• Structural Engineering and Mechanics
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• 제24권1호
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• pp.1-18
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• 2006

Strengthening of existing old structures has traditionally been accomplished by using conventional materials and techniques, viz., externally bonded steel plates, steel or concrete jackets, etc. Alternatively, fibre reinforced polymer composite (FRPC) products started being used to overcome problems associated with conventional materials in the mid 1950s because of their favourable engineering properties. Effectiveness of FRPC materials has been demonstrated through extensive experimental research throughout the world in the last two decades. However there is a need to use refined analytical tools to simulate response of strengthened system. In this paper, an attempt has been made to develop a numerical model of strengthened reinforced concrete (RC) beams with FRPC laminates. Material models for RC beams strengthened with FRPC laminates are described and verified through a nonlinear finite element (FE) commercial code, with the help of available experimental data. Three dimensional (3D) FE analysis has been performed by assuming perfect bonding between concrete and FRPC laminate. A parametric study has also been performed to examine effects of various parameters like fibre type, stirrup's spacing, etc. on the strengthening system. Through numerical simulation, it has been shown that it is possible to predict accurately the flexural response of RC beams strengthened with FRPC laminates by selecting an appropriate material constitutive model. Comparisons are made between the available experimental results in literature and FE analysis results obtained by the present investigators using load-deflection and load-strain plots as well as ultimate load of the strengthened beams. Furthermore, evaluation of crack patterns from FE analysis and experimental failure modes are discussed at the end.

• Journal of Welding and Joining
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• 제35권1호
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• pp.55-60
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• 2017

There are many Industry Code and Standard (ICS) for Structural Integrity Assessment (SIA) on welded structure with defect. The general ICSs, such as R6, BS 7910 and API 579-1/ASME FFS-1, provide equations to determine the upper bound residual stress profiles based on collections from many literatures. However, these residual stress profiles used in the SIA cause the conservative design for welded structures. In this study, the structural integrity assessment for girth weld in pipeline has been conducted based on fracture mechanics. In addition, thermo-elastic plastic FE analysis was performed for evaluating the residual stress of girth weld in pipeline. The weight function solution is used to determine the stress intensity factor using the residual stress profile obtained by the FE analysis. This approach can account for redistribution and relaxation of residual stress as the defects grow. In order to the evaluate quantitative comparison between BS 7910 and weight function solution, structural integrity assessment determining allowable crack size on cracked pipe was performed with failure assessment diagram.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권12호
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• pp.1441-1446
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• 2014

본 논문에서는 휜 광폭평판의 두께와 폭, 균열길이 그리고 가공경화지수의 변화가 휜 광폭평판의 균열부 구속상태에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 위해 5가지의 휜 광폭평판 두께, 3가지의 균열길이, 3가지의 휜 광폭평판 폭 그리고 3가지의 가공경화지수를 고려한 3차원 탄소성 유한요소해석을 수행하였다. Ramberg-Osgood 관계식을 만족하는 비선형 재료로 가정하였으며 균열부 구속상태를 정량화하기 위해서 Q-응력을 이용하였다. 3차원 유한요소해석 결과를 바탕으로 기하학적 형상 및 재료특성에 따른 휜 광폭평판의 Q-응력 변화를 평가하였다. 평가 결과 면외 구속조건에 의한 영향은 면내 구속조건과 밀접한 관계가 있었으며, 면외 구속조건이 면내 구속조건 보다 균열부 구속상태에 더 큰 영향을 미쳤다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제18권6호
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• pp.7-13
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• 2010

In this study, we investigated the efficient FE modelling techniques for thermal stress analysis of the exhaust manifold subject to thermo-mechanical cyclic loadings. At first, full engine model was considered to identify the critical locations and their results were compared to failure site shown by the engine bench test. And the equivalent system model was proposed based on the mechanical behavior of the full engine model. The weak areas of both FE models show a good agreement with the experimental crack location. As a result, a simplified modelling methodology was verified to estimate the thermo-mechanical behaviors of the exhaust manifold under thermal shock test condition.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권12호
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• pp.1453-1463
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• 2013

본 연구에서는 유한요소해석과 압입시험으로 압입자 형상이 압입균열특성에 미치는 영향을 조사했다. 본 논문에서는 Lee 등(2012)이 제시한 cohesive zone 모델특성 및 균열생성, 진전을 위한 해석조건에 기초해 다양한 균열해석을 수행했다. 우선, 사각뿔 및 삼각뿔 압입균열 시험과 해석을 비교해 해석모델의 유효성을 검증했다. 아울러 비대칭 압입자에 의한 압입시, 압입하부에서 비대칭 균열의 발생여부를 해석적으로 관찰했다. 최종적으로 압입발생 균열수와 균열길이 관계를 조사했다. 균열수와 균열길이 관계 및 동일 압입자형상(압입자 모서리수)에서 압입자각에 따른 균열길이 변화를 이용하면, 특정 압입자 형태의 압입시험에서 얻은 균열길이 만으로 다양한 압입자 형태의 균열길이를 예측할 수 있다.

• 한국가스학회지
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• 제25권6호
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• pp.14-21
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• 2021

-162℃ 초저온 상태의 LNG를 저장하는 저장탱크의 내조는 균열과 같은 결함에 대한 구조 건전성 평가가 필요하다. 전통적인 파괴역학 관점에서는 응력확대계수 K, J-적분 그리고 CTOD를 이용한 단일 매개변수 평가가 주로 수행되어왔다. 그러나 실제 구조에서 발생되는 균열선단은 구조물의 크기, 시편형상 그리고 인장과 굽힘과 같은 하중의 형태에 따라 구속효과의 차이로 인한 영향이 발생하게 된다. 단일 매개변수 파괴역학을 보완하기 위해 다양한 시도가 있었고, 대표적으로 Q-응력법이 있다. 본 논문에서는 비선형 탄성영역의 균열선단 응력장 평가에 적합한 J적분에 Q응력을 유도하여 2 매개변수 접근법을 사용하고자 한다. SENB 시편의 균열비 0.1~0.7 그리고 광폭시편 균열비 0.2~0.6에 시편 균열선단의 응력을 J-Q 평가법을 이용하여 구속효과를 정량적으로 평가 하였다.

• Composites Research
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• 제35권2호
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• pp.61-68
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• 2022

복합재료는 비강도, 비강성 및 내부식성 등이 우수하여 항공우주산업뿐만 아니라 다양한 산업에서 사용되고 있다. 그러나 복합재료는 충격에 취약하고 이러한 충격은 복합 재료 내부의 균열 형성과 균열 성장으로 이어져 구조 파단의 원인이 된다. 본 논문에서는 음향 방출 신호 및 유한요소해석(Finite element analysis, FEA)을 이용하여 복합재 적층판의 Mode I 파괴 모드의 특성을 분석하였다. DCB 시험은 탄소/에폭시 적층판의 Mode I 파괴 특성을 분석하기 위하여 수행되었고 시편의 파괴에 의해서 발생되는 탄성파를 측정하기 위하여 시편에 음향 방출 센서를 부착하였다. 누적 음향 방출 에너지와 균열 선단 위치의 관계를 이용하여 시편의 파괴 인성(Fracture toughness, G_I)을 계산하였다. 계산된 파괴 인성 값을 유한요소모델에 적용하여 해석을 수행하였고 하중-변위 곡선 및 균열 길이-변위 곡선을 통하여 DCB 시험 결과와 비교/분석하였다. 유한요소해석 및 DCB 시험의 결과가 잘 일치함을 보였다.

• Composites Research
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• 제32권5호
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• pp.258-264
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• 2019

본 논문에서는 Hashin 파손 기준식과 crack band 모델이 접목된 손상변수를 이용하여 점진적파손해석 방법이 개발되었다. 파손기준식을 이용하여 파손의 개시 유무가 판단된다. 파손이 개시된 경우에는 각 파손모드(섬유 인장/압축, 기지 인장/압축)에서 손상변수가 선형 열화 거동에 따라 계산되고, 손상강성행렬을 계산하는데 사용된다. 손상강성행렬은 손상된 재료에 반영되고, 계산된 손상강성행렬을 이용하여 재료의 완전한 파괴를 의미하는 손상변수가 1인 시점이 되기까지 점진적 파손해석이 계속해서 반복적으로 수행된다. 일련의 과정들은 상용해석프로그램인 ABAQUS에 사용자 정의 부프로그램을 이용하여 수행되었다. 제안된 점진적파손해석 도구의 검증을 위하여, 원공을 가진 복합재료 적층판의 시험 결과와 비교를 수행하였으며, 시험 중 디지털 이미지 상관법을 이용하여 획득한 변형률 거동과 해석을 통해 획득한 변형률 거동을 비교하였다. 제안된 해석결과는 시험 결과와 비교하여 유효한 일치를 보였다.

• 한국생산제조학회지
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• 제24권5호
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• pp.553-560
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• 2015

Fracture mechanics analysis for cracked pipes is essential for applying the leak-before-break (LBB) concept to nuclear piping design. For LBB assessment, crack instability and leak rate should be predicted accurately for through-wall cracked pipes. In a nuclear piping system, elbows are connected with straight pipes by circumferential welding; this weld region is often considered a critical location. Hence, accurate crack assessment is necessary for cracks in the interface between elbows and straight pipes. In this study, the stress intensity factor (SIF) and elastic crack opening displacement (COD) were estimated through detailed 3D elastic finite element (FE) analyses. Based on the results, closed-form solutions of shape factors for calculating the SIFs and elastic CODs were proposed for circumferential through-wall cracks in the abovementioned interfaces under internal pressure. In addition, the effect of the elbow on shape factors was investigated by comparing the results with the existing solutions for a straight pipe.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제20권12호
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• pp.2168-2177
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• 2006

The purpose of this investigation was to determine the specific fracture mechanics response of cracks that initiate at the stem-cement interface and propagate into the cement mantle. Two-dimensional finite element models of idealized stem-cement-bone cross-sections from the proximal femur were developed for this study. Two general stem types were considered; Rectangular shape and Charnley type stem designs. The FE results showed that the highest principal stress in the cement mantle for each case occurred in the upper left and lower right regions adjacent to the stem-cement interface. There was also a general decrease in maximum tensile stress with increasing cement mantle thickness for both Rectangular and Charnley-type stem designs. The cement thickness is found to be one of the important fatigue failure parameters which affect the longevity of cemented femoral components, in which the thinner cement was significantly associated with early mechanical failure for shot-time period.