• 열처리공학회지
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• 제36권2호
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• pp.77-85
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• 2023

In this study, the mechanical properties of the Al-Mg-X (X=Cr, Si) alloy, which clearly showed the influence of the specimen and grain size, were investigated by changing the specimen size extensively. In addition, the effect on the specimen size, grain size and aging condition on the mechanical properties of the grain refining alloy according to the addition of Cr was clarified, and the relationship between these factors was studied. As the specimen size decreased, the yield stress decreased and the fracture elongation increased. This change was evident in alloys with coarse grain sizes. Through FEM analysis, it was confirmed that the plastic deformation was localized in the parallel part of specimen S2. Therefore, when designing a tensile specimen of plate material, the W/L balance should be considered along with the radius of curvature of the shoulder. In the case of under-aged materials of alloys with coarse grain size, the fracture pattern changed from intergranular fracture to transgranular fracture as W/d decreased, and δ increased. This is due to the decrease in the binding force between grains due to the decrease in W. In the specimen with W/d > 40 or more, intergranular fracture occurred, and local elongation did not appear. Under-aged materials of alloys with fine grain size always had transgranular fracture over a wide range of W/d = 70~400. As W/d decreased, δ increased, but the change was not as large as that of alloys with coarse grain sizes. Compared to the under-aged material, the peak-aged material did not show significant dependence on the specimen size of σ_0.2 and δ.

• Tribology and Lubricants
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• 제39권5호
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• pp.167-172
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• 2023

Titanium alloys are widely recognized among engineering materials owing to their impressive mechanical properties, including high strength-to-weight ratios, fracture toughness, resistance to fatigue, and corrosion resistance. Consequently, applications involving titanium alloys are more susceptible to damage from unforeseen events, such as scratches. Nevertheless, the impact of microscopic damage remains an area that requires further investigation. This study delves into the microscopic wear behavior of α-titanium crystal structures when subjected to linear scratch-induced damage conditions, utilizing molecular dynamics simulations as the primary methodology. The configuration of crystal lattice structures plays a crucial role in influencing material properties such as slip, which pertains to the movement of dislocations within the crystal structure. The molecular dynamics technique surpasses the constraints of observing microscopic phenomena over brief intervals, such as sub-nano- or pico-second intervals. First, we demonstrate the localized transformation of lattice structures at the end of initialization, indentation, and wear processes. In addition, we obtain the exerted force on a rigid sphere during scratching under linear movement. Furthermore, we investigate the effect of the relaxation period between indentation and scratch deformation. Finally, we conduct a comparison study of nanoindentation between crystal and amorphous Ti substrates. Thus, this study reveals the underlying physics of the microscopic transformation of the α-titanium crystal structure under wear-like accidental events.

• Steel and Composite Structures
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• 제48권1호
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• pp.27-41
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• 2023

Under the long-term effect of corrosive environment, many cold-formed steel (CFS) structures have serious corrosion problems. Corrosion leads to the change of surface morphology and the loss of section thickness, which results in the change of instability mode and failure mechanism of CFS structure. This paper mainly investigates the elastic local buckling behavior of corroded CFS columns. The surface morphology scanning test was carried out for eight CFS columns accelerated corrosion by the outdoor periodic spray test. The thin shell finite element (FE) eigen-buckling analysis was also carried out to reveal the influence of corrosion surface characteristics, corrosion depth, corrosion location and corrosion area on the elastic local buckling behaviour of the plates with four simply supported edges. The accuracy of the proposed formulas for calculating the elastic local buckling stress of the corroded plates and columns was assessed through extensive parameter studies. The results indicated that for the plates considering corrosion surface characteristics, the maximum deformation area of local buckling was located at the plates with the minimum average section area. For the plates with localized corrosion, the main buckling shape of the plates changed from one half-wave to two half-wave with the increase in corrosion area length. The elastic local buckling stress decreased gradually with the increase in corrosion area width and length. In addition, the elastic local buckling stress decreased slowly when corrosion area thickness was relatively large, and then tends to accelerate with the reduction in corrosion area thickness. The distance from the corrosion area to the transverse and longitudinal centerline of the plate had little effect on the elastic local buckling stress. Finally, the calculation formula of the elastic local buckling stress of the corroded plates and CFS columns was proposed.

• 대기
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• 제34권2호
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• pp.153-176
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• 2024

At 0843 UTC 30 May 2021, a commercial aircraft encountered severe turbulence at z = 11.5 km associated with the rapid development of Mesoscale Convective System (MCS) in the Gyeonggi Bay of Korea. To investigate the generation mechanisms of Near-Cloud Turbulence (NCT) near the MCS, Weather Research and Forecasting model was used to reproduce key features at multiple-scales with four nested domains (the finest ∆x = 0.2 km) and 112 hybrid vertical layers. Simulated subgrid-scale turbulent kinetic energy (SGS TKE) was located in three different regions of the MCS. First, the simulated NCT with non-zero SGS TKE at z = 11.5 km at 0835 UTC was collocated with the reported NCT. Cloud-induced flow deformation and entrainment process on the downstream of the overshooting top triggered convective instability and subsequent SGS TKE. Second, at z = 16.5 km at 0820 UTC, the localized SGS TKE was found 4 km above the overshooting cloud top. It was attributed to breaking down of vertically propagating convectively-induced gravity wave at background critical level. Lastly, SGS TKE was simulated at z = 11.5 km at 0930 UTC during the dissipating stage of MCS. Upper-level anticyclonic outflow of MCS intensified the environmental westerlies, developing strong vertical wind shear on the northeastern quadrant of the dissipating MCS. Three different generation mechanisms suggest the avoidance guidance for the possible NCT events near the entire period of the MCS in the heavy air traffic area around Incheon International Airport in Korea.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.423-446
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• 2023

쉴드 TBM 터널 라이닝은 세그먼트와 링으로 분절되어 있다. 2-링 빔-스프링 모델은 세그먼트 라이닝의 링과 세그먼트의 연결부 경계조건을 통해 불연속성을 고려하며 단면 설계 시 주로 활용하는 모델링 방법이다. 그러나 3차원 해석이 필요한 경우 대체로 Segmentation에 대한 고려 없이 연속체 라이닝으로 간주하여 세그먼트 라이닝에 대한 응력과 변위를 검토하는 경향이 일반적이다. 본 연구는 세그먼트와 링의 접촉면에 Coulomb의 마찰 법칙에 근거한 Shell interface element를 적용하여 세그먼트 간 계면 거동하는 모델링으로 지진 시 세그먼트 라이닝의 응력과 변위에 대한 응답 특성을 연구한다. 세그먼트 라이닝은 건설 과정에서 Ovaling 변형이 발생된다. 국내 세그먼트 라이닝의 Ovaling 변형에 대한 관리 기준은 없다. 스웨덴이나 중국의 경우 내경 7.0 m의 라이닝인 경우 5~10‰의 Ovality 기준을 갖고 있으나 이는 현실적으로 실현하기 어려운 기준치이다. 본 연구는 Shell interface element를 활용한 세그먼트 라이닝 모델링을 통해 지진 시 라이닝에 발생되는 응력과 변위의 특성을 연속체 모델링 결과와 비교하여 Segmentation이 고려된 라이닝의 지진에 대한 응답 특성을 연구하고 이를 통해 세그먼트 라이닝의 Ovality 기준과 의미를 연구한다. 연속체 라이닝과 세그먼트 라이닝의 지진 시 응력과 변위의 분포 양상은 유사하였다. 그러나 응력과 변위의 최댓값은 세그먼트 라이닝과 차이를 보여주었다. Shell로 모델링 된 연속체 라이닝의 지진 시 응력 분포는 3차원 원통형 형상에 연속성을 갖는 응력 분포를 보이지만 세그먼트 라이닝은 분절된 세그먼트 외측으로 응력이 집중되었고 세그먼트와 링의 접촉면이 집중되는 위치에서 가장 큰 응력이 발생되었다. 이러한 단속적이고 국부적 응력 분포는 라이닝의 Ovality가 클수록 지진 시 더욱더 국부적 집중도가 커진다. 응력 분포가 급격하게 커지는 Ovality는 150‰ 정도에서 발생되기 시작했으며 그보다 작은 Ovality 에서는 원형 단면 라이닝에서 발생되는 응력보다 작은 응력이 발생되었다. 그러나 Ovality 150‰는 실제 라이닝에서 실현될 수 없는 비현실적 값이다. 따라서 세그먼트 라이닝의 Ovality는 심도에 따라 증가될 수 있으나 지진 하중에 대한 안정성에는 큰 영향을 미치지 않는다. 그러나 터널의 단면 확보 및 품질관리를 위해서는 Ovality에 대한 계측과 관리가 요구된다.

• 공업화학
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• 제10권5호
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• pp.639-643
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• 1999

동시중합방법으로 에폭시수지와 castor oil형 폴리우레탄수지로 상호침투고분자(IPNs)를 형성하였다. 사슬연장제인 1,4-butanediol (BD)가 가교제인 BD/trimethylolpropane(TMP)에 따라 두 종류의 폴리우레탄(PU)을 제조했다. PU가 증가함에 따라, BD를 사슬연장제로 사용한 PU/epoxy가 BD/TMP를 가교제로 사용한 PU/epoxy SINs보다 damping피크의 이동이 컸다. BDPU/epoxy SINs는 BD/TMP-PU/epoxy SINs에 비해 사용성이 좋았다. 이러한 두 구조에서, 사슬연장제와 가교제에 따라 PU/epoxy SINs의 특이한 netwok 형성이 상혼합의 정도를 변화시켰음을 가정하였다. PU의 사슬연장제의 종류가 IPNs의 상혼합을 결정하는 중요한 인자였다. BD/TMP-PU의 반응이 에폭시수지의 가교반응보다 빠를 때, 가교구조의 entanglement가 감소하여 상혼합정도가 감소하였다. 두 PU/epoxy SINs는 굴곡특성과 파괴인성이 증가하였다. BDPU/epoxy SINs와 BD/TMP-PU/epoxy SINs의 파괴단면에서 PU의 공동화에 의한 응력백화현상과 전단변형을 보였다.

• 한국분말재료학회지
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• 제9권6호
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• pp.394-408
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• 2002

Nanostructured high strength metastable Al-, Mg- and Ti-based alloys containing different amorphous, quasicrystalline and nanocrystalline phases are synthesized by non-equilibrium processing techniques. Such alloys can be prepared by quenching from the melt or by powder metallurgy techniques. This paper focuses on one hand on mechanically alloyed and ball milled powders containing different volume fractions of amorphous or nano-(quasi)crystalline phases, consolidated bulk specimens and, on the other hand. on cast specimens containing different constituent phases with different length-scale. As one example. $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$- based metallic glass matrix composites are produced by mechanical alloying of elemental powder mixtures containing up to 30 vol.% $Y_2O_3$ particles. The comparison with the particle-free metallic glass reveals that the nanosized second phase oxide particles do not significantly affect the glass-forming ability upon mechanical alloying despite some limited particle dissolution. A supercooled liquid region with an extension of about 50 K can be maintained in the presence of the oxides. The distinct viscosity decrease in the supercooled liquid regime allows to consolidate the powders into bulk samples by uniaxial hot pressing. The $Y_2O_3$ additions increase the mechanical strength of the composites compared to the $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$ metallic glass. The second example deals with Al-Mn-Ce and Al-Cu-Fe composites with quasicrystalline particles as reinforcements, which are prepared by quenching from the melt and by powder metallurgy. $Al_{98-x}Mn_xCe_2$ (x =5,6,7) melt-spun ribbons containing a major quasicrystalline phase coexisting with an Al-matrix on a nanometer scale are pulverized by ball milling. The powders are consolidated by hot extrusion. Grain growth during consolidation causes the formation of a micrometer-scale microstructure. Mechanical alloying of $Al_{63}Cu_{25}Fe_{12}$ leads to single-phase quasicrystalline powders. which are blended with different volume fractions of pure Al-powder and hot extruded forming $Al_{100-x}$$(Al_{0.63}Cu_{0.25}Fe_{0.12})_x$ (x = 40,50,60,80) micrometer-scale composites. Compression test data reveal a high yield strength of ${\sigma}_y{\geq}$700 MPa and a ductility of ${\varepsilon}_{pl}{\geq}$5% for than the Al-Mn-Ce bulk samples. The strength level of the Al-Cu-Fe alloys is ${\sigma}_y{\leq}$550 MPa significantly lower. By the addition of different amounts of aluminum, the mechanical properties can be tuned to a wide range. Finally, a bulk metallic glass-forming Ti-Cu-Ni-Sn alloy with in situ formed composite microstructure prepared by both centrifugal and injection casting presents more than 6% plastic strain under compressive stress at room temperature. The in situ formed composite contains dendritic hcp Ti solid solution precipitates and a few $Ti_3Sn,\;{\beta}$-(Cu, Sn) grains dispersed in a glassy matrix. The composite micro- structure can avoid the development of the highly localized shear bands typical for the room temperature defor-mation of monolithic glasses. Instead, widely developed shear bands with evident protuberance are observed. resulting in significant yielding and homogeneous plastic deformation over the entire sample.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권1호
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• pp.99-106
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• 2013

고속 비상체에 의한 충격을 받는 콘크리트는 그 충격력에 의해 관통, 표면관입 및 배면박리뿐만 아니라 균열의 확산에 의해 나타나는 국부적인 파괴 등 정하중을 받을 때와 다른 파괴거동을 보인다. 이러한 콘크리트의 파괴거동은 비상체의 재료적 특성, 충돌속도, 질량 및 기하학적 구조뿐만 아니라 콘크리트의 재료적 특성, 시험체의 크기 및 두께, 보강재료 및 방법 등 다양한 요인에 의해 영향을 받는다. 이 연구에서는 콘크리트 재료의 압축강도에 따른 표면관입깊이 및 배면박리성상에 대하여 평가하고, 섬유보강에 의한 배면박리억제효과에 대하여 검토하고자 하였다. 그 결과 압축강도의 증가로 인하여 표면관입깊이는 감소하였으며, 이 연구 범위의 결과는 수정 NDRC식 및 US ACE식과 유사한 경향을 나타냈다. 반면, 배면박리억제에 있어 압축강도 증가에 의한 영향은 확인할 수 없었으며, 섬유보강에 의한 인성의 향상을 통하여 배면박리를 억제할 수 있었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제23권1호
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• pp.1-12
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• 2020

섭입 및 열개와 같이 대변형을 수반하는 지구동역학적 현상 발생은 암석권의 국지적인 약대의 발달이 필요하다. 이러한 약화 기작 중 하나인 전단열은 암석권의 온도를 국부적으로 높여 강도를 낮추는 역할을 하여 암석권 파괴를 촉진시킬 수 있다. 본 연구에서는 전단열에 대한 정량적인 분석을 위하여 2차원 탄소성 인장 분지 모형을 제작하여 기존 수치 모사 연구를 벤치마크하였다. 암석권의 항복강도, 인장 속도, 변형량- 및 온도-의존성 약화 현상 등을 조절하여 전단열 발생량에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 결과, 약화를 고려하지 않은 경우 전단열의 발생량은 암석권의 항복강도 및 인장 속도와 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 기준 모형인 항복강도 100 MPa, 인장 속도 2 cm/yr로 설정된 경우, 총 20 km 인장된 시점(0.025의 변형률)에서 ~ 50 K의 온도 상승을 보여주었다. 소성 변형 및 온도에 따른 약화가 포함된 경우에는, 더 효율적인 약화 기작이 더 강한 전단열의 생성으로 이어지는데 이러한 현상은 약화 기작과 전단열 발생 사이에 양성되먹임이 작용함을 지시한다. 또한 변형 초기에 급격한 전단열 발생량을 보여주지만, 변형이 지속되어 암석권의 강도가 약화되면 전단열 발생 속도가 최대 ~ 80% 감소했다. 이는 약화 기작이 포함된 경우 전단열은 비교적 손상되지 않은 상태인 암석권의 강도에 큰 영향을 미침을 시사한다.

• 한국지리정보학회지
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• 제23권4호
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• pp.234-252
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• 2020

계측기기만을 이용한 현장 상황대응의 재래적 방식에서 벗어나 온라인 '첨단기술(Hi-Technology)'과 오프라인의 '직관적 경험(Hi-Experience)'을 융합한 하이브리드(Hybrid) 재해관리 기법의 유효성을 검증하였다. 이를 위해 대상 현장에 매설된 상시 계측기 GNSS(RTK) 5대를 지상기준점(Ground Control Point, GCP)으로 사용하였다. 또한, 인근 지점에 크기 불변 특징점(Scale Invariant Feature Transform, SIFT) 4곳을 추출하여 검사점(Control Point, CP)으로 활용하였다. 이를 통해 현장 실측치와 드론기반 3차원 측정 결과치와의 정확도를 각 좌표값의 차이의 평균제곱근오차(Root Mean Square Error)를 이용하여 분석하였다. 결과적으로 드론에 의해 획득된 3차원 수치 모델을 정밀하게 후처리 분석함으로써 피사체의 모든 지형지물이 변위추적의 객체로 활용할 수 있음을 확인할 수 있었다. 포인트 클라우드(Point cloud) 기반의 3-D 수치 영상은 현장 그대로의 모습을 초실감, 고정도 가시화 함으로서 직관적인 경험에 공감할 수 있는 친화적인 솔루션을 제공하며, 단순 신호처리 기반의 계측기기 하드웨어 중심의 재해관리를 탈피해 인명피해/예산 절감 등 비탈면 유지관리에 최적의 플랫폼을 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 특정 위치에 설치된 특정지점(Pin-point) 센서에 의존한 국지적인 정보의 한계를 뛰어넘어 기술생산 중심에서 재난관리의 중심으로 신속하게 전환될 수 있는 매개체가 될 것으로 기대한다.