• 제목/요약/키워드: Discrete element analysis

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수리적 굴착손상영역에서의 지하수유동 특성에 관한 연구 (Groundwater Flow Analysis around Hydraulic Excavation Damaged Zone)

  • 박종성;류동우;류창하;이정인
    • 터널과지하공간
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    • 제17권2호
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    • pp.109-118
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    • 2007
  • 굴착손상영역(EDZ)은 굴착으로 인해 현지 암반이 역학적으로 손상을 입게 되어 응력상태, 변위상태, 암반의 안정성, 지하수의 흐름상태 등에 변화가 일어나는 영역을 의미한다. EDZ의 역학적 특성과 관련한 많은 연구들이 수행되었지만, EDZ에서의 지하수 유동 특성에 관한 연구는 아직 부족한 수준이다. 본 연구에서는 굴착으로 인한 수리-역학 상호작용(coupling)에 의해 굴착면 주변의 수리적 간극값이 변하는 영역을 수리적 굴착 thstkdduddudr이라 정의하고, 이를 3차원 분리단열망(DFN)에 적용시켜 보았다. 이를 통해 수리적 간극변화가 3차원 불연속 망에서의 전반적인 지하수 유동에 미치는 영향을 파악하였다. 또한 3차원 DFN 지하수 유동 해석 시 주로 이용되는 수두 조건과 유량 조건의 적용성을 고찰하였다. 해석 결과 수리-역학적 상호거동에 의해 발생하는 굴착면 주변의 수리적 간극변화는 터널 내부로 유입되는 유량에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 DFN 해석 시 다양한 경계조건에 따른 상이한 결과를 토대로 보다 합리적인 경계조건 설정에 대한 방향을 제시하였다. 마지막으로 실제 현장에서 수리해석을 실시한 자료를 바탕으로 수리적 간극 값의 변화를 고려할 때와 고려하지 않을 때의 유입유량 차이를 통해, 3차원 지하공동의 지하수 유동해석 시 수리적 간극 값의 변화를 고려하는 것이 보다 더 보수적인 결과를 나타내는 것을 확인하였다.

수평 방사형 집수정 활용 강변여과 취수 수치 분석 (Numerical Analysis of Horizontal Collector Well in Riverbank Filtration)

  • 김형수;정재훈
    • 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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    • 제14권1호
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    • pp.1-10
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    • 2009
  • 지하수 유동 수치 모사 프로그램 (FEFLOW 5.1)을 이용하여 수평 방사형 집수정 취수에 따른 강변여과 지역의 지하수 유동을 분석하였다. 양수량, 대수층 두께, 취수정과 하천 사이의 이격거리, 하천 바닥의 투수 능력(Conductance)등의 조건 변화에 따른 집수정 인접 대수층의 수위강하가 계산되었다. 이들 조건 변화에 따라 지하수위 강하는 뚜렷한 변화를 보여주었다. 민감도 분석 결과, 대수층의 두께와 취수정과 하천 사이의 이격거리가 하천 바닥의 수리 전도에 비해 지하수위 강하에 더 민감하게 영향을 주는 것으로 평가되었다. 이러한 결과는 수평 방사형 집수정을 통한 강변여과 취수 가능지역을 선정하고 그 개발량을 추정할 때, 충적 대수층의 두께와 분포 특성이 중요한 요소임을 시사한다. 또한 FEFLOW의 1차원 선형 불연속 특징 요소를 활용한 수치 모사는 효과적으로 수평 방사형 집수정의 정량 평가와 강변여과 현장의 개발 가능량 추정을 할 수 있는 도구임이 밝혀졌다.

모래 및 점토지반에서 터널시공조건을 고려한 인접구조물의 손상도 분석 (Damage Analysis of Nearby Structures with the Consideration of Tunnel Construction Conditions in Sandy and Clayey Ground)

  • 손무락;윤종철
    • 대한토목학회논문집
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    • 제31권1C호
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    • pp.53-63
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    • 2011
  • 본 논문은 터널굴착으로 인해 발생된 인접지반에서의 지반변위가 구조물에 미치는 영향을 지반조건(느슨한 모래, 조밀한 모래, 연약한 점토, 단단한 점토) 및 시공조건(지반손실량)을 달리하면서 지반-구조물 상호작용이 고려된 상태에서 조사한 것이다. 터널굴착에 의해 발생된 지반변위에 노출된 4층 블록식구조물이 서로 다른 지반조건 및 시공조건(지반손실량)에 노출될 때 발생되는 구조물 거동이 수치해석을 통해 조사되었다. 수치해석을 위한 구조물은 소요전단 및 인장강도 이상의 응력이 발생할 때 구조물에 실제크랙이 발생될 수 있도록 개별요소법(DEM)을 이용하여 모델링되었다. 터널굴착유발 지반변위에 노출된 4층 블록식구조물의 거동 및 손상정도가 지반변위의 크기에 따라 조사되었으며, 발생된 구조물의 거동 및 손상정도는 구조물에 발생한 변형, 크랙크기 및 분포를 고려하여 지반조건 및 시공조건(지반손실)별로 비교되었다. 뿐만 아니라, 다양한 지반조건 및 시공조건(지반손실)의 변화에 의해 구조물에 유발될 수 있는 손상정도의 크기가 손상도 예측기준 (Son and Cording, 2005)을 사용하여 제시되었다. 이러한 결과들은 향후 터널굴착으로 인해 유발되는 인접구조물의 손상을 제어하고 최소화하는데 필요한 정보를 제공할 것이다.

Change of Fractured Rock Permeability due to Thermo-Mechanical Loading of a Deep Geological Repository for Nuclear Waste - a Study on a Candidate Site in Forsmark, Sweden

  • Min, Ki-Bok;Stephansson, Ove
    • 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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    • 한국방사성폐기물학회 2009년도 학술논문요약집
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    • pp.187-187
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    • 2009
  • Opening of fractures induced by shear dilation or normal deformation can be a significant source of fracture permeability change in fractured rock, which is important for the performance assessment of geological repositories for spent nuclear fuel. As the repository generates heat and later cools the fluid-carrying ability of the rocks becomes a dynamic variable during the lifespan of the repository. Heating causes expansion of the rock close to the repository and, at the same time, contraction close to the surface. During the cooling phase of the repository, the opposite takes place. Heating and cooling together with the, virgin stress can induce shear dilation of fractures and deformation zones and change the flow field around the repository. The objectives of this work are to examine the contribution of thermal stress to the shear slip of fracture in mid- and far-field around a KBS-3 type of repository and to investigate the effect of evolution of stress on the rock mass permeability. In the first part of this study, zones of fracture shear slip were examined by conducting a three-dimensional, thermo-mechanical analysis of a spent fuel repository model in the size of 2 km $\times$ 2 km $\times$ 800 m. Stress evolutions of importance for fracture shear slip are: (1) comparatively high horizontal compressive thermal stress at the repository level, (2) generation of vertical tensile thermal stress right above the repository, (3) horizontal tensile stress near the surface, which can induce tensile failure, and generation of shear stresses at the comers of the repository. In the second part of the study, fracture data from Forsmark, Sweden is used to establish fracture network models (DFN). Stress paths obtained from the thermo-mechanical analysis were used as boundary conditions in DFN-DEM (Discrete Element Method) analysis of six DFN models at the repository level. Increases of permeability up to a factor of four were observed during thermal loading history and shear dilation of fractures was not recovered after cooling of the repository. An understanding of the stress path and potential areas of slip induced shear dilation and related permeability changes during the lifetime of a repository for spent nuclear fuel is of utmost importance for analysing long-term safety. The result of this study will assist in identifying critical areas around a repository where fracture shear slip is likely to develop. The presentation also includes a brief introduction to the ongoing site investigation on two candidate sites for geological repository in Sweden.

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르네상스 고전주의 건축양식의 조형원리와 현대패션디자인에의 적용 - 1999년 이후 클래식 스타일 패션을 중심으로 - (Layout Principles of Renaissance Classicism Architectural Style and Its Application on Modern Fashion Design - Focused on Classic Style Fashion after the Year 1999 -)

  • 이신영
    • 복식문화연구
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    • 제18권2호
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    • pp.261-276
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    • 2010
  • The analysis of an art trend in the principle dimension starts by observing the object of work in the perspective of formative composition and recognizing it as a universal system. It can be said that it is consistent with an interpretation method for a form theory of formal history by Heinrich W$\ddot{o}$lfflin, a leading form critic in art criticism. Hence, the purpose of this study was to find out what are the formative principles in Renaissance Classicism as a design principle to be applicable to modern fashion by reviewing the formative characteristics of Renaissance Classicism Architecture with which W$\ddot{o}$lfflin directly dealt. As for the theoretical literature review, I used W$\ddot{o}$lfflin's theoretical framework and looked at the Renaissance Classicism Architecture that he studied and examined the possibility of utilizing his theory as a layout principle and the characteristics. As for analysis of design cases, I applied the aforementioned architecture layout principle to modern fashion and conducted case study analysis to delve into distinctive layout principles found in fashion. The study showed that the Renaissance Classicism Architectural Style is marked by linearity, planarity, closing and multiple unity: linearity was expressed in the observation form in fixed frontal view and an emphasis on a tangible silhouette homeogenous and definite line structures; planarity was achieved in the form of paralleled layers of frontal view element, planarity style, and identical and proportional repetition of various sizes.; closing signified the pursuit of complete and clear regularity, and architecture developed in a constructive phase through organizational inevitability and absolute invariability.; multiple unity was expressed in self-completedness and independent parallel of discrete forms and harmony of emphasized individual elements in a totality. Applying these layout characteristics of the Renaissance Classicism Architectural style and to see their individual expressive features, I found out that in adopting layout principles of the Renaissance Classicism Architecture to modern fashion, it turned out to be an emphasis of individual silhouettes, a flattened space, completed objects, organic harmony among independent parts: the emphasis of individual silhouettes was expressed in individual definitiveness of formative lines of clothes in accordance with body joints and an emphasis on formative lines of clothes; the flattened space was marked by single layer structure, planarity of elements of clothes, and listing arrangement by appropriate proportion.; the completedness of the objects was expressed by the stationary state where overall image is fixed, the construction of homogeneous and complete space, and absolute inevitability of internal layout in proportion; lastly, organic harmony of independent parts was stressed in independent completedness of each detail, and organic harmony of the whole. The expressive features would lead to a unique expression style of linear emphasis, proportion, constructive forms, and two-dimensional arrangement. The meaning of this study is follows: The characteristics of art school of thought are given shape by appling & analysing the architectural layout principles of historical art school of thought to modern fashion in the view point of formal construction dimension. The applied possibility of historical art school of thought as the source of inspiration about the fashion design is extended.

터널시공 및 지반조건을 반영한 인접구조물의 거동분석 (Response Analysis of Nearby Structures with the Consideration of Tunnel Construction and Ground Conditions)

  • 손무락;윤종철
    • 대한토목학회논문집
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    • 제30권6C호
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    • pp.255-263
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    • 2010
  • 본 논문은 터널굴착으로 인해 발생된 인접지반에서의 지반변위가 구조물에 미치는 영향을 시공조건(지반손실) 및 지반의 특성을 달리하면서 지반-구조물 상호작용이 고려된 상태에서 조사한 것이다. 터널굴착에 의해 발생된 지반변위에 노출된 4층 블록식구조물이 서로 다른 시공조건(지반손실) 및 지반조건에 노출될 때 발생되는 구조물 거동이 수치해석을 통해 조사되었다. 수치해석을 위한 구조물은 소요전단 및 인장강도 이상의 응력이 발생할 때 구조물에 실제크랙이 발생될 수 있도록 개별요소법(DEM)을 이용하여 모델링되었다. 터널굴착유발 지반변위에 노출된 4층 블록식구조물의 거동 및 손상정도가 지반변위의 크기에 따라 조사되었으며, 발생된 구조물의 거동 및 손상정도는 구조물에 발생한 변형, 크랙크기 및 분포를 고려하여 시공조건(지반손실) 및 지반조건별로 비교되었다. 뿐만아니라, 다양한 시공조건(지반손실) 및 지반조건의 변화에 의해 구조물에 유발될 수 있는 손상정도의 크기가 손상도 예측기준(Son and Cording, 2005)을 사용하여 제시되었다. 이러한 결과들은 향후 터널굴착으로 인해 유발되는 인접구조물의 손상을 제어하고 최소화하는데 필요한 정보를 제공할 것이다.

Measurement of Mechanical and Physical Properties of Pepper for Particle Behavior Analysis

  • Nam, Ju-Seok;Byun, Jun-Hee;Kim, Tae-Hyeong;Kim, Myoung-Ho;Kim, Dae-Cheol
    • Journal of Biosystems Engineering
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    • 제43권3호
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    • pp.173-184
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    • 2018
  • Purpose: This study was conducted to investigate the mechanical and physical properties of a Korean red pepper variety for particle behavior analysis. Methods: Poisson's ratio, modulus of elasticity, shear modulus, density, coefficient of restitution, and coefficient of friction were derived for "AR Legend," which is a domestic pepper variety. The modulus of elasticity and Poisson's ratio were measured through a compression test using a texture analyzer. The shear modulus was calculated from the modulus of elasticity and Poisson's ratio. The density was measured using a water pycnometer method. The coefficient of restitution was measured using a collision test, and the static and dynamic friction coefficients were measured using a inclined plane test. Each test was repeated 3-5 times except for density measurement, and the results were analyzed using mean values. Results: Poisson's ratios for the pepper fruit and pepper stem were 0.295 and 0.291, respectively. Elastic moduli of the pepper fruit and pepper stem were $1.152{\times}10^7Pa$ and $3.295{\times}10^7Pa$, respectively, and the shear moduli of the pepper fruit and pepper stem were $4.624{\times}10^6Pa$ and $1.276{\times}10^7Pa$, respectively. The density of the pepper fruit and the pepper stem were $601.8kg/m^3$ and $980.4kg/m^3$, respectively. The restitution coefficients between pepper fruits, pepper stems, a pepper fruit and a pepper stem, a pepper fruit and plastic, and a pepper stem and plastic were 0.383, 0.218, 0.277, 0.399, and 0.148, respectively. The coefficients of static friction between pepper fruits, pepper stems, a pepper fruit and a pepper stem, a pepper fruit and plastic, and a pepper stem and plastic were 0.455, 0.332, 0.306, 0.364, and 0.404, respectively. The coefficients of dynamic friction between a pepper fruit and plastic and a pepper stem and plastic were 0.043 and 0.034, respectively.

고준위방사성폐기물 심층처분장 모델링을 위한 불연속체 기반 수리-역학 복합거동 해석기법 현황 분석 (Review on Discontinuum-based Coupled Hydro-Mechanical Analyses for Modelling a Deep Geological Repository for High-Level Radioactive Waste)

  • 권새하;김광일;이창수;김진섭;민기복
    • 터널과지하공간
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    • 제31권5호
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    • pp.309-332
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    • 2021
  • 고준위방사성폐기물 심층처분장 내 천연방벽은 방사성핵종의 누출을 방지 및 지연할 수 있는 수리학적 특성을 갖춰야 한다. 결정질 암반의 경우 불연속면에 의해 수리학적 성능이 결정되기 때문에, 불연속면의 수리-역학적 복합거동에 대한 자세한 모사가 필요하다. 불연속체 기반 해석기법은 불연속면의 생성, 전파, 변형, 미끄러짐과 같은 복잡한 거동을 구현할 수 있어 결정질 암반 모사에 적합하다. 본 연구에서는 불연속면에서의 수리-역학 복합거동에 초점을 맞추어, UDEC, 3DEC, PFC, DDA, FRACOD, TOUGH-UDEC과 같은 상용화된 불연속체 기반 수리-역학 복합거동 해석기법을 조사하였다. 블록 기반 불연속체 해석기법의 경우 주로 불연속면 상에서 진행되는 유체 유동을 바탕으로 수리-역학 복합거동을 해석하였고, 그중 일부는 다른 수리학적 해석기법과의 결합을 통하여 모델 전체에 대한 수리-역학적 복합거동을 제공하였다. 입자 기반 불연속체 해석기법의 경우에는 입자 사이로 흐르는 유체를 반영하여 불연속체 모델 전체에 해당하는 수리-역학적 복합거동 모사가 가능하다. 현재까지 상용화된 불연속체 기반 복합거동 해석기법은 2차원 해석만 제공하거나, 수리학적 해석 성능이 떨어지고, 불연속면에서의 유체 유동만 고려되거나, 자세한 수리학적 해석을 지원하지 않는 등의 한계점이 있어 고준위방사성폐기물 심층처분시스템의 정확한 수리-역학 모델링에는 적합하지 않을 수 있다. 본 기술보고에서 검토한 다양한 해석기법들의 장단점을 참고하여 향후 처분시스템을 정확하고 자세하게 모사할 수 있는 불연속체 기반 수리-역학 복합거동 해석기법의 개발이 필요하다.

전이 구간(트렌지션 커터존)의 최적 디스크커터 각도 산정에 관한 수치해석 연구 (Numerical analysis on the estimation of optimal disc cutter angle in transition cutter zone)

  • 이상연;송기일
    • 한국터널지하공간학회 논문집
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    • 제23권1호
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    • pp.1-12
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    • 2021
  • Tunnel boring machine (TBM)의 설계에 있어서 지반과 직접적으로 맞닿아 절삭을 담당하는 커터헤드의 설계에 따라서 장비의 굴진효율이 달라지게 된다. 디스크커터는 배치되는 위치에 따라 센터 커터 존, 이너 커터 존, 트렌지션 커터 존으로 구분된다. 기존에도 페이스커터의 최적 절삭조건을 규명하기 위한 연구는 많이 진행되어 왔으나, 트렌지션 커터의 최적 절삭조건을 규명하기 위한 연구는 상대적으로 미진하였다. 본 연구에서는 트렌지션 커터의 최적의 절삭조건을 규명하기 위해 개별요소법 수치해석을 수행하고 트렌지션 커터 사이의 각도에 따른 비에너지 곡선을 작도하여 최적 절삭조건을 알아보고자 하였다. 수치해석 결과 전이영역에서 최소 비에너지를 보이는 트렌지션 커터 사이의 각도 9°인 것으로 확인되었다. 이를 트렌지션 커터의 경사각에 따라 3가지 영역으로 구분하고 영역별 디스크커터 사이의 각도와 비에너지를 정리한 결과 트렌지션 커터의 경사각이 커질수록 최적 비에너지를 보이는 트렌지션 커터 사이의 각도는 10°에서 8°까지 점차 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 기존에 사용되고 있는 트렌지션 커터의 설계 결과와 유사한 경향으로써, 본 연구의 결과를 밑받침한다.

Simulation analysis and evaluation of decontamination effect of different abrasive jet process parameters on radioactively contaminated metal

  • Lin Zhong;Jian Deng;Zhe-wen Zuo;Can-yu Huang;Bo Chen;Lin Lei;Ze-yong Lei;Jie-heng Lei;Mu Zhao;Yun-fei Hua
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제55권11호
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    • pp.3940-3955
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    • 2023
  • A new method of numerical simulating prediction and decontamination effect evaluation for abrasive jet decontamination to radioactively contaminated metal is proposed. Based on the Computational Fluid Dynamics and Discrete Element Model (CFD-DEM) coupled simulation model, the motion patterns and distribution of abrasives can be predicted, and the decontamination effect can be evaluated by image processing and recognition technology. The impact of three key parameters (impact distance, inlet pressure, abrasive mass flow rate) on the decontamination effect is revealed. Moreover, here are experiments of reliability verification to decontamination effect and numerical simulation methods that has been conducted. The results show that: 60Co and other homogeneous solid solution radioactive pollutants can be removed by abrasive jet, and the average removal rate of Co exceeds 80%. It is reliable for the proposed numerical simulation and evaluation method because of the well goodness of fit between predicted value and actual values: The predicted values and actual values of the abrasive distribution diameter are Ф57 and Ф55; the total coverage rate is 26.42% and 23.50%; the average impact velocity is 81.73 m/s and 78.00 m/s. Further analysis shows that the impact distance has a significant impact on the distribution of abrasive particles on the target surface, the coverage rate of the core area increases at first, and then decreases with the increase of the impact distance of the nozzle, which reach a maximum of 14.44% at 300 mm. It is recommended to set the impact distance around 300 mm, because at this time the core area coverage of the abrasive is the largest and the impact velocity is stable at the highest speed of 81.94 m/s. The impact of the nozzle inlet pressure on the decontamination effect mainly affects the impact kinetic energy of the abrasive and has little impact on the distribution. The greater the inlet pressure, the greater the impact kinetic energy, and the stronger the decontamination ability of the abrasive. But in return, the energy consumption is higher, too. For the decontamination of radioactively contaminated metals, it is recommended to set the inlet pressure of the nozzle at around 0.6 MPa. Because most of the Co elements can be removed under this pressure. Increasing the mass and flow of abrasives appropriately can enhance the decontamination effectiveness. The total mass of abrasives per unit decontamination area is suggested to be 50 g because the core area coverage rate of the abrasive is relatively large under this condition; and the nozzle wear extent is acceptable.