자동차 부품 중 드라이브 샤프트는 엔진에서 발생하는 토크를 바퀴에 전달하는 동력 전달장치의 핵심 부품이다. 엔진에서 입력되는 비틀림 하중과 주행 중 발생하는 실동하중에 의한 부품의 파손을 방지하기 위해, 고주파 열처리로 강도 및 피로수명이 개선되고 있다. 본 연구에서는 고주파 열처리에 따른 드라이브 샤프트의 피로수명을 정량적으로 평가할 수 있는 피로수명 평가기법을 구축하였다. 드라이브 샤프트의 소재인 SAE10B38M2 강재로 모재 및 경화깊이가 서로 다른 고주파 열처리 시편 두 종을 제작하여 비틀림 하중 하에서의 전단 변형률 제어 피로시험을 진행하였고, 변형률-수명 피로수명 평가에 필요한 피로 물성값을 구하였다. 얻어진 피로 물성값을 이용하여 드라이브 샤프트의 변형률 기반 피로해석을 진행하였으며, 얻어진 피로수명 결과를 시제품 피로시험 결과와 비교하여 해석기법의 타당성을 검증하였다.
본 논문은 콘크리트 배합 방식(NMA, TSMA1, TSMA2)에 따른 순환 굵은골재 치환량에 따른 콘크리트의 기계적 성능을 비교 평가하였다. 실험은 순환 굵은골재를 0%, 50%, 100%로 3수준으로 콘크리트의 배합 방식에 따라 실험을 진행하였다. 굳지 않은 콘크리트에서는 공기량, 슬럼프, 단위용적질량 실험을 진행하였으며, 경화 콘크리트에서는 압축강도 및 휨강도 시험을 진행하였다. 본 연구의 실험결과 NMA 방식과 비교하여 TSMA 방식에서 강도 저하가 나타나고 있음을 확인할 수 있었다. 하지만, 이는 순환 굵은골재가 다량 치환됨에 따른 것으로 사료된다. 순환 굵은골재가 다량 치환됨에 따라 슬럼프 증진, 공기량 증진, 강도 저하가 나타남을 확인하였다.
본 연구에서는 70MPa급 고강도 콘크리트에서 유공유리분말(HGP)의 적용성을 확인하기 위하여 HGP 사용량에 따라서 프레쉬 상태와 경화 상태의 물성을 검토하였고, 그 실험결과는 다음과 같다. 유동 특성은 HGP의 사용량이 증가할수록 슬럼프플로가 약간 증가하는 하는 것으로 나타났고 T500은 HGP의 사용량이 증가할수록 약간 단축되었으며, 철근 통과성은 HGP의 볼베어링 효과로 인해 개선되는 것으로 나타났다. 특히 사용량 1.0kg/㎥에서 통과성 0등급으로 가장 양호한 철근통과성을 발휘하였다. 레올로지 특성으로는 HGP 1.0kg/㎥에서 소성점도가 Plain 대비 40% 정도 감소하여 HGP가 고강도 콘크리트의 소성점도를 낮추는 효과가 있는 것으로 확인되었다. 하지만 HGP 2.0kg/㎥에서는 1.0kg/㎥보다 오히려 소성점도가 크게 나타났다. 실험을 통하여 HGP가 고강도 콘크리트의 작업성 향상에 도움이 되는 것을 확인할 수 있었으며 사용량 1.0kg/㎥ 이 가장 적절한 것으로 판단된다. 또한 HGP가 콘크리트 압축강도에 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 매스콘크리트의 수화열 저감 및 초기강도 향상을 목적으로 3성분계 배합에 따른 콘크리트의 기초적 특성을 분석하였는데 결과를 요약하면 다음과 같다. 굳지 않은 콘크리트의 물성은 목표범위를 모두 만족하는 것으로 나타났다. 응결시간은 W/B와 관계없이 저열 시멘트 배합이 가장 빠른 것으로 나타났고, 간이 수화열은 저열 배합의 피크 온도가 가장 높은 것으로 나타났고, 저발열-B 배합이 가장 낮은 온도를 나타내었으며, 조강형 저발열 배합은 저발열-B와 유사한 것으로 나타났다. 경화 콘크리트의 압축강도는 초기재령에서 저발열-B 배합을 제외한 모든 배합이 유사한 강도 범위를 나타내었고, 장기 재령에서는 큰 차이 없이 유사한 강도 범위를 나타내었다.
비균질 재료인 콘크리트의 강성 특성과 성능저하 현상을 웨이블릿 변환을 이용한 다중해상도해석을 통해 각 관찰 규모에 따라 동질화 과정의 적용성 및 거시적 손상지수의 평가 등을 연구하였다. 연속적인 Haar 웨이블릿 변환은 기존 강성행렬의 특성을 연속적인 축소규모로의 복제를 통해 미세규모로부터 거시규모로의 축소 또는 복원 과정을 나타내었고 이는 선형구조계의 크기별 스펙트럼 특성의 보존, 즉 타원성, 철면성 그리고 양의 정부호성을 보존하여 각 규모별 해의 유효성을 확인하였다. 웨이블릿 계수를 이용한 기존 강성의 평균은 거시단계의 변형에너지와 상호관계를 가지고 아래 단계로의 축소, 윗 단계로의 복원을 자유롭게 할 수 있는 장점이 있다. 이러한 다중해상도해석의 예제로서 1차원 및 2차원 2상복합체를 가지고 유한요소해석을 통해 기존 이론의 검증과 최소고유치의 각 크기단계별 변화 과정, 원 축소 구조계의 해의 유일성 그리고 국부적 손상지수의 동질화 여부 등을 검사하였다. 이러한 동질화 축소 과정은 자유도가 큰 비선형 구조계로의 적용의 첫 단계를 제공하였다.
최근 환경보존에 대한 인식전환이 범세계적으로 확산되고 있는 가운데 건설기술자들은 환경문제를 해결하기 위한 일환으로 콘크리트에 잔골재를 사용하지 않고 불연속 입도의 굵은 골재를 사용한 환경친화적 건설재료인 다공질콘크리트에 주목하려 다양한 방면에서 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구는 환경친화적인 식생용 포러스콘크리트를 제조하기 위한 기초적 연구로서, 골재입도와 페이스트골재비 및 산업부산물의 혼입에 따른 식생용 포러스콘크리트의 물리ㆍ역학적 특성과 식생능력을 평가하였다. 시험결과 골재입도가 감소함에 따라, 페이스트골재비가 증가함에 따라 압축강도는 증가하였으며, 공극률은 점차 감소하였다. 식생능력 평가 결과 씨앗 파종후 30일까지는 골재입도 및 페이스트골재비에 관계없이 동일한 생육양상을 보였으나, 30일 이후에서는 골재입도가 줄어듬에 따라, 페이스트골재비가 증가함에 따라 초장이 감소하였으며, 특히 5~10mm골재를 사용한 경우에는 10~20 mm 20~30mm 입도의 골재를 사용한 경우보다 현저히 초장이 줄어드는 경향이 나타났다.
본 논문에서는 습식스프레이 공법에 의하여 타설되는 고인성 섬유보강 모르타르(ECC)을 구조물의 보수에 적용함으로써 구조물의 내구성을 증진시키는 효과에 대하여 연구하였다. 이를 위하여 굳지않은 상태에서는 스프레이 공정에 적합한 유동특성을 갖고 있으면서, 굳은 후에는 인장변형경화거동을 나타내는 ECC를 스프레이 공법으로 타설하여 시험체를 제작하여 실험하였다. 실험 결과, 스프레이된 ECC의 역학적 특성(인장 및 휨거동)이 일반적인 타설법에 의하여 제작된 ECC와 거의 일치하는 것으로 나타났으며, 이 때에 ECC의 균열폭은 평균 30${\mu}m$로 제어되었다. 구콘크리트/ECC 합성보의 에너지 흡수능력은 구콘크리트/상용 스프레이 모르타르(PM) 합성보에 비하여 매우 우수한 것으로 나타났으며, 경계면의 부착성능도 양호한 것으로 평가되었다. ECC 고유의 균열제어능력과 더불어 보수된 부재(구콘크리트/ECC 합성보)의 탁월한 휨변형능력, 에너지 흡수능력 등은 구조물의 내구성을 증진하는데 큰 이점으로 작용하게 될 것이다.
1980년 초 서울지하철 건설공사를 계기로 국내의 터널공사에 NATM(New Austrian Tunnelling Method)공법이 적용되고 있다. 하지만, 주지보재의 하나인 숏크리트 기술은 NATM공법이 국내에 들어온 초기의 기술력을 아직 답습하고 있는 상태로 다량의 리바운드가 발생하고, 노즐맨의 경험이나 기량등에 의존하는 경우가 많아 비용절감 및 시공능률 향상을 위한 개선이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 숏크리트 품질확보에 중요한 위치를 차지하고 있는 급결제(Accelerator)를 주변수로 강섬유보강 숏크리트(SFRS)에 대한 모형시험을 실시하여 고품질 숏크리트에의 적용 가능성을 검토하였다. 모형시험(압축강도, 휨강도, 휨인성)결과, Alkali-free 액상급결제를 사용한 숏크리트를 통해 고강도 발현을 위한 고가의 혼화재를 사용하지 않고서도 고품질의 고강도 숏크리트 개발 가능성을 확인할 수 있었으며, Single-Shell Lining 터널 등 Permanent Shotcrete Lining이라는 새로운 개념의 터널 지보시스템 구축을 위한 요소기술로 그 적용이 확대될 것으로 판단된다.
내식성과 기계적 성능이 우수한 316L 스테인리스 강의 저주기 변형률제어 피로시험에서 3가지 변형률진폭과 3가지 변형률비의 조건이 피로수명에 미치는 효과를 분석하였다. 낮은 변형률범위에서 곡선이 거의 중첩되는 Masing 거동이 나타나고, 높은 변형률범위에서 비선형거동 응력범위가 서로 크게 벗어나는 non-Masing 거동과 함께 평균응력의 감소가 나타났다. 소성 변형률에너지를 이용하여 저주기 피로수명을 예측하고 non-Masing 거동을 고려한 수명예측 방법의 정확성 여부를 검토하였다. 각각의 변형률진폭과 변형률비의 조건에서 초기 수 사이클 동안 반복경화 현상 후 장시간동안 점진적으로 낮아져 연화하다가 파괴 되었다. 저사이클 피로수명을 정확히 예측하기 위해서는 변형률진폭에 따라 Masing 및 non-Masing 거동을 구분하고, 이를 반영한 수명예측식을 적용해야 함을 알았다.
본 연구의 목적은 고강도 콘크리트에 광물성 혼화재로서 동제련 슬래그를 혼입하였을 때 유동특성을 파악하기 위한 것이다. 이를 위해 동제련 슬래그를 고강도 콘크리트의 결합재로 사용하여 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %를 시멘트로 대체하여 사용하였다. 그리고 굳지않은 콘크리트에서 슬럼프플로, 500mm도달시간, V-Funnel과 U-Boxt시험을 실시하여 유동성 및 충전성을 알아보았고, 굳은 콘크리트에서는 재령 3, 7, 14, 28일의 콘크리트 압축강도를 측정하였다. 상기의 실험결과, 동제련 슬래그를 광물설 혼화재료로 혼입한 콘크리트의 굳지 않은 콘크리트 특성을 살펴보면 동제련 슬래그의 치환율이 30%까지는 유동성이 증가하였으며, 충전성이 우수한 것을 알 수 있었다. 그리고 굳은 콘크리트의 특성을 살펴보면 동제련 슬래그의 치환율이 30 %일때까지 모든 재령에서 압축강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 동제련 슬래그의 치환율이 30%를 초과하였을 때는 유동성, 충전성 및 압축강도가 감소하는 것을 확인할 수 있어 동제련 슬래그의 최적 치환율은 30 %이내가 적정할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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