• Tribology and Lubricants
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• 제22권3호
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• pp.119-126
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• 2006

In this paper, the contact behavior characteristics of a primary sealing components such as a seal ring and a seal seat has been presented for a small hydro-power turbine. Using the non-linear FEM analysis, the maximum temperature, the axial displacement, radial differences between a seal ring and a seal seat, and maximum contact normal stress have been analyzed for three optimized sealing profiles in which are designed based on the FEM analysis and Taguchi's experimental method. The three primary sealing profiles between a seal ring and a seal seat are strongly related to a leakage of a water for a hydro-power turbine and wear of a primary sealing component. The computed results show that the contact rubbing area between a seal ring and a seal seat is very important for reducing a friction heating and wear in a sealing gap, and increasing a contact normal stress in primary sealing components. Based on the FEM computation, models II and III in which have a small rubbing surface of seal rings show low dilatation of primary sealing components, and high normal contact stress between a seal ring and a seal seat. Thus, the FEM computed results recommend a short contacting width of a primary sealing component for reducing a leakage and thermal distortions, and expanding a seal life. This means that a conventional primary sealing component may be switched to a reduced sealing face of seal rings.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.335-358
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• 2020

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 통해 단층의 수리역학적 거동을 평가할 수 있는 수치해석 모델을 제안하였다. 이는 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task B의 일환으로 수행되었으며, 불투수성 암반 내 유체 주입으로 인한 단층의 재활성을 예측하고 주변 암반의 수리역학적 안정성을 평가할 수 있는 해석모델을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 본 연구에서는 TOUGH2 수리유동모델과 FLAC3D의 역학적 인터페이스 모델의 연동을 통해 단층의 역학적 거동을 보다 합리적으로 구현할 수 있는 해석기법을 제안하고, 벤치마크 해석과 스위스 Mont Terri 지하연구시설 현장시험에 적용하여 그 타당성과 유효성을 검증하였다. 개발된 해석 모델은 유체의 주입으로 인한 단층 내 압력 분포의 발달, 역학적 변형에 따른 수리간극의 변화, 변위와 응력 등 단층의 수리역학적 거동을 적절히 재현할 수 있는 것으로 나타났다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제71권6호
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• pp.699-712
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• 2019

The reinforced concrete lining of hydraulic pressure tunnels tends to crack under high inner water pressure (IWP), which results in the inner water exosmosis along cracks and involves typical hydro-mechanical interaction. This study aims at the development, validation and application of an indirect-coupled method to simulate the lining cracking process. Based on the concrete damage plasticity (CDP) model, the utility routine GETVRM and the user subroutine USDFLD in the finite element code ABAQUS is employed to calculate and adjust the secondary hydraulic conductivity according to the material damage and the plastic volume strain. The friction-contact method (FCM) is introduced to track the lining-rock interface behavior. Compared with the traditional node-shared method (NSM) model, the FCM model is more feasible to simulate the lining cracking process. The number of cracks and the reinforcement stress can be significantly reduced, which matches well with the observed results in engineering practices. Moreover, the damage evolution of reinforced concrete lining can be effectively slowed down. This numerical method provides an insight into the cracking process of reinforced concrete lining in hydraulic pressure tunnels.

• 터널과지하공간
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• 제28권5호
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• pp.400-425
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• 2018

본 논문에서는 국제공동연구인 DECOVALEX-2019 프로젝트 Task B의 연구결과와 현황을 소개하였다. Task B의 주제는 'Fault slip modelling'으로 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성(미끄러짐, 전단파괴)과 수리역학적 거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 1단계 연구는 참가팀들이 연구주제에 대해 숙지하고, 벤치마크 모델을 대상으로 단층의 투수특성과 역학적 거동의 상호작용을 모사할 수 있는 해석코드를 개발할 수 있도록 하는 준비 단계의 연구이다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 사용하여 물 주입으로 인한 단층의 수리역학적 연계거동을 모사하였다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 두 가지 수리간극모델에 대하여 수리역학적 커플링 관계식을 수치화하였으며, 연속체 요소(수리모델)와 인터페이스 요소(역학모델)의 거동을 연계할 수 있는 해석기법을 제시하였다. 또한, 단층의 역학적 변형(간극의 변화)으로 인한 수리물성 변화와 기하학적 변화(해석 메쉬의 변형)를 수리해석에 반영할 수 있는 해석기법을 개발하였다. 다양한 압력의 물을 단계적으로 주입하고 이로 인해 유도되는 단층의 탄성거동 및 전단파괴(미끄러짐)에 대해 살펴보았으며, 수리간극의 변화 양상과 원인, 압력 분포와 주입율의 관계 등을 면밀히 검토하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 미끄러짐 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있는 것으로 판단할 수 있었다. 본 연구의 해석모델은 Task B에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 연구의 현장시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 한국정밀공학회지
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• 제32권6호
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• pp.577-585
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• 2015

We fabricated multi-scale such as macro-, micro-, and multi-scale wrinkles by using repetitive volume dividing (RVD) method and thermal curing process. Also wrinkle surface was modified with coating of a self-assembled monolayer (SAM). We measured the contact angle of each wrinkled surface, and observed the behavior of droplets on sloping surface. Through experimental study, we found out that the contact angle was much higher in case of multi-scale and SAM coated wrinkles. And micro-scale wrinkle showed a high contact angle comparing with that of macro-scale wrinkle. Dynamic behaviors of a water droplet like sliding velocity on diverse wrinkled surfaces were dependent on their static contact angles. These results showed that hydro-dynamic characteristics were changed depending on the wrinkle structure and the material forming the wrinkle. These dynamic characteristics can be utilized in bio-chip, microfluidics, and many others in order to control easily chemical reactivity.

• 터널과지하공간
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• 제34권2호
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• pp.127-142
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• 2024

수치해석 기법의 강건성은 다양한 모델링 조건에서 계산 성능이 유지되는 것을 의미하며, 새로운 해석기법 또는 수치코드는 벤치마크 테스트를 통해 강건성이 평가될 필요가 있다. TOUGH-FLAC 모델링 기법은 국내외적으로 이산화탄소 지중저장, 사용후핵연료 지층처분, 지열 개발 등 다양한 분야에 적용되었으며, 실험 계측자료, 다른 수치코드들과의 결과 비교를 통해 모델링 유효성이 분석되었다. 본 연구에서는 해석해를 갖는 열-수리-역학적 복합거동 문제를 토대로 TOUGH-FLAC 기법의 벤치마크 테스트를 수행하였다. 적용된 해석해는 완전히 포화된 지반에 점열원 작용 시 주변매질의 온도, 간극수압, 역학적 거동과 관계되며, 해석해와 수치모사 결과를 비교하여 TOUGH-FLAC 기법의 강건성이 평가되었다. 또한, 열-수리-역학 해석의 연계항, 유체 상변화, 시간증분이 복합거동 계산에 미치는 영향을 조사하였다.

• 터널과지하공간
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• 제17권6호
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• pp.464-474
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• 2007

고준위폐기물처분장의 성능 및 안전성 향상을 위해서 공학적방벽(engineered barrier)에 대한 실증이 필요하다. 우리나라 기준처분시스템에 대한 엔지니어링 규모의 실험장치(KENTEX)를 제작 설치하고, 공학적방벽에서의 열-수리-역학적 거동 규명을 위한 실증실험을 수행하였다. KENTEX 실험은 2005년 5월 31일에 시작되어 현재 성공적으로 진행 중에 있으며, 지금까지 얻어진 실험결과로부터 공학적방벽에서의 열-수리-역학적 거동에 대한 중간결론을 얻을 수 있었다. 벤토나이트 블록 내 온도는 실험 시작 후 수 주 만에 정상상태에 도달하였고, 온도분포는 히터에 가까울수록 높고 멀어질수록 낮은 값을 보였다. 수분함량은 히터 쪽보다는 지하수가 유입되는 실린더 벽면 부근에서 높은 값을 가졌고, 건조-습윤 과정에 의한 벤토나이트 블록의 수화는 측정위치에 따라 달랐다. 실험기간 동안 벤토나이트 블록에 작용하는 압력은 블록의 포화도 (그 결과, 팽윤압)이 증가할수록 증가하였다. 히터 부근에서는 벤토나이트의 열응력이나 블록 공극 내 증기압도 중요한 역할을 하였다.

• 터널과지하공간
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• 제30권5호
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• pp.446-461
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• 2020

MX80 벤토나이트 펠렛에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 파악하고자 TOUGH2-FLAC3D 시뮬레이터를 이용하여 스페인 CIEMAT에서 수행된 컬럼 시험에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석에서는 실험실에서 사용된 것과 동일한 히터 파워와 물 주입압을 경계조건으로 설정하고 해석을 수행하였다. 사용된 열-수리 모델이 벤토나이트 펠렛의 복합거동 예측에 적용하기 적합한지 판단하기 위해 가열과 물 주입에 의한 벤토나이트 펠렛에서의 온도와 상대습도 변화를 시간 경과에 따라 잘 예측할 수 있는 지를 살펴보았다. 계산된 결과가 계측된 온도와 상대습도 변화 경향을 적절하게 재현 할 수 있었기 때문에 사용된 열-수리 모델은 벤토나이트 펠렛의 열-수리 복합거동을 예측하고 재현하기에 적절한 것으로 판단된다. 하지만, 물 주입 이후의 계산된 응력변화가 상대적으로 작고 느리게 변화되는 것으로 보아 사용된 탄성모델과 스웰링 모델에 한계점이 존재하는 것으로 보이며, 사용된 두 역학 모델로 완충재의 복잡한 열-수리-역학적 복합거동을 현실적으로 재현하기에 부족한 것으로 판단된다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2019년도 춘계학술논문요약집
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• pp.151-152
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• 2019

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제40권1호
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• pp.77-86
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• 2008

This paper describes the nonlinear analyses of a 1:4 scale model of a prestressed concrete containment vessel (PCCV) using an axisymmetric model and a three-dimensional model. These two models are refined by comparison of the analysis results and with testing results. This paper is especially focused on the analysis of behavior under pressure and the temperature effects revealed using an axisymmetric model. The temperature-dependent degradation properties of concrete and steel are considered. Both geometric and material nonlinearities, including thermal effects, are also addressed in the analyses. The Menetrey and Willam (1995) concrete constitutive model with non-associated flow potential is adopted for this study. This study includes the results of the predicted thermal and mechanical behaviors of the PCCV subject to high temperature loading and internal pressure at the same time. To find the effect of high temperature accident conditions on the ultimate capacity of the liner plate, reinforcement, prestressing tendon and concrete, two kinds of analyses are performed: one for pressure only and the other for pressure with temperature. The results from the test on pressurization, analysis for pressure only, and analyses considering pressure with temperatures are compared with one another. The analysis results show that the temperature directly affects the behavior of the liner plate, but has little impact on the ultimate pressure capacity of the PCCV.