• Smart Structures and Systems
• /
• 제14권5호
• /
• pp.811-830
• /
• 2014

A numerical study has been carried out to simulate an innovative monitoring procedure to detect and localize damage in reinforced concrete beams retrofitted with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) unidirectional laminates. The main novelty of the present simulation is its ability to conduct the electromechanical admittance monitoring technique by considerably compressing the amount of data required for damage detection and localization. A FEM simulation of electromechanical admittance-based sensing technique was employed by applying lead zirconate titanate (PZT) transducers to acquire impedance spectrum signatures. Response surface methodology (RSM) is finally adopted as a tool for solving inverse problems to estimate the location and size of damaged areas from the relationship between damage and electromechanical admittance changes computed at PZT transducer surfaces. This statistical metamodel technique allows polynomial models to be produced without requiring complicated modeling or numerous data sets after the generation of damage, leading to considerably lower cost of creating diagnostic database. Finally, a numerical example is carried out regarding a steel-reinforced concrete (RC) beam model monotonically loaded up to its failure which is also retrofitted by a CFRP laminate to verify the validity of the present metamodeling monitoring technique. The load-carrying capacity of concrete is predicted in the present paper by utilizing an Ottosen-type failure surface in order to better take into account the passive confinement behavior of retrofitted concrete material under the application of FRP laminate.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제27권3호
• /
• pp.311-317
• /
• 2015

시멘트를 전혀 사용하지 않고 슬래그와 같은 산업 부산물과 알칼리 활성화제를 사용하여 콘크리트를 제조하면 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염을 해결할 수 있을 것으로 판단된다. 현재까지 알칼리 활성화제를 사용한 무시멘트 콘크리트의 연구는 주로 재료적인 분야에 대해서만 수행되어지고 있는 실정이다. 그러나 무시멘트 콘크리트를 구조재료로 사용하기 위해서는 구조 부재 거동 등에 대한 연구가 필수적이다. 본 논문에서는 50 MPa급 알칼리 활성 슬래그 콘크리트를 사용한 철근콘크리트 보부 재 3개를 제작하여 휨실험을 수행하였다. 실험결과를 검증하기 위하여 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 탄성계수와 응력-변형률 관계를 이용한 비선형 해석 모델을 제안하였으며, 제안된 해석 모델을 이용하여 해석을 수행한 결과, 해석결과와 실험결과가 비교적 잘 일치하여 제안된 해석 모델은 적절한 것으로 판단된다.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
• /
• 제9권3호
• /
• pp.369-379
• /
• 2015

Friction in a post-tensioning system has a significant effect on the distribution of the prestressing force of tendons in prestressed concrete structures. However, attempts to derive friction coefficients using conventional electrical resistance strain gauges do not usually lead to reliable results, mainly due to the damage of sensors and lead wires during the insertion of strands into the sheath and during tensioning. In order to overcome these drawbacks of the existing measurement system, the Smart Strand was developed in this study to accurately measure the strain and prestressing force along the strand. In the Smart Strand, the core wire of a 7-wire strand is replaced with carbon fiber reinforced polymer in which the fiber Bragg grating sensors are embedded. As one of the applications of the Smart Strand, friction coefficients were evaluated using a full-scale test of a 20 m long beam. The test variables were the curvature, diameter, and filling ratio of the sheath. The analysis results showed the average wobble and curvature friction coefficients of 0.0038/m and 0.21/radian, respectively, which correspond to the middle of the range specified in ACI 318-08 in the U.S. and Structural Concrete Design Code in Korea. Also, the accuracy of the coefficients was improved by reducing the effective range specified in these codes by 27-34 %. This study shows the wide range of applicability of the developed Smart Strand system.

• 한국융합학회논문지
• /
• 제9권5호
• /
• pp.151-156
• /
• 2018

본 연구에서는 CFRP와 금속 또는 비금속을 접착제로 접합시켜 이 재료에 대한 파손 연구를 수행하였다. 그 해석 조건으로는 DCB 시험편을 이용하여 시험편의 상부에는 CFRP, 시험편의 하부에는 금속 또는 비금속 재료로 지정하였고 두 상부와 하부 사이를 구조용 접착제로 부착하는 것을 묘사하였다. 이 해석 결과로는 알루미늄으로 접착된 시험편에서 가장 작은 등가응력 보였고 티타늄을 사용하였을 때 박리된 CFRP시험편에서의 최대 전단응력은 가장 낮음을 보였다. 결론적으로 티타늄을 사용하였을 때 시험편의 변형이 가장 작은 것을 알 수 있었고 본 연구 결과를 토대로 접착제를 이용한 접착 계면의 파손데이터를 실생활에 융합하여 그 미적 감각을 나타낼 수 있다.

• Composites Research
• /
• 제14권3호
• /
• pp.1-9
• /
• 2001

피로 손상을 입은 복합재료 적층보의 모재 균열로 인한 유효 휨 강성 저하 모델를 제시하고 이 모형에 대한 고유 진동수 변화를 예측하는 새로운 비파괴 예측 모델을 개발하였다. 인장 하중하에서 피로 손상을 입은 직교 복합재료 적층보의 고유진동수는 유효 휨 강성 저하를 $0^{\circ}$층과 $90^{\circ}$층의 탄성 계수와 함수 관계로 둠으로서 복합재료 적층보의 피로수명을 예측하였다. 피로 하중하에서 복합재료 적층보의 $90^{\circ}$층 탄성 계수 저하와 다른 층($0^{\circ}$층)에 본래 갖고 있는 탄성 계수를 적층판 이론에 적용하여 유효 휨 강성을 유도하였다. 직교 복합재료 적층보에 대해 피로 실험시 초기의 파단 양상은 대개 $90^{\circ}$층에서의 모재 균열이 지배적으로 나타나는데, 이를 이용하여 고유진동수 감소 모델은 직교 복합재료 적층보에서의 고유진동수 대 피로 사이클 곡선을 나타낼 수 있었다. 이와 같은 고유진동수 감소 모델의 타당성을 입증하기 위하여 $[{90}_2/0_2]_s$ 탄소섬유/에폭시 복합재료 적층보에 대한 진동 실험을 수행하였다. 본 모델의 예측 결과와 실험 결과가 잘 일치하는 바 본 논문에서 제시한 강성 저하 모델의 타당성을 입증하였다.

• 한국생산제조학회지
• /
• 제20권1호
• /
• pp.47-52
• /
• 2011

It is well known that stiffness of composites depends on layup sequence of CFRP(carbon fiber reinforced plastics) laminates because the layup of composite laminates influences their properties. Ultrasonic NDE of composite laminates is often based on the backwall echoes of the sample. A pair of such transducers was mounted in a holder in a nose-to-nose fashion to be used as a scanning probe on composites. Miniature potted angle beam transducers were used (Rayleigh waves in steel) on solid laminates of composites. Experiments were performed to understand the behavior of the transducers and the nature of the waves generated in the composite (mode, wave speed, angle of refraction). C-scan images of flaws and impact damage were then produced by combining the pitch-catch probe with a portable manual scanner known as the Generic Scanner ("GenScan"). The pitch-catch signal was found to be more sensitive than normal incidence backwall echo of longitudinal wave to fiber orientation of the CFRP composites, including low level porosity, ply waviness, and cracks. Therefore, it is found that the experimentally Rayleigh wave variation of pitch-catch ultrasonic signal was consistent with numerical results and one-side ultrasonic measurement might be very useful to detect the defects.

• 한국진공학회지
• /
• 제7권4호
• /
• pp.341-347
• /
• 1998

MBE법에 의해 성장된 AlxGa1-xAs 에피층의 특성을 photoreflectance(PR) 측정으로 분석하였다. Low power Franz Keldysh(LPFK)를 만족하는 GaAs 완충층에 의한 Frang-Keldysh Oscillation(FKO) 분석에서 띠간격에너지(E0) 값은 1.415eV, 계면 전기장(Ei) 은 1.05$\times$104V/cm, 운반자 농도(Ns)는 $1.3{\times}10^{15}\textrm{cm}^{-3}$이였다. PR상온 스펙트럼 분석에서 Eo(AlxGa1-xAs) 신호 아래 $A^*$피크는 시료 성장시 존재하는 불순물 carbon에 의한 것으로 완충층 GaAs보다 다소 PR신호 세기가 낮고 왜곡된 신호를 나타내었다. 또한, GaAs완충층 의 트랩 특성시간은 약0.086ms정도이며, 1.42eV 부근 두 개의 중첩된 PR신호는 화학적 식 각으로 GaAs의 기판에 의해 나타나는 3차 미분형 신호와 GaAs완충층에 의해 나타나는 FKO신호가 중첩되어 나타남을 알 수 있었다.

• 한국공간구조학회논문집
• /
• 제10권2호
• /
• pp.117-126
• /
• 2010

본 논문은 복합재료 패널로 보강된 철근 콘크리트 보의 휨 실험과 해석을 통하여 패널의 보강효과에 대하여 알아보고자 한다. FRP 복합재료 패널은 전통적인 재료인 강재와 콘크리트에 비해 단위 무게당 강도 및 강성이 크고 부식에 대한 높은 저항성, 절연성, 고내구성 및 낮은 열전도성 등 우수한 물성으로 유지관리 측면에서 매우 유리하여 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 범용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 복합재료 패널로 보강된 철근 콘크리트 보의 극한 하중을 예측하고 실험을 수행하여 그 보강효과에 대한 고찰하였다. 복합재료 패널은 복합재료 패널 층의 유리섬유직조 형태에 따라 LT, DB, DBT로 구분하고 복합재료 패널의 층 개수에 따라 2ply, 3ply로 구분하였다. 실험을 수행한 결과, 해석과 일치하였으며 복합재료 패널로 보강한 철근 콘크리트 보가 극 한강도 측면에서 효율적이었다는 결론도 얻었다.

• Composites Research
• /
• 제13권5호
• /
• pp.1-9
• /
• 2000

광강도형 광섬유 진동센서를 이용한 구조물의 진동감지 및 판에서의 충격위치 검출에 관한 연구가 수행되었다. 광섬유 진동센서는 유리 모세관의 내부에 광섬유의 클래딩 부분이 서로 마주보게 하여 제작되며 그 중 한 쪽은 외팔보 형태이다. 진동이 센서에 가해지면 센서 내부의 외팔보가 진동하게 되고 그에 따라 맞은편 광섬유로 전해지는 빛의 강도가 변화하게 된다. 진동감지 실험을 위해 광섬유 진동센서를 복합재료 보의 표면에 부착하고 자유 진동 및 강제 진동에 대한 신호를 취득하였다. 충격 위치 검출에 관한 실험은 아크릴 판에 대하여 알려진 위치에 네 개의 센서를 표면에 부착하고 진동의 도달 시간을 FFT를 이용하여 측정하였다. 충격위치는 이러한 시간차이를 이용하여 계산되어졌다. 광섬유 진동센서는 상용센서인 갭센서와 동일하게 구조물의 진동을 감지하였으며 판에서의 충격위치를 비교적 정확히 측정하였다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제38권1호
• /
• pp.31-36
• /
• 2014

본 연구에서는 자동차 코일스프링을 대상으로 CFRP 복합재 재료의 적용가능성을 제시하였다. 기존 강재료를 복합재로 대체해서 대폭적인 경량화를 추구하기 위해서는 재료특성 뿐만 아니라 스프링의 설계인자들도 함께 최적화를 해야 할 것이다. 따라서 먼저 복합재 코일스프링의 전단특성을 고려해서 최대 비틀림강성을 나타내도록 45도로 와인딩한 봉 구조물을 구성하였으며, 예측된 전단탄성계수를 시험결과와 비교한 결과 매우 근사한 값을 나타내었다. 다음으로 45도로 와인딩된 CFRP 복합재 스프링의 소선직경을 결정하기 위해서 비틀림 강성을 강재와 복합재 두 재료에 대해서 동일하게 하였으며, 그 결과, 소선직경은 11.0 mm에서 17.5mm로 재료가 복합재로 변경됨에 따라서 증가되어야 한다. 마지막으로 이 같이 구성된 복합재 코일스프링의 유한요소모델을 구성해서 스프링상수를 계산하였으며, 시험결과와 비교 평가하였다.