• Steel and Composite Structures
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• 제6권6호
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• pp.459-477
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• 2006

A theoretical research project is undertaken to develop integrated analysis and design tools for long span composite beams in modern high-rise buildings, and it aims to develop non-linear finite element models for practical design of composite beams. As the first paper in the series, this paper presents the development study as well as the calibration exercise of the proposed finite element models for simply supported composite beams. Other practical issues such as continuous composite beams, the provision of web openings for passage of building services, the partial continuity offered by the connections to columns as well as the behaviour of both unprotected and protected composite beams under fires will be reported separately. In this paper, details of the finite elements and the material models for both steel and reinforced concrete are first described, and finite element studies of composite beams with full details of test data are then presented. It should be noted that in the proposed finite element models, both steel beams and concrete slabs are modelled with two dimensional plane stress elements whose widths are assigned to be equal to the widths of concrete flanges, and the flange widths and the web thicknesses of steel beams as appropriate. Moreover, each shear connector is modelled with one horizontal spring and one vertical spring to simulate its longitudinal shear and pull-out actions based on measured load-slippage curves of push-out tests of shear connectors. The numerical results are then carefully analyzed and compared with the corresponding test results in terms of load mid-span deflection curves as well as load end-slippage curves. Other deformation characteristics of the composite beams such as stress and strain distributions across the composite cross-sections as well as distributions of shear forces and slippages in shear connectors along the beam spans are also examined in details. It is shown that the numerical results of the composite beams compare well with the test data in terms of various load-deformation characteristics along the entire deformation ranges. Hence, the proposed analysis and design tools are considered to be simple and yet effective for composite beams with practical geometrical dimensions and arrangements. Structural engineers are strongly encouraged to employ the models in their practical work to exploit the full advantages offered by composite construction.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권1A호
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• pp.11-18
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• 2012

이 논문에서는 유리-에폭시 섬유 보강 복합재료판에 $K_I$ 과 $K_{II}$ 에 의한 혼합모우드 상태의 균열된 알루미늄판의 응력확대계수의 수치해석 산정을 다루고 있다. 응력확대계수 산정을 위한 가상균열닫힘법과 2단계 확장법이 고려된다. 에너지 방출률과 응력확대계수의 항으로 표현되는 파괴역학 매개변수 계산을 위하여, p-수렴 부분 층별모델이 채택된다. 고려되는 p-수렴 방식은 저매개변수 요소의 개념에 기초한다. 1개 층에 대해 가정된 변위장, 변위-변형률 관계, 그리고 3차원 구성방정식은 2차원과 1차원 고차 형상함수의 조합으로 정의된다. 고려되는 요소는 변위장의 보간과 수치적분을 수행하기 위해 로바토 형상함수와 가우스-로바토 적분법이 사용된다. 언급된 모델과 기법들을 사용하여, 경사각도의 변화에 따른 적층판 형상의 효과와 접착제의 강도가 팻치보강 시스템에 미치는 영향이 조사된다. 중립축 변화에 따른 팻치보강 적층판의 면외 휨 효과도 분석된다. 고려되는 모델의 정확성과 단순성 등에 관해서 응력확대계수, 응력분포, 자유도 수, 에너지 방출률 등의 항목을 가지고서 평가된다.

• 한국항해항만학회지
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• 제30권6호
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• pp.439-446
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• 2006

선체는 기본적으로 판부재들의 조합으로 구성되어 있으며 상당수는 유공판(Perforated plate)으로 이루어져있다. 선체에 설치된 유공판으로서는 선체 상갑판 해치(하역시설로 사용), 선저부의 거더와 플로어(중량경감과 선박 건조 및 검사시 통로확보용), 다이어프램(중량경감 및 파이프 관통의 목적)등이 있다. 이들 유공판에 압축하중이 작용하면 좌굴과 극한강도 특성이 크게 변화할 뿐만 아니라 수반되는 면내응력도재 분포하게 되어 심각한 문제를 발생한다. 실적선에서는 유공주위에 스티프너 보강을 통하여 취약한 좌굴강도 보완하고 있으며, 유공을 고려한 실선에서 사용 중인 유공보강판 모델을 적용하여 좌굴강도 및 극한강도를 파악할 필요성이 있다. 이와 같은 측면에서 각 조선소에서는 각국 선급들이 제시하는 유공판의 좌굴설계식을 사용하여 강도계산을 하고 있으나 임의의 유공크기에 대한 좌굴강도 및 극한강도 평가법을 찾기란 매우 어려운 일이다. 본 연구에서는 실선에서 사용 중인 유공보강판의 모델을 조사하여 비선형 유한요소법(ANSYS)을 사용하여 면내 압축하중이 작용하는 경우에 대해서 유공비, 웹 치수, 두께 그리고 보강재 단면을 변화시켜가며, 극한강도 시리즈 해석을 수행하고 압축극한강도에 미치는 영향을 검토하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.319-325
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• 2018

3D 프린팅 (적층 공정) 기술은 소재와 공정기술의 지속적인 연구개발을 토대로 초기 모형 제작 활용으로부터 현재는 산업현장의 양산형 부품 제작까지 그 쓰임새가 확대되고 있다. 3D 프린팅의 대표적인 고분자 소재로서 고강도 엔지니어링 플라스틱의 하나인 polyamide (폴리아미드) 계열의 소재는 제품의 경량화 및 내구성의 장점으로 자동차용 부품 제작에 주로 활용된다. 이번 연구에서는 적층기법 중 제작품의 물성이 우수한 선택적 레이저 소결 기법 (Selective Laser Sintering)을 적용하여 polyamide 12 (PA12) 및 글라스 비드 (glass bead) 보강 PA12 소재 2가지를 대상으로 시편을 제작하고 온도에 따른 굴곡특성을 분석하였다. 작업 플랫폼 기준으로 $0^{\circ}$, $45^{\circ}$, $90^{\circ}$ 방향으로 각 시편을 제작 후, $-25^{\circ}C$, $25^{\circ}C$, $60^{\circ}C$ 등 3개 시험온도 환경에서 굴곡 테스트를 진행하였다. 그 결과로, PA12 는 $-25^{\circ}C$ 에서 $90^{\circ}$ 제작 방향이, $25^{\circ}C$ 와 $60^{\circ}C$에서는 $0^{\circ}$ 제작방향이 최대 굴곡강도를 가졌다. 글라스비드 보강 PA12는 제작방향이 $0^{\circ}$인 겨우 모든 시험온도에서 최대 굴곡강도 값을 보였다. 두 소재의 서로 다른 굴곡강도 변화 경향은 굴곡시험시 발생하는 응력 종류에 따라 적층 레이어 평면 방향에 의한 영향이 서로 다르기 때문으로 판단된다.

• 화약ㆍ발파
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• 제38권1호
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• pp.30-37
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• 2020

본 연구에서는 암석의 인장강도를 측정하는 데 터진고리(split ring; SR) 형태의 시편(NX 코어)을 이용하는 굽힘시험법의 적용성을 검토하였다. SR 시험법은 반고리(half ring; HR) 형태의 시편을 이용하는 HR 시험법(Choi et al., 2019)과 개념적으로는 동일하지만 파괴면이 하중방향과 직교하는 특징이 있다. 이 직교성 때문에 SR 시험법은 HR 시험법보다 더 높은 정확성을 발휘할 수 있을 것으로 예상되었다. HR 시편과 마찬가지로 SR 시편은 균일단면을 가진 굽은 각봉이다. 이 특수한 각봉의 이론적 인장강도는 재료강도학의 굽힘이론으로부터 계산할 수 있다. 일련의 LS-DYNA 수치해석을 수행한 결과, 예상대로 인장형 및 압축형 SR 시험법의 강도오차는 1% 및 5%로서 HR 시험법의 오차(12%)에 비해 매우 낮게 나타났다. 두 SR 시험법의 성능을 확인하기 위하여 실내실험을 실시하였다. 비교를 위하여 HR 시험과 Brazilian 시험도 함께 수행하였다. 실험 결과, Brazilian 강도에 대한 인장형 및 압축형 SR 시험의 강도비는 각각 1.2~1.4 및 1.1~1.2로 나타났는데, 이는 통상적인 굽힘시험의 경험치에 비해 너무 작은 수치였다. 결과적으로 SR 시험은 NX 코어로 성형한 암석시편에 대해서는 실용성이 없는 것으로 판단하였다. 반면, HR 시험의 강도비는 선행연구와 본 연구를 통해 1.7~2.0의 범위에 속하여 높은 일관성을 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권9호
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• pp.1041-1050
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• 2011

미크론 단위의 크기를 갖는 구조물의 소성변형에서 나타나는 길이 효과를 고려하여 유한요소 해석을 하기 위하여 변형률 구배 소성이론을 이용하는 탄소성 유한요소 모델링 및 해석법을 제안하였다. 기존의 연구에서 주로 고차, 고자유도 및 혼합요소, 초 요소 등을 필요로 하였던 것에 비하여 본 논문에서는 이들을 배제하는 변위법 저차 평면 요소 및 삼차원 요소를 도입하였다. 이는 비선형 증분 해석의 프레임워크에서 계산된 소성 변형률의 절점 평균값으로 보간하여 적분점에서의 변형률 구배를 구하고 테일러 전위 모델에 의한 변형률 경화 구성방정식을 적용하므로서 가능하였다. 제안된 방법론은 선형 삼각 및 사각요소, 선형 사면체, 육면체 요소에 대해 적용되었으며 마이크로 굽힘, 마이크로 비틀림, 마이크로 기공과 같은 대표적인 길이 스케일 문제를 통하여 수치적으로 검증하였다. 본 논문에서 제안한 방법은 계산이 매우 쉬우면서도 실험값들과 비교해 볼 때, 변형률 구배 소성이론 즉, 길이 효과를 잘 나타내어 주었다.

• Composites Research
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• 제33권5호
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• pp.296-301
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• 2020

적층복합재는 면내 방향의 물성은 우수하지만 두께 방향의 물성이 취약하여 굽힘, 비틀림하중이 가해질 때 층간 분리(Delamination) 현상이 쉽게 나타난다. 층간 분리 현상을 지연하는 복합재의 두께 방향 물성 보강법으로는 Z-pinning, Stitching, Tufting 등이 있으며, 대표적으로 Z-pinning과 Stitching 공법을 많이 사용한다. Z-pinning 공법은 prepreg의 두께 방향으로 금속 핀이나 카본 핀을 적용하여 보강하는 공법이고, Stitching 공법은 프리폼에 상부 및 하부 섬유를 교차시켜 두께방향으로 기계적 강도를 향상시키는 방법이다. 본 논문에서는 Z-pinning과 Stitching 공법의 단점을 보완 및 개선한 I-fiber stitching 공법을 제안하였으며, 본 공법이 적용된 복합재 Single-lap joint의 정적 강도를 평가하였다. Single-lap joint 시편은 오토클레이브 진공백 공정을 사용하여 동시경화법으로 제작하였다. 복합재 시편 두께는 고정하였으며, Stitching 패턴(5×5, 7×7)과 삽입 각도(0°, 45°)를 변화시켜가며 총 5 종류의 시편을 제작하였다. 시험 결과, I-fiber stitching 공법을 적용한 시편의 파손하중은 보강하지 않은 시편의 파손하중 대비 최대 143% 증가하였다.

• 대한치과보철학회지
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• 제33권4호
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• pp.780-806
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• 1995

The purpose of this study was to describe the application of 3D finite element analysis to determine resultant stresses on the bone anchored fixed prosthesis, implants and supporting bone of the mandible according to fixture numbers and load conditions. 4 or 6 fixtures and the bone anchored fixed prosthesis were placed in 3D finite element mandibular arch model which represents an actual mandibular skull. A $45^{\circ}$ diagonal load of 10㎏ was labiolingually applied in the center of the prosthesis(P1). A $45^{\circ}$ diagonal load of 20㎏ was buccolingually applied at the location of the 10mm or 20mm cantilever posterior to the most distal implant(P2 or P3). The vertical distribution loads were applied to the superior surfaces of both the right and the left 20mm cantilevers(P4). In order that the boundary conditions of the structure were located to the mandibular ramus and angle, the distal bone plane was to totally fixed to prevent rigid body motion of the entire model. 3D finite element analysis was perfomed for stress distribution and deflection on implants and supporting bone using commercial software(ABAQUS program. for Sun-SPARC Workstation. The results were as follows : 1. In all conditions of load, the hightest tensile stresses were observed at the metal lates of prostheses. 2. The higher tensile stresses were observed at the diagonal loads rather than the vertical loads 3. 6-implants cases were more stable than 4-implants cases for decreasing bending and torque under diagonal load on the anterior of prosthesis. 4. From a biomechanical perspective, high stress developed at the metal plate of cantilever-to-the most distal implant junctions as a consequence of loads applied to the cantilever extension. 5. Under diagonal load on cantilever extension, the 6-implants cases had a tendency to reduce displacement and to increase the reaction force of supporting point due to increasing the bendign stiffness of the prosthesis than 4-implants cases. 6. Under diagonal load on cantilever extension, the case of 10mm long cantilever was more stable than that of 20mm long cnatilever in respect of stress distribution and displacement. 7. When the ends of 10mm or 20mm long cantilever were loaded, the higher tensile stress was observed at the second most distal implant rather than the first most distal implant. 8. The 6-implants cases were more favorable about prevention of screw loosening under repeated loadings because 6-implants cases had smaller deformation and 4-implants cases had larger deformation.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제2권2호
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• pp.25-31
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• 1974

포푸라와 일본잎갈나무는 속성조림 수종으로 적극 장려되고 있으나 구조용재로서 저재질인 까닭에 그 이용도가 제한되고 있다. 따라서 이들의 이용도 증진과 수요의 안정화를 위하여 대량으로 소비되는 일반 건축용재로 이용할 수 있는 형질의 개량과 강도 증진을 목적으로 임업시험장에서 1967년부터 포푸라와 일본잎갈나무의 집성재 제조조건을 구명하기 위하여 본 시험연구를 시작하여 현재까지 포푸라와 일본잎갈나무의 접착, scarf 접착성능과 실대형통직, 만곡 집성재의 제조조건 및 이 수종 구성집성재 제조에 의한 포푸라재의 집성강도 증진과 lamina 형질이 집성 강도에 마치는 영향을 구명한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 접착제 Resorcinol Plyophen #6000에 의한 미류(Populus deltoides)와 일본잎갈나무(Larix leptolepis)의 단일 수종, 이수종 접착성능, 방부처리, 미류의 접착성능과 미류와 일본잎갈나무의 scarf 접속 정착성능 및 방부처리, 마류의 scarf 접착성능을 구명한 결과 1.1 Block 전단 및 안장선단 시험에 의한 접착성능은 평균 목파율이 65%로 우수하였고, 미류는 촉단면이 경단면보다, 일본잎갈나무는 경단면이 촉단면 보다 접착성이 양호하였다(표 1, 2참조). 1. 2 방부제 Na-PCP는 resorcinol 수지 접착제의 접착력에 영향 하였으나 집성재 제조에 요구되는 접착력에는 영향하지 않았다(표 3, 4참조). 1. 3 Plane scarf joint 접착에 있어서 안전한 scarf비는 일본잎갈나무 1/12이상, 미류는 1/6이상이 요구되고 방부처리 미류의 plane scarf joint 접착의 안전 scarf 비도 무처리재와 같이 1/6 이상이 요구되었다(표 5, 6, 7 및 8참조). 2. 접착제 Resorcinol Plyophen #6000에 의한 미류와 일본잎갈나무의 단일 수종 및 이수종구성 집성재의 상대 접착력과 삶음반복 접착력 및 접착층의 박리시험에 의한 접착성능을 구명한 결과 2.1 실대형 통직, 만곡 집성재의 block 전단 상태 접착강도는 허용 최소상태 접착강도의 3배 이상이였으며 삶음반복 접착 강도는 상태접착 강도의 1/2로 감소 되었으나, 허용 최소 기준 삶음반복 접착강도의 2배 이상으로 실대형 내수 집성재 제조의 안전성이 확인되였다(표 9 및 10참조). 2.2 실대형 통직, 만곡집성재의 박리율은 미류, 이수종(일본잎갈나무+미류), 일본잎갈나무의 순으로 높았으나 최대치는 일본잎갈나무의 통직집성재(3.5%)로서 허용 최대 기준율보다 적었다.(표 11 참조) 3. urea 수지 접착제에 의한 이태리포푸라(Populus euramericana)와 일본잎갈나무의 단수종, 이수종 및 lamina 형질에 따른 5 ply 구성 통직 접성재의 휨강도 시험, 압축강도 시험에 의한 집성강도와 접착성능을 구명한 결과 3.1 집성강도가 요구되는 건축 구조용재를 목적으로 이태리포푸라와 일본잎갈나무의 이수종 구성 집성재를 제조할 때에는 수종 구성을 L(일본잎갈나무)+P(이태리포푸라)+L+P+L로 하는 것이 양호하였다.(표 12참조) 3.2 수심과 옹이를 가지는 lamina로 구성된 집성재의 경성 강도는 무결점 lamina로 구성된 집성재 강도보다 현저히 강도가 감소되므로 강도가 요구되는 구조용재로서의 집성재 제조에는 이들 결점 부재의 분산 집성이 필요하였다.(표 13참조) 3.3 실대형 통직 집성재의 FPL 전단 상태 접착강도는 허용 최소기준 상태 접착강도의 2배 이상으로 urea 수지접착제로서 이을 수종의 내장주조용 집성재 제조가 가능하였다.

• 척추신경추나의학회지
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• 제11권1호
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• pp.41-51
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• 2016

Objectives : This study is planned to classify Correlation between Cobbs Angle of Lumbar scoliosis and prevalence of Lumbar Intervertebral Disc. Methods : We Measured the lumbar scoliosis angle of the 114men and 91 women patients with lumbar pain in Bucheon Jaseng Korean Medicine Hospital. We use Cobb's angle method for measuring the lumbar scoliosis. And We use Magentic Resonance Imaging(MRI) for classifying the patient who has lumbar intervertebral disc or not. Results : 1.There was no statistical relation between the Cobbs angle and gender(P>0.05) 2.There was no statistical relation between the Cobbs angle and age(P>0.05) 3.There was significant relation between the direction of lumbar scoliosis and the direction of disc herniation(P<0.05) 4.There was no statistical relation between on the Cobbs angle and disc herniation. The more severe of lumbar scoliosis has not tendency of disc herniation. 5.There was no statistical relation between lumbar scoliosis Cobbs Angle on HIVD of L-spine patient and direction of disc herniation on horizontal plane. Conclusions : The direction of disc herniation has tendency of the opposite direction of lumbar scoliosis. When disc herniation, opposite side bending broad intervertebral foramen and reduce pressure.