• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.81-93
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• 2020

본 연구를 통해 다양한 분야에서 재료의 역학적 거동을 해석하고 예측하는 방법인 유한요소법(Finite Element Method, FEM)을 활용하여 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료의 피로 특성을 분석하였다. 이를 구현하기 위해 평균장 균질화(mean-field homogenization) 이론을 활용하여 고분자, 고무, 금속 등과 같은 다양한 복합재료를 위한 선형, 비선형 다중스케일 재료 모델링 프로그램인 Digimat을 이용하였다. 이를 통해 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료의 미세 구조와 재료 모델을 정의하여 더욱 현실적으로 고분자 복합재료의 피로 거동을 예측하고자 한다. 참고문헌을 통해 시험 온도, 섬유배향, 응력비, 시편의 두께 등 다양한 변수들을 사용하여 30wt%의 단 섬유 질량 비율을 갖는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT)의 고분자 복합재료의 피로 특성을 조사하였다. 섬유배향 정보를 계산하기 위한 사출해석은 Moldflow 소프트웨어을 활용하였으며, 이를 유한요소 피로시편 모델에 매핑하였다. 대표적인 유한요소 상용 소프트웨어인 LS-DYNA는 섬유배향에 따른 고분자 복합재료의 응력 진폭을 계산하기 위해 Digimat과의 연성해석에 활용하였다. 그리고 수치해석을 활용한 피로수명 해석을 위해 다양한 재료 모델들로 구성된 FEMFAT 소프트웨어를 사용하였다. 선형 재료 모델의 연성해석 결과는 높은 응력 진폭에 의한 재료의 국부적 비선형이 발생하는 LCF 영역의 피로 특성을 연구하기 위해 Neuber 법칙을 사용하여 재료의 피로 거동을 분석하였으며, 비선형 재료 모델의 연성해석 결과 역시 FEMFAT을 활용한 피로수명 해석에 사용되었다. 연성해석과 피로해석의 결과는 섬유배향에 따라 유한요소 시편의 두께 방향으로 분석하여 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료의 형태학적, 역학적 구조에 대해서 평가하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제19권2호
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• pp.76-83
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• 2016

탄성파 자료의 영상화 과정에서 입력자료인 속도 모델에 불연속면이 있는 경우 반사파에 의해 참반사보정(migration) 결과가 왜곡될 수 있다. 따라서 참반사보정을 위한 속도 모델은 지층 경계면에서 샘 파동장과 수신기 파동장을 구할 때 발생하는 반사파를 제거하기 위해 평활화(smoothing)하여 사용하는 것이 일반적이다. 그러나 속도 모델을 평활화할 경우 지층 경계면에서 속도 정보가 달라져 지하구조 영상이 왜곡될 가능성이 있다. 본 연구에서는 이러한 단점을 최소화하기 위해 속도가 불연속인 층간의 음향 임피던스를 일정하게 만들어 샘 파동장과 수신기 파동장을 구할 때 발생하는 반사파를 줄이고자 하였다. 음향 임피던스를 일정하게 만들기 위해 속도 차이를 보상하는 가상의 밀도(fake density)를 정의하고 참반사보정에 사용하였다. 음향 임피던스가 모든 층에서 일정할 때, 반사면에서 수직 입사파의 반사계수가 영이 되고 반사파가 최소화되어 참반사보정 결과를 향상시킬 수 있다. 이를 검증하기 위해 셀기반 유한차분법을 이용하여 거꿀시간 참반사보정(reverse-time migration) 알고리듬을 구현하였다. 수치예제를 통해 속도 대비가 큰 지층 경계면에서 참반사보정 영상의 품질이 향상되는 것을 확인할 수 있고, 특히 천부 지층에서 성능 개선효과가 큰 것을 관찰할 수 있다.

• 한국광물학회지
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• 제25권4호
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• pp.211-220
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• 2012

최근 물질의 특성과 구조를 해석하기 위해서 수치해석학적 모델과 컴퓨터 시뮬레이션이 많이 사용된다. 이러한 관점에서 물질의 미세구조를 해석하는 데 있어 분자동역학 해석법은 매우 유용한 방법이다. 이번 연구에서는 점토광물에 대한 확산계수 및 점착력과 같은 물리화학적 특성을 계산하기 위한 수치해석학적 방법을 소개한다. 이번연구에서 지질학적으로 심부에 위치하는 포화된 점토광물과 물을 포함한 점토광물에 대한 특성을 분자동역학을 이용해서 계산하고 균질화해석법을 활용하여 점착력과 같은 외부조건에 따라 결정되는 점토광물의 확산거동을 해석하였다. 그 결과 수치해석에 의한 해석결과 값과 기존의 실내 투수실험에 의한 결과 값이 매우 흡사한 결과를 보인다는 것을 알 수 있다. 이는 여러 가지 복합적인 조건하에서의 점토광물의 물리화학적 거동을 해석하는 데 수치해석학적 방법이 매우 유용하게 사용될 수 있다는 것을 의미한다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권9호
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• pp.3450-3463
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• 2023

In the two-step analysis of Pebble-Bed type High-Temperature Gas-Cooled Reactor (PB-HTGR), the lattice physics calculation for the generation of homogenized cross-sections is based on the fuel pebble. However, the randomly-dispersed fuel particles in the fuel pebble introduce double heterogeneity and randomness. Compared to the deterministic method, the Monte Carlo method which is flexible in geometry modeling provides a high-fidelity treatment. Therefore, the Monte Carlo code NECP-MCX is extended in this study to perform the lattice physics calculation of the PB-HTGR. Firstly, the capability for the simulation of randomly-dispersed media, using the explicit modeling approach, is developed in NECP-MCX. Secondly, the capability for the generation of the homogenized cross-section is also developed in NECP-MCX. Finally, simplified PB-HTGR problems are calculated by a two-step neutronics analysis tool based on Monte Carlo homogenization. For the pebble beds mixed by fuel pebble and graphite pebble, the bias is less than 100 pcm when compared to the high-fidelity model, and the bias is increased to 269 pcm for pebble bed mixed by depleted fuel pebble. Numerical results show that the Monte Carlo lattice physics calculation for the two-step analysis of PB-HTGR is feasible.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제3권1호
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• pp.95-112
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• 2016

This paper presents the free vibration analysis of damaged beams by means of 1D (beam) advanced finite element models. The present 1D formulation stems from the Carrera Unified Formulation (CUF), and it leads to a Component-Wise (CW) modelling. By means of the CUF, any order 2D and 1D structural models can be developed in a unified and hierarchical manner, and they provide extremely accurate results with very low computational costs. The computational cost reduction in terms of total amount of DOFs ranges from 10 to 100 times less than shell and solid models, respectively. The CW provides a detailed physical description of the real structure since each component can be modelled with its material characteristics, that is, no homogenization techniques are required. Furthermore, although 1D models are exploited, the problem unknown variables can be placed on the physical surfaces of the real 3D model. No artificial surfaces or lines have to be defined to build the structural model. Global and local damages are introduced by decreasing the stiffness properties of the material in the damaged regions. The results show that the proposed 1D models can deal with damaged structures as accurately as a shell or a solid model, but with far lower computational costs. Furthermore, it is shown how the presence of damages can lead to shell-like modal shapes and torsional/bending coupling.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제85권1호
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• pp.89-104
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• 2023

This work presents a proposal for employing reduced numerical integration in the formulation of the 4-node quadrilateral solid finite element. The use of these low-order integration rules leads to numerical instabilities such as those producing the hourglass effect. The proposed procedure allows evaluating a given constitutive model only in one integration point, achieving an attractive computational cost reduction and, also, successfully controls the hourglass effect. A validation of the proposal is included and discussed throughout the paper. To show the efficiency of the proposal, several application examples of masonry structures are studied and discussed. To represent the non-linear mechanical behaviour of masonry a plastic-damage model is implemented within the application of this sub-integration scheme. Also, in order to have a full and computationally efficient strategy to determine the behaviour of masonry structures, involving its evolution to collapse, a homogenization technique with a macro-modeling approach is used. The methodology discussed throughout this paper demonstrates a substantial computational cost reduction and an improved approximation of the non-linear problem evidenced by a reduction of up to 85% of the computational time for some cases.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제5권1호
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• pp.27-40
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• 2012

The two-dimensional incompressible flow of a linear viscoelastic fluid we considered in this research has rapidly oscillating initial conditions which contain both the large scale and small scale information. In order to grasp this double-scale phenomenon of the complex flow, a multiscale analysis method is developed based on the mathematical homogenization theory. For the incompressible flow of a linear viscoelastic Maxwell fluid, a well-posed multiscale system, including averaged equations and cell problems, is derived by employing the appropriate multiple scale asymptotic expansions to approximate the velocity, pressure and stress fields. And then, this multiscale system is solved numerically using the pseudospectral algorithm based on a time-splitting semi-implicit influence matrix method. The comparisons between the multiscale solutions and the direct numerical simulations demonstrate that the multiscale model not only captures large scale features accurately, but also reflects kinetic interactions between the large and small scale of the incompressible flow of a linear viscoelastic fluid.

• Computers and Concrete
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• 제12권5호
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• pp.627-650
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• 2013

This paper deals with application of a non-linear continuum model for reinforced concrete affected by alkali-aggregate reaction (AAR) to analysis of some nuclear structures. The macroscopic behaviour of the material affected by AAR is described by incorporating a homogenization/averaging procedure. The formulation addresses the main stages of the deformation process, i.e., a homogeneous deformation mode as well as that involving localized deformation, associated with formation of macrocracks. The formulation is applied to examine the mechanical behaviour of some reinforced concrete structures in nuclear power facilities located in Quebec (Canada). First, a containment structure is analyzed subjected to 45 years of continuing AAR. Later, an inelastic analysis is carried out for the spent fuel pool taking into account the interaction with the adjacent jointed rock mass foundation. In the latter case, the structure is said to be subjected to continuing AAR that is followed by a seismic event.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 추계학술발표대회
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• pp.19.1-19.1
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• 2009

Open-cell Ni-Cr and Ni-Cr-Al(with gamma/gamma prime microstructure typical of Bi-base super alloys) foams are manufactured by pack-cementation at $1000{\boxplus}$degrees C, followed by homogenization at $1200{\boxplus}C$. The resulting alloyed foams retain the low relative densities (less than 3.5 wt.%). The oxidation behavior of Ni-Cr foams turns out to be identical to that of bulk Ni-Cr alloys, after taking into account the foam's higher surface area. The room-temperature compressive behavior of the Ni-Cr and Ni-Cr-Al is compared to model predictions. Additionally, the foam creep behavior, measured between 680 and $825{\boxplus}C$ in the stress range of 0.1-0.3 MPa, compared to two analytical models, namely strut compression and strut bending as high-temperature deformation modes.

• 대한기계학회논문집A
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• 제27권5호
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• pp.764-771
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• 2003

To control the motion generated by a compliant mechanism the design method using specified geometrical advantage is proposed. The optimization problem is formulated to minimize the difference between the specified and the current geometrical advantage of a mechanism and topology optimization is applied to determine the layout of a mechanism. The results of several test problems including a displacement converter design and a gripper design are compared with a multi-criteria model and show that the design of an accurate compliant mechanism with specified geometrical advantage can be obtained.