. 낮은 CNT 함유율임에도 CNT-PP 복합재료의 감지가 가능했으며, 반복 하중 실험 중 최대 임계 응력을 확인하여, 내부에 발생된 미세 파괴를 찾아 낼 수 있었다.

• 자원환경지질
• /
• 제53권3호
• /
• pp.271-285
• /
• 2020

본 연구는 절리의 기하학적 속성이 절리성 암반의 변형 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 삼차원 불연속절리망(DFN; discrete fracture network) 시스템에 대한 개별요소법 기반의 응력-변형 해석과 관련된 수치실험을 수행하였다. 1~2 개의 확정적 방향성을 갖는 절리군을 사용하여 절리의 빈도와 길이분포를 달리하며 추계론적으로 생성한 총 12개의 1000㎥ 정육면체 DFN 블록에 대하여 삼차원 직교좌표계의 축 방향에 따른 변형계수가 산정되었다. 또한, 일부 DFN 블록은 삼차원상에서 매 30° 간격의 선주향 및 선경사 방향을 축차응력 방향으로 설정하고 변형계수를 산정하였다. 절리의 길이가 증가할수록 DFN 블록의 변형계수는 더욱 저감되는 것으로 평가되었다. 절리의 빈도 증가는 절리의 길이가 짧아서 상대적으로 암교 효과가 큰 경우 DFN 블록의 변형계수 저감에 유의미한 영향을 미치지 못 할 가능성도 있지만 절리길이가 길수록 절리빈도의 증가가 DFN의 이방적 변형계수에 지대한 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 절리의 길이와 빈도 변화에 따른 이방적 변형계수의 변화는 DFN에 분포하는 절리군의 개수 및 방향성에 크게 좌우된다. DFN 블록의 변형 특성은 삼차원상의 방향에 따라 다르게 발현되는 것으로 평가되었다. 마지막으로 본 연구는 절리의 기하학적 속성이 고려된 응력-변형 해석을 위한 수치해석 절차를 제시하였으며 현장규모의 실무 적용을 위한 방법론에 대하여 토의하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제25권5호
• /
• pp.127-134
• /
• 2021

안정된 지반에 터널건설시 단계별 굴착, 지보재 설치 과정 등에서 지반에 응력변화가 발생하게 된다. 공용중인 구조물의 안전성평가를 위해 시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침(2019)에서는 굴착단계를 반영한 수치해석을 수행하도록 제시되어 있다. 그러나 내진성능평가의 경우 명확한 방법이 제시되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 해석방법을 달리하여 수치해석을 수행하고 결과 값을 비교·분석 하였다. 수치해석 결과, 수평방향으로 작용한 지진파에 따른 변위 값은 해석방법에 따른 차이점을 찾을 수 없었다. 하지만 굴착터널의 안전성평가 항목인 부재력 평가결과 평가 방법에 따라 결과 값이 큰 차이가 나타났으며, 강도설계법으로 검토시 철근 유·무에 따라 구조물이 안전성을 만족하지 못하는 형태로 검토 될 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 이런 연구결과를 토대로 해석방법을 명확히 제시하고 관련 기준에 반영하는 것을 제안한다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제23권2호
• /
• pp.185-193
• /
• 2011

이 연구에서는 FRP 전단보강 및 무보강 콘크리트 보의 전단강도를 정확하게 평가하기 위하여 통합전단설계방법을 개발하였다. 이를 위하여, FRP의 전단강도 기여분과 콘크리트의 전단강도 기여분을 각각 정의하였다. 기존의 FRP 전단강도 평가모델과 실험 결과를 비교 분석한 결과, Triantafillou의 FRP 전단강도 평가모델이 FRP의 유효변형률과 전단강도의 추정이 우수하므로 Triantafillou의 모델을 이용하여 FRP의 전단강도 기여분을 정의하였다. 콘크리트 전단강도 기여분은 선행 연구에서 제안된 변형도 기반 전단강도모델을 이용하여 정의하였다. 콘크리트 단면의 압축대에 작용하는 압축응력과 전단응력의 상관관계를 고려하기 위하여 콘크리트 재료파괴기준을 이용하여 콘크리트 전단강도 기여분을 산정하였다. 제안한 설계방법은 기존 실험 연구 결과와 비교하여 유효성을 검증하였다. 비교 결과 제안한 설계방법은 다양한 설계변수 범위에서 FRP 전단보강 및 무보강 콘크리트 보의 전단강도를 정확하게 평가하는 것으로 나타났다.