• Structural Engineering and Mechanics
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• 제78권5호
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• pp.573-583
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• 2021

This paper presents a theoretical approach of the structures reinforced with bonded FRP composites, taking into account loading model, shear lag effect and the thermal effect. These composites are used, in particular, for rehabilitation of structures by stopping the propagation of the cracks. They improve rigidity and resistance, and prolong their lifespan. In this paper, an original model is presented to predict and to determine the stresses concentration at the FRP end, with the new theory analysis approach. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, i.e., the concrete beam, the FRP plate and the adhesive layer. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. The numerical resolution was finalized by taking into account the physical and geometric properties of materials that may play an important role in reducing the stress values. This solution is general in nature and may be applicable to all kinds of materials.

• Advances in Computational Design
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• 제5권1호
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• pp.55-89
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• 2020

For the first time, an accurate analytical solution, based on coupled three-dimensional (3D) piezoelasticity equations, is presented for free vibration analysis of the angle-ply elastic and piezoelectric flat laminated panels under arbitrary boundary conditions. The present analytical solution is applicable to composite, sandwich and hybrid panels having arbitrary angle-ply lay-up, material properties, and boundary conditions. The modified Hamiltons principle approach has been applied to derive the weak form of governing equations where stresses, displacements, electric potential, and electric displacement field variables are considered as primary variables. Thereafter, multi-term multi-field extended Kantorovich approach (MMEKM) is employed to transform the governing equation into two sets of algebraic-ordinary differential equations (ODEs), one along in-plane (x) and other along the thickness (z) direction, respectively. These ODEs are solved in closed-form manner, which ensures the same order of accuracy for all the variables (stresses, displacements, and electric variables) by satisfying the boundary and continuity equations in exact manners. A robust algorithm is developed for extracting the natural frequencies and mode shapes. The numerical results are reported for various configurations such as elastic panels, sandwich panels and piezoelectric panels under different sets of boundary conditions. The effect of ply-angle and thickness to span ratio (s) on the dynamic behavior of the panels are also investigated. The presented 3D analytical solution will be helpful in the assessment of various 1D theories and numerical methods.

• Smart Structures and Systems
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• 제13권4호
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• pp.587-614
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• 2014

In recent years the interest in online monitoring of lightweight structures with ultrasonic guided waves is steadily growing. Especially the aircraft industry is a driving force in the development of structural health monitoring (SHM) systems. In order to optimally design SHM systems powerful and efficient numerical simulation tools to predict the behaviour of ultrasonic elastic waves in thin-walled structures are required. It has been shown that in real industrial applications, such as airplane wings or fuselages, conventional linear and quadratic pure displacement finite elements commonly used to model ultrasonic elastic waves quickly reach their limits. The required mesh density, to obtain good quality solutions, results in enormous computational costs when solving the wave propagation problem in the time domain. To resolve this problem different possibilities are available. Analytical methods and higher order finite element method approaches (HO-FEM), like p-FEM, spectral elements, spectral analysis and isogeometric analysis, are among them. Although analytical approaches offer fast and accurate results, they are limited to rather simple geometries. On the other hand, the application of higher order finite element schemes is a computationally demanding task. The drawbacks of both methods can be circumvented if regions of complex geometry are modelled using a HO-FEM approach while the response of the remaining structure is computed utilizing an analytical approach. The objective of the paper is to present an efficient method to couple different HO-FEM schemes with an analytical description of an undisturbed region. Using this hybrid formulation the numerical effort can be drastically reduced. The functionality of the proposed scheme is demonstrated by studying the propagation of ultrasonic guided waves in plates, excited by a piezoelectric patch actuator. The actuator is modelled utilizing higher order coupled field finite elements, whereas the homogenous, isotropic plate is described analytically. The results of this "semi-analytical" approach highlight the opportunities to reduce the numerical effort if closed-form solutions are partially available.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권6호
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• pp.717-726
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• 2006

교량의 보강공법으로 주로 사용되는 외부강봉을 이용한 후인장공법은 적용범위가 넓고 교량의 극한 및 항복에 대한 강성을 증가시켜 휨 보강 효과가 뛰어나지만, 모재접합부의 응력집중, 비효율적인 하중분배, 고정앵커부설치, 유지관리의 어려움 등의 단점이 있다. 본 연구는 기존의 외부강봉을 이용한 후인장공법이 가지는 단점을 보완하고 강판접합공법의 장점을 접목한 새로운 개념의 보강공법으로 커버플레이트의 열변형 특성을 이용한 다단계 프리스트레싱 보강공법을 제안하고자 한다. 커버플레이트의 열변형 특성을 이용한 다단계 프리스트레싱 보강공법은 커버플레이트를 다단계로 가열하여 가열단계별로 거더의 하부플랜지에 고장력볼트로 접합한 뒤, 열원을 제거하여 발생하는 다단계 수축력을 보강에 필요한 프리스트레싱력으로 이용하는 보강공법이다. 커버플레이트의 다단계 프리스트레싱에 의한 보강효과는 커버플레이트의 온도분포와 가열구간에 따라 결정되므로 본 연구에서는 커버플레이트의 열전달 모형실험 및 강거더 모형 실험을 통하여 커버플레이트의 열전달해석과 프리스트레스 도입효과를 분석하였으며, 단경간 강거더 교량을 대상으로 제안된 보강공법의 효율성 및 적용성을 검토하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.36-44
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• 2019

본 연구의 목적은 강 - PC 복합모듈 골조를 구성하는 프레스 성형된 비대칭 기둥과 보 접합부의 구조적 성능을 평가하는 것이다. 모듈러 골조를 구성하는 대부분의 접합부는 폐쇄형의 사각형 강재 기둥 단면을 주로 사용한다. 폐쇄형의 기둥 단면을 사용한 기둥-보 접합부는 시공성을 감소시키고 내화성을 확보하는데 어려움이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 강판을 프레스로 성형하여 비대칭 개방형 단면 내에 콘크리트를 충진하는 것이다. 프레스 성형된 비대칭 기둥-보 접합부의 구조적 성능을 조사하기 위해 총 4개의 실험체를 제작하였다. 실험결과, 비대칭 기둥의 구조적 성능과 거동이 비대칭 기둥 단면이 합성되는지 또는 기둥의 폭-두께 비율에 따라 달라지는지를 보여주었다. 프레스 성형된 비대칭 기둥-보 접합부의 구조적 성능은 실험결과와 이론식을 비교하여 평가하였다.

• Restorative Dentistry and Endodontics
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• 제34권2호
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• pp.145-153
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• 2009

본 연구에서는 측정장치의 compliance유무가 복합레진의 중합수축응력 측정에 미치는 영향을 알아보았다. 변위센서, cantilever load cell과 부궤환 (negative feedback) 시스템을 적용하여 compliance를 허용하는 것과 허용하지 않는 두 가지 모드로 중합수축응력의 측정이 가능한 stress-strain analyzer를 제작하였다. 한 종의 flowable (Filtek Flow: FF) 복합레진과 두 종의 universal hybrid (Z100: Z1 and Z250: Z2) 복합레진이 사용되었다. Load cell의 끝과 base plate에 고정된 직경 3.0 mm의 금속 막대에 silane을 처리하였다. 1.0 mm의 거리로 고정한 두 개의 금속 막대 사이 에 복합레진을 적용한 후 광중합을 하였다. 복합레진의 수직 중합수축률과 중합수축응력을 10 분 동안 기록하였고 인장탄성계수도 구하였다. 통계처리는 일원분산분석과 paired t-test를 시행하였고 95% 유의수준에서 Tukey's test로 사후 검정하였다. 측정된 중합수축 응력은 재료와 compliance의 유무에 따라 큰 차이를 보였다. Compliance를 허용한 모드에서 중합수축응력은 FF: 3.11 (0.13)이 가장 컸으며 Z1: 2.91 (0.10), Z2: 1.94 (0.09) Mpa의 순서였다. 측정장치의 compliance를 허용하지 않은 경우에는 Z1 17.08 (0.89)이 가장 컸고 FF: 10.11 (0.29), Z2: 9.46 (1.63) MPa의 순이었다. 또한 Z1, Z2, FF의 인장탄성계수는 각각 2.31 (0.18), 2.05 (0.20), 1.41 (0.11) GPa 이었다. 중합수축응력은 compliance mode에서는 복합레진의 수직 중합수축률이 주요 영향 요인이었으며, compliance를 배제한 모드에서는 탄성계수의 효과가 지배적이었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.823-829
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• 2002

철근콘크리트 기둥-철골 보 합성골조는 철근콘크리트와 철골부재의 재료적인 장점을 살린 합리적인 구조물이나, 이질 재료간의 접합으로 인해 보-기둥 접합부의 설계와 해석에서는 많은 구조적인 문제점들이 생기게 된다. 이 연구에서는 철골 보의 하중이 콘크리트 기둥으로 원활히 전달되면서 현장 시공성이 우수한 새로운 형태의 합성골조 접합부의 형식을 제안하고자 한다. 이 연구에서 고안된 접합부는 H 형강을 반분한 T 형강을 시스템 내부 및 외부의 모든 응력 전달 요소를 연결하는 주요 요소로 하고, 보 플랜지의 인장력 전달을 위해 한 방향은 고강도 강봉을, 이와 직교하는 방향은 강재 연결판을 사용하였다. 스티프너보강된 ㄱ형강을 사용하여 보 플랜지의 인장력을 기둥면에 전달하도록 하였으며, T 형강에 용접된 전단 접합판을 보의 웨브와 고력볼트로 접합하여 전단력을 지지하도록 설계하였다. 이 연구에서는 보의 플랜지로부터 스티프너 보강된 ㄱ형강을 통해 강봉이나 연결판으로 전달되는 휨모멘트 전달성능을 확인하고자 구조성능 시험을 수행하였다. 시험체는 실제 보-기둥 접합부를 모델로 하여, 실물크기로 4개가 제작되었으며, 구조실험은 철골 보의 양 단부를 단순지지한 상태에서 기둥 중앙에 집중하중을 가해 보-기둥 접합부에 휨모멘트와 전단력을 작용시키는 방식으로 진행되었다. 실험결과, 이 연구에서 제안된 접합부는 현장 적용이 가능한 가공성과 운반성 및 시공성을 가지며, 철골 보-접합용 ㄱ형강 -연결용 강봉 및 연결판에 의한 응력전달이 매우 순조로운 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.631-639
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• 2013

이 연구에서는 기존에 수행된 시공성과 경제성이 향상되고 중진 지역에서 사용 가능한 새로운 프리캐스트 콘크리트 보-기둥 접합상세의 비선형 유한요소해석이 수행되었다. 해당 상세는 복합구조를 기반으로 함으로써 기둥 내에는 각관을 보유하고 있으며 보에는 강판이 매입되어 있는 복잡한 단면을 보유하고 있다. 또한 콘크리트와 강재뿐만 아니라 ECC라는 새로운 재료를 사용함에 따라 요소의 선택 및 재료모델의 결정에 대한 방법론을 제시하였다. 비선형 유한요소해석은 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 통해 수행되었으며 요소 및 재료 모델은 ABAQUS에서 제공하는 모델들을 사용하였다. 비선형 유한요소해석 결과 기 수행되었던 실험 결과에 유사하거나 보수적으로 평가함으로써 변수분석에 사용할 수 있을 것으로 판단하였다. 구축된 유한요소해석 모델을 통해 해당 상세의 성능에 대한 압축력의 영향, 휨강도비의 영향에 대해 분석하였다. 압축력의 경우 기둥 압축강도의 10~20%에서 가장 좋은 성능을 발휘할 수 있었으며, 휨강도비 1.2 이상에서 기둥의 항복 없이 보의 소성힌지를 유도할 수 있음을 확인하였다.