• Smart Structures and Systems
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• 제12권2호
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• pp.137-155
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• 2013

Brittle fracture of structures excited by earthquakes can be prevented by adding a tuned mass damper (TMD). This TMD must be optimum and suitable to the physical conditions of the structure. Compressive strength of concrete is an important factor for brittle fracture. The application of a TMD to structures with low compressive strength of concrete may not be possible if the weight of the TMD is too much. A heavy TMD is dangerous for these structures because of insufficient axial force capacity of structure. For the preventing brittle fracture, the damping ratio of the TMD must be sufficient to reduce maximum shear forces below the values proposed in design regulations. Using the formulas for frequency and damping ratio related to a preselected mass, this objective can be only achieved by increasing the mass of the TMD. By using a metaheuristic method, the optimum parameters can be searched in a specific limit. In this study, Harmony Search (HS) is employed to find optimum TMD parameters for preventing brittle fracture by reducing shear force in additional to other time and frequency responses. The proposed method is feasible for the retrofit of weak structures with insufficient compressive strength of concrete.

• 한국정밀공학회지
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• 제14권12호
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• pp.160-165
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• 1997

The instrumented Charpy impact test is generally used to evaluate the dynamic fracture toughnesses for varying engineering materials. However, the test is known to be difficult to evaluate the dynamic fracturetoughnesses for very brittle materials because of the small crack initiation load which may be engulfed by the inertia load of the instrumented tup. To evaluate the dynamic fracture toughnesses of very brittle materials, such as chalk or plaster,it is thus, necessary to develop a load sensitive instrumented tup. In this study, a polymer tup, which has very small Young's modulus comparing to one of the conventional steel tup, is used for the instrumented Charpy impact test, and a proper testing method to evaluate the dynamic fracture behavior of very brittle materials is developed. The results show that the developed method can measure rapidly changing loads from the moment of contact between the tup and the specimen to dynamic crack initiation of the very brittle materials.

• 한국가스학회지
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• 제24권6호
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• pp.47-54
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• 2020

취성파괴는 구조물 손상의 원인 중 하나로 대형사고로 발생할 가능성이 있다. -162℃의 초저온 LNG를 저장하는 저장탱크의 내조는 취성파괴가 발생하지 않도록 반드시 이를 확인 할 수 있도록 성능검사를 하여 건설된다. 파괴역학 관점에서는 구조물의 파괴특성을 균열생성과 균열정지로 구분하고 있다. 취성균열이 발생되지 않도록 설계하고 취성 파괴가 발생하여도 취성 파괴가 정지하는 기능이 확인되는 소재가 사용되어야 한다. 본 논문에서는 LNG저장탱크의 내조 소재로 널리 사용되는 9% Ni강 33mm, 37mm, 40mm 두께로 준비하여 취성균열정지 특성을 분석하였다. 기본적인 취성 충격 시험특성을 파악하기 위하여 샤르피 충격시험을 상온, -162℃, -196℃ 조건에서 수행하였다. 또한 -196℃ 환경에서 Duplex ESSO 시험을 수행하여 취성균열정지 파괴인성을 평가하고 그 결과를 분석하였다. 이러한 시험결과를 바탕으로 9% Ni강이 LNG저장탱크 내조소재로 적용되기에 충분한 균열정지 파괴인성을 가지고 있음을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제10권5호
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• pp.711-717
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• 1999

다층구조 고분자 재료의 비결정성 영역에서의 파괴 역학 변형과정을 통하여 ductile 및 brittle층을 동시에 함유하는 다층 구조 가공물을 이용하여 단층 구조물과의 물성을 비교, 조사하였다. 그 결과 거의 유사한 유리 전이온도($T_g$) 및 동일한 dimension에서 다층 구조물의 충격강도가 단일층 구조물보다 현격히 높게 나타났으며, toughness는 약 2배 이상 향상됨을 알 수 있었다. 이것은 ductile층과 brittle층의 두께 비에는 임계값이 있으며, 그 이하에서는 brittle한 재료이더라도 ductile하게 나타날 수 있다는 toughening 원리가 본 실험의 측정 속도 영역 및 온도 범위에서 적용되고 있음을 의미한다. 또한 고속 균열이 진행하는 경우의 운동 응력(kinetic stress wave) 효과를 해석하기 위하여 충격파동 중첩의 원리(superposition principle of impact pulse)를 도입하였다. 그 결과 다층 구조물의 최종 toughness 향상은 ductile/brittle 비율의 최적설계에 있음을 알 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제15권4호
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• pp.250-263
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• 2005

암반 내 형성된 과도한 초기응력장은 굴착 공동 주변에 점진적이고 국부적인 취성파괴를 유발시킴으로서 시공의 안정성과 경제성을 확보하는데 장애 요인으로 작용할 수 있다. 이 논문에서는 응력 수준 증가에 따른 공동 주변의 취성파괴 거동 특성을 파악하기 위해 축소된 원형 터널 공시체를 이용한 이축압축시험과 입자 결합 모델을 이용하여 개별요소법의 일종인 $PFC^{2D}$ 해석에 의한 연구를 수행하였다. 실내 이축압축시험을 통해 취성파괴의 발생 영역과 형태 면에서 실제 암반 공동 주변에서 발생된 파괴 특성과 유사한 파괴 거동을 모사할 수 있었다. 응력 강도비 증가에 따라 진행된 균열 발전단계를 미소파괴음 특성 변수들에 대한 상세 분석을 통해 평가하였다. $PFC^{2D}$ 해석을 통해 공동 주변에서의 미세 균열 발생과 전파 과정을 성공적으로 가시화하였으며 이를 통해 이축 압축시험 결과의 신뢰성과 시험방법의 적정성을 확인할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권3호
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• pp.263-273
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• 2007

일반적으로 고심도에 건설되는 암반구조물의 경우 높은 현지응력과 공동의 굴착에 따른 유도응력으로 인하여 공동 경계면에서 스폴링(spatting)이나 슬래빙(slabbing)과 같은 취성파괴가 발생할 수 있다. Hoek-Brown과 Mohr-Coulomb 파괴기준과 같은 전통적인 파괴기준을 적용한 결과 취성파괴현상과 파괴심도 등을 예측할 수 없는 것으로 나타나 취성파괴를 예측하기 위한 여러 모델이 제안되었으며, 그 중 CWFS 모델이 적합한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 모형실험에서 얻어진 원형공동주변의 취성파괴현상을 모델링하기위하여 CWFS 모델을 적용하였으며, 입력자료의 산정을 위해 암석의 손상정도와 손상에 따른 물성의 변화를 측정하는 손상제어시험을 수행하였다. CWFS 모델에 의해 예측된 파괴양상을 전통적인 파괴기준에 의한 해석결과 및 모형실험결과와 비교하여 취성파괴모델링의 적용성을 평가하였다.

• 한국재료학회지
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• 제23권7호
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• pp.385-391
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• 2013

The influence of Cu and Ni on the ductile-brittle transition behavior of metastable austenitic Fe-18Cr-10Mn-N alloys with N contents below 0.5 wt.% was investigated in terms of austenite stability and microstructure. All the metastable austenitic Fe-18Cr-10Mn-N alloys exhibited a ductile-brittle transition behavior by unusual low-temperature brittle fracture, irrespective of Cu and/or Ni addition, and deformation-induced martensitic transformation occasionally occurred during Charpy impact testing at lower temperatures due to reduced austenite stability resulting from insufficient N content. The formation of deformation-induced martensite substantially increased the ductile-brittle transition temperature(DBTT) by deteriorating low-temperature toughness because the martensite was more brittle than the parent austenite phase beyond the energy absorbed during transformation, and its volume fraction was too small. On the other hand, the Cu addition to the metastable austenitic Fe-18Cr-10Mn-N alloy increased DBTT because the presence of ${\delta}$-ferrite had a negative effect on low-temperature toughness. However, the combined addition of Cu and Ni to the metastable austenitic Fe-18Cr-10Mn-N alloy decreased DBTT, compared to the sole addtion of Ni or Cu. This could be explained by the fact that the combined addition of Cu and Ni largely enhanced austenite stability, and suppressed the formation of deformation-induced martensite and ${\delta}$-ferrite in conjunction with the beneficial effect of Cu which may increase stacking fault energy, so that it allows cross-slip to occur and thus reduces the planarity of the deformation mechanism.

• 한국재료학회지
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• 제25권10호
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• pp.559-565
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• 2015

The ductile-brittle transition behavior of two austenitic Fe-18Cr-10Mn-N-C alloys with different grain sizes was investigated in this study. The alloys exhibited a ductile-brittle transition behavior because of an unusual brittle fracture at low temperatures unlike conventional austenitic alloys. The alloy specimens with a smaller grain size had a higher yield and tensile strengths than those with a larger grain size due to grain refinement strengthening. However, a decrease in the grain size deteriorated the low-temperature toughness by increasing the ductile-brittle transition temperature because nitrogen or carbon could enhance the effectiveness of the grain boundaries to overcome the thermal energy. It could be explained by the temperature dependence of the yield stress based on low-temperature tensile tests. In order to improve both the strength and toughness of austenitic Fe-Cr-Mn-N-C alloys with different chemical compositions and grain sizes, more systematic studies are required to understand the effect of the grain size on the mechanical properties in relation to the temperature sensitivity of yield and fracture stresses.

• Computers and Concrete
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• 제15권5호
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• pp.735-758
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• 2015

This work deals with unilateral effect of quasi-brittle materials, such as concrete. For this propose, a two-dimensional meso-scale model is presented. The material is considered as a three-phase material consisting of interface zone, matrix and inclusions - each constituent modeled by an appropriate constitutive model. The Representative Volume Element (RVE) consists of inclusions idealized as circular shapes randomly placed into the specimen. The interface zone is modeled by means of cohesive contact finite elements developed here in order to capture the effects of phase debonding and interface crack closure/opening. As an initial approximation, the inclusion is modeled as linear elastic as well as the matrix. Our main goal here is to show a computational homogenization-based approach as an alternative to complex macroscopic constitutive models for the mechanical behavior of the quasi-brittle materials using a finite element procedure within a purely kinematical multi-scale framework. A set of numerical examples, involving the microcracking processes, is provided. It illustrates the performance of the proposed model. In summary, the proposed homogenization-based model is found to be a suitable tool for the identification of macroscopic mechanical behavior of quasi-brittle materials dealing with unilateral effect.

• 한국지진공학회논문집
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• 제3권4호
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• pp.33-46
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• 1999

캘리포니아의 강구조 모멘트프레임은 1994년 노스리지 지진시 6.8의 규모와 진앙지에서 근접한 지리적인 악조건에도 불구하고 붕괴나 인명피해 없이 잘 견뎌냈다. 그러나 이후 시행된 조사에서 경제적으로 지진시 안전하다고 믿어져 널리 쓰인 welded flange-bolted web(WFBW) 강접합부(moment connection)의 기둥과 용접의 경계면에서 취성 파괴가 다수 발견되었다. 이논문은 선형파괴역학과 노스리지진이후의 WFBW 강접합부 실험을 이용하여 WFBW 강접합부와 노스리지지진이후 기존 강접합부의 대안으로 추천되고 있는 reduced beam section (RBS) 강접합부의 취성 파괴강도를 결정하는 수치적인 방법을 제안하고 이를 이용하여 이들 강접합부의 취성 파괴모드를 추정하였다.