• Steel and Composite Structures
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• 제38권1호
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• pp.103-120
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• 2021

This research examines the eccentric compression performance of composite columns composed of recycled aggregate concrete (RAC)-filled square steel tube and profile steel. A total of 17 specimens on the composite columns with different recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage, RAC strength, width to thickness ratio of square steel tube, profile steel ratio, eccentricity and slenderness ratio were subjected to eccentric compression tests. The failure process and characteristic of specimens under eccentric compression loading were observed in detail. The load-lateral deflection curves, load-train curves and strain distribution on the cross section of the composite columns were also obtained and described on the basis of test data. Results corroborate that the failure characteristics and modes of the specimens with different design parameters were basically similar under eccentric compression loads. The compression side of square steel tube yields first, followed by the compression side of profile steel. Finally, the RAC in the columns was crushed and the apparent local bulging of square steel tube was also observed, which meant that the composite column was damaged and failed. The composite columns under eccentric compression loading suffered from typical bending failure. Moreover, the eccentric bearing capacity and deformation of the specimens decreased as the RCA replacement percentage and width to thickness ratio of square steel tube increased, respectively. Slenderness ratio and eccentricity had a significantly adverse effect on the eccentric compression performance of composite columns. But overall, the composite columns generally had high-bearing capacity and good deformation. Meanwhile, the mechanism of the composite columns under eccentric compression loads was also analysed in detail, and the calculation formulas on the eccentric compression capacity of composite columns were proposed via the limit equilibrium analysis method. The calculation results of the eccentric compression capacity of columns are consistent with the test results, which verify the validity of the formulas, and the conclusions can serve as references for the engineering application of this kind of composite columns.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제13권1호
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• pp.493-510
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• 2021

Mineral wool is an insulation material commonly used in passive fire protection (PFP) systems on offshore installations. Insulation materials have only been considered functional materials for thermal analysis in the conventional offshore PFP system design method. Hence, the structural performance of insulation has yet to be considered in the design of PFP systems. However, the structural elements of offshore PFP systems are often designed with excessive dimensions to satisfy structural requirements under external loads such as wind, fire and explosive pressure. To verify the structural contribution of insulation material, it was considered a structural material in this study. A series of material tensile tests was undertaken with two types of mineral wool at room temperature and at elevated temperatures for fire conditions. The mechanical properties were then verified with modified methods, and a database was constructed for application in a series of nonlinear structural and thermal finite-element analyses of an offshore bulkhead-type PFP system. Numerical analyses were performed with a conventional model without insulation and with a new suggested model with insulation. These analyses showed the structural contribution of the insulation in the structural behaviour of the PFP panel. The results suggest the need to consider the structural strength of the insulation material in PFP systems during the structural design step for offshore installations.

• Steel and Composite Structures
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• 제39권4호
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• pp.401-417
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• 2021

This study experimentally reveals the influence of welding on grade S690Q high strength steel (HSS) butt joints from both micro and macro levels. Total eight butt joints, taking plate thickness and welding heat input as principal factors, were welded by shielded metal arc welding. In micro level, the microstructure transformations of the coarse grain heat affected zone (CGHAZ), the fine grain heat affected zone (FGHAZ) and the tempering zone occurred during welding were observed under light optical microscopy, and the corresponding mechanical performance of those areas were explored by micro-hardness tests. In macro level, standard tensile tests were conducted to investigate the impacts of welding on tensile behaviour of S690Q HSS butt joints. The test results showed that the main microstructure of S690Q HSS before welding was tempered martensite. After welding, the original microstructure was transformed to granular bainite in the CGHAZ, and to ferrite and cementite in the FGHAZ. For the tempering zone, some temper martensite decomposed to ferrite. The performed micro-hardness tests revealed that an obvious "soft layer" occurred in HAZ, and the HAZ size increased as the heat input increased. However, under the same level of heat input, the HAZ size decreased as the plate thickness increased. Subsequent coupon tensile tests found that all joints eventually failed within the HAZ with reduced tensile strength when compared with the base material. Similar to the size of the HAZ, the reduction of tensile strength increased as the welding heat input increased but decreased as the thickness of the plate increased.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제86권3호
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• pp.291-309
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• 2023

This paper addresses the finite element modeling of functionally graded porous (FGP) beams for free vibration and buckling behaviour cases. The formulated finite element is based on simple and efficient higher order shear deformation theory. The key feature of this formulation is that it deals with Euler-Bernoulli beam theory with only three unknowns without requiring any shear correction factor. In fact, the presented two-noded beam element has three degrees of freedom per node, and the discrete model guarantees the interelement continuity by using both C⁰ and C¹ continuities for the displacement field and its first derivative shape functions, respectively. The weak form of the governing equations is obtained from the Hamilton principle of FGP beams to generate the elementary stiffness, geometric, and mass matrices. By deploying the isoparametric coordinate system, the derived elementary matrices are computed using the Gauss quadrature rule. To overcome the shear-locking phenomenon, the reduced integration technique is used for the shear strain energy. Furthermore, the effect of porosity distribution patterns on the free vibration and buckling behaviours of porous functionally graded beams in various parameters is investigated. The obtained results extend and improve those predicted previously by alternative existing theories, in which significant parameters such as material distribution, geometrical configuration, boundary conditions, and porosity distributions are considered and discussed in detailed numerical comparisons. Determining the impacts of these parameters on natural frequencies and critical buckling loads play an essential role in the manufacturing process of such materials and their related mechanical modeling in aerospace, nuclear, civil, and other structures.

• Advances in materials Research
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• 제11권2호
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• pp.121-146
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• 2022

In the recent years, the use of agricultural waste in green cement mortar and concrete production has attracted considerable attention because of potential saving in the large areas of landfills and potential enhancement on the performance of mortar. In this research, microparticles of palm oil fuel ash (POFA) obtained from a multistage thermal and mechanical treatment processes of raw POFA originating from palm oil mill was utilized as a pozzolanic material to produce high-performance cement mortar (HPCM). POFA was used as a partial replacement material to ordinary Portland cement (OPC) at replacement levels of 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40% by volume. Sand with particle size smaller than 300 ㎛ was used to enhance the performance of the HPCM. The HPCM mixes were tested for workability, compressive strength, ultrasonic pulse velocity (UPV), porosity and absorption. The results portray that the incorporation of micro POFA in HPCMs led to a slight reduction in the compressive strength. At 40% replacement level, the compressive strength was 87.4 MPa at 28 days which is suitable for many high strength applications. Although adding POFA to the cement mixtures harmed the absorption and porosity, those properties were very low at 3.4% and 11.5% respectively at a 40% POFA replacement ratio and after 28 days of curing. The HPCM mixtures containing POFA exhibited greater increase in strength and UPV as well as greater reduction in absorption and porosity than the control OPC mortar from 7 to 28 days of curing age, as a result of the pozzolanic reaction of POFA. Micro POFA with finely graded sand resulted in a dense and high strength cement mortar due to the pozzolanic reaction and increased packing effect. Therefore, it is demonstrated that the POFA could be used with high replacement ratios as a pozzolanic material to produce HPCM.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제10권3호통권36호
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• pp.423-435
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• 1998

본 연구에서는 기존의 강교에서 흔하게 발견되고 있는 맞대기 용접부의 용입불량으로 인한 부재의 피로강도 저하도를 정량적으로 평가하고자 하였다. 이를 위하여 강교량의 재료로 널리 사용되고 있는 SWS490강으로 제작된 완전용입 및 용입깊이가 서로 다른 불완전용입 맞대기 용접시험편을 대상으로 일정진폭하중시험을 수행하여 S-N선도를 산출하고 이를 비교 검토하였으며, 파괴역학적 방법을 이용하여 불완전용입 용접재의 피로수명을 계산하였다. 본 연구의 결과로서, 완전용입 용접재의 경우 AASHTO의 피로강도등급선도와의 비교에서 피로한도값은 A등급보다 높은 값을 보였고, S-N선도의 기울기는 5.57로 매우 높게 나타났다. 불완전용입 용접재의 경우 불완전용입깊이 D가 증가함에 따라 피로강도가 감소하는데, D=14.7mm인 경우 AASHTO의 E'등급보다 낮게 나타난다. 불완전용입 용접재의 파손거동에서 피로균열은 내부 용접루트 선단부에서 a/c가 매우 작은 반타원형 표면균열의 형태로 발생하고, 시험체의 두께방향으로 진전하여 최종파손을 유발한다. 파괴역학적 방법을 이용한 불완전용입 용접재의 피로수명을 평가하기 위하여 3차원 반타원형 균열형상에 대한 응력확대계수 K를 유한요소해석으로 구하였다. 여기서 얻어진 K값과 실험으로 얻어진 Paris식의 상수를 이용하여 불완전용입 용접재의 피로수명을 계산하여 비교하였다. 그리고 실제 불완전용입 맞대기용접부의 파손으로 붕괴사고가 발생한 성수대교의 수직재에 본 연구결과를 적용하여 피로수명을 계산해 보았다.

• 대한기계학회논문집
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• 제16권11호
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• pp.2150-2158
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• 1992

본 연구에서는 복잡한 유동형태를 지닌 충돌분사류에 대한 유동특성을 연구하 기 위하여 단순화된 실험모델로써 형상이 동일한 두 원형분류의 충돌에 의한 충돌분류 의 혼합현상 및 유동구조 등을 질량유량비의 변화에 따라 유체역학적으로 구명하고자 하였으며, 본 연구 결과는 연소기관에서의 연소효율 증대 및 구조개선등의 공학적 응 용을 위한 기본자료로 활용하고, 이론적 연구에 의한 난류의 유동구조 및 유동특성 에 대한 타당성 입증과 이론적 모델의 보완을 위한 실험자료로 이용하고자 한다. 충돌유동에 영향을 미치는 주요인자는 노즐직경, 충돌각, 충돌질량유량비, 온도, 밀도 등이며, 이 인자들 중에서 충돌질량유량비와 출돌각이 충돌후 형성되는 난류혼합유동 에 지배적인 영향을 미치므로, 본 연구에서는 두 원형분류의 충돌질량유량비를 가변할 수 있는 장치를 고안하였으며, 두 분류의 충돌각을 45˚로 고정하고, 고속측과 저속측 노즐의 질량유량비를 1.0, 0.8, 0.6, 0.4로 설정하여 질량유량비에 따른 혼합 유동구 조의 구명을 위한 실험적인 연구를 수행하였다. 충돌후의 혼합유동의 특성을 연구하 기 위하여 유동중심궤적, 유동반폭, 유동단면, 2차원 및 3차원 유동장, 평균속도분포 등을 온라인 컴퓨터시스템을 이용하여 측정분석하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제21권1호
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• pp.62-68
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• 2001

인공해수에서 HT-60강 용접부의 응력부식균열(SCC)과 음향방출(AE)신호특성을 알아보기 위하여 SCC외 AE실험을 동시에 실시하였으며, 양 실험결과를 상호 비교 분석하였다. 모재의 경우, -0.8V에서 보다 긴 파단수명을 보였고, 용해기구 등으로 인하여 -0.8V에 비해 -0.5V에서 AE가 많이 발생하였다. 그러나 시험편에 가해진 전위 값에 관계없이 최대하중 이후의 영역에서 AE 발생 수는 감소하였다. 용접재의 경우, 모재 및 후열처리재와는 달리 용접부의 특이성 때문에 많은 AE 발생과 큰 진폭의 범위$(40{\sim}100dB)$를 나타내었으며 최대하중 이후에도 AE 발생이 활발하였다. 또한, 보다 크고 많은 균열이 파단면에 형성되었음을 SEM관찰을 통하여 관찰할 수 있었으며, 이들 결과로부터 용접부는 인공해수에서 SCC현상이 가장 심하게 일어나고 있음을 확인할 수 있었다. 후열처리는 용접부의 연화를 초래하였고, 용접재에 비해 부식환경에 대한 민감도를 떨어뜨리는 효과를 가져왔다.

• 한국재료학회지
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• 제10권8호
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• pp.569-574
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• 2000

고온구조용 재료로의 사용이 기대되는 $Al_3Hf$ 및 $Al_3Ta$ 금속간화합물의 연성을 향상시키기 위하여 SPEX mill을 이용한 기계적합금화시 $Ll_2$ 상의 생성거동과 이에 미치는 제 3 원소의 영향을 조사하였다. Al-25%Hf 혼합분말의 경우에는 기계적합금화 6시간부터 $Ll_2$$Al_3Hf$ 금속간화합물의 생성되었으나, Al-25%Ta의 경우에는 30시간까지도 $D0_{22}$ $Al_3Ta$ 금속간화합물만 생성되었고, $Ll_2$상은 생성되지 않았다. Al-12.5%M-25%MTa(M = Cu, Zn, Mn, Fe, Ni) 조성으로 제 3 원소를 첨가하여 20시간 동안 기계적합금화한 결과 Cu과 Zn의 경우에는 $D0_{22}$ 구조 금속간화합물만 생성되었고, Mn, Fe, Ni을 첨가한 경우에는 $600^{\circ}C$에서 등온열처리 후 D0(sub)22상으로 상변태되는 비정질상이 생성된 것으로 보아 이러한 제 3 원소의 첨가는 Cu와 Zn를 첨가한 경우에는 2원계와 마찬가지로 $Ll_2$상과 $D0_{22}$ 상간의 에너지 차이를 극복하기 못한 것으로 생각된다 한편, Al-12.5%M-25%Hf조성으로 Cu과 Zn를 첨가한 경우게는 2원계와 마찬가지로 $Ll_2$구조의 금속간화합물이 생성되었으나, Mn, Fe, Ni을 첨가한 경우에는 Al-12.5%M-25%MTa(M = Cu, Zn, Mn, Fe, Ni) 계와 같이 비정질이 생성된 것으로 보아 Ni, Nn, Fe는 $AL_3X$ 금속간화합물을 비정질화시키는 경향이 강한 것으로 생각된다.로 생각된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제29권5호
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• pp.473-478
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• 2009

본 연구에서는 비파괴법을 이용하여 압력용기 강 다층용접부에서 채취한 표준 샤르피 시험편의 균열선단에서 형성되는 소성변형 거동을 평가하였다. 모재, 후열처리재 및 용접재를 대상으로 시험편에 기계적인 노치를 가공한 후 예균열(pre-crack)을 낸 다음 4점 굽힘실험과 음향방출(acoustic emission: AE)실험을 동시에 실시하였다. 균열선단은 용접재외 후열처리재의 경우 용융선 근처에 위치하도록 하였다. 하중이 가해짐에 따라 균열선단에서 형성되는 소성영역의 크기는 응력확대계수를 이용하여 구했으며, 각 시험편에 대한 소성역의 크기와 음향방출 특성과의 관계는 축적된 AE 에너지 관점에서 고찰하였다. 시험편에 관계없이 탄성역역에서는 거의 AE신호가 감지되지 않았으며, 대부분의 AE신호는 소성변형 과정에서 발생하였다. 또한, 용접재가 모재와 후열처리재에 비해 AE신호가 훨씬 많이 발생하였다. 모재와 후열처리재 및 용접재의 균열선단에서 소성영역 크기와 축적된 AE에너지와의 관계는 현저히 다르게 나타났으며, 용접재의 AE counts는 모재와 후열처리재에 비해 많이 발생하였다.