• Composites Research
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• 제20권2호
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• pp.21-26
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• 2007

이 논문은 합성섬유를 이용하여 포틀랜드 시멘트 모르타르를 보강한 복합재료인 ECC(Engineered Cementitious Composite)의 설계 과정과 건설현장에 이 복합재료를 적용할 수 있도록 시공성을 부여한 연구 내용을 정리하였다. 이 연구에서는 다양한 시공성, 즉 자기충전(self·consolidating)과 스프레이 시공성을 갖는 ECC를 제작하기 위하여 단계적인 재료 개발 방법론을 채택하였다. 우선 마이크로역학(micromechanics)과 안정상태균열이론(steady-state cracking theory)을 이용하여 골재와 섬유를 선정한 후, 굳기 전 재료의 레올로지를 제어하는 방법으로 시공성을 구현하였다. 여기서, 굳기 전 재료의 레올로지를 제어하기 위하여 화학첨가제(chemical admixtures)와 광물첨가재(mineral admixtures)의 양을 소량으로 조절하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법을 활용함으로써 굳기 전에는 다양한 시공성을 나타내면서, 굳은 후에는 높은 연성(인장변형경화 거동)을 나타내는 실용적인 ECC 복합재료를 개발하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권5호
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• pp.707-720
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• 2022

In the present work, bending and free vibration analyses of multilayered functionally graded (FG) graphene platelet (GPL) and fiber-reinforced hybrid composite beams are carried out using the parabolic function based shear deformation theory. Parabolic variation of transverse shear stress across the thickness of beam and transverse shear stress-free conditions at top and bottom surfaces of the beam are considered, and the proposed formulation incorporates a transverse displacement field. The present theory works only with four unknowns and is computationally efficient. Hamilton's principle has been employed for deriving the governing equations. Analytical solutions are obtained for both the bending and free vibration problems in the present work considering different variations of GPLs and fibers distribution, namely, FG-X, FG-U, FG-Λ, and FG-O for beams having simply-supported boundary condition. First, the matrix is assumed to be strengthened using GPLs, and then the fibers are embedded. Multiscale modeling for material properties of functionally graded graphene platelet/fiber hybrid composites (FG-GPL/FHRC) is performed using Halpin-Tsai micromechanical model. The study reveals that the distributions of GPLs and fibers have significant impacts on the stresses, deflections, and natural frequencies of the beam. The number of layers and shape factors widely affect the behavior of FG-GPL-FHRC beams. The multilayered FG-GPL-FHRC beams turn out to be a good approximation to the FG beams without exhibiting the stress-channeling effects.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권5호
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• pp.709-716
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• 2005

이 연구는 국내에서 상용 중인 재료를 이용하여 고인성 섬유복합 모르타르를 개발하고자 함에 목적이 있으며, 고인성 섬유복합 모르타르를 개발하기 위해서는 모르타르 매트릭스의 파괴역학(fracture mechanics)적 특성과 섬유-모르타르 경계 면의 마이크로역학(micromechanics)적 특성을 파악하여야 한다. 특히 시멘트계 재료(cementitious materials)의 역학적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 물-시멘트비(water cement ratio)에 대한 연구에 초점을 맞추었으며, 3가지의 물-시멘트비에 대하여 섬유의 인발실험(fiber pullout test)과 모르타르의 쐐기쪼갬실험(wedge splitting test)을 수행하였고 이를 통하여 모르타르 매트릭스와 섬유-매트릭스 경계면(interface)의 역학적인 특성을 파악하였다. 이러한 연구에 의하여 결정된 섬유-매트릭스 경계면의 마이크로역학적 특성과 모르타르의 역학적 특성을 이용하여 물-시멘트비 범위 및 재료의 기본 배합을 제시하였고 또한 마이크로역학과 안정상태 균열이론(steady-state cracking theory)을 배경으로 하여 1축인장 하에서 인장변형률 경화거동을 나타내는 고인성 섬유복합 모르타르를 개발하였다. 개발된 재료는 1축인장 하에서 변형률 경화거동을 나타내었으며, 변형능력은 최대 2.2% 이었다. 이와 같은 높은 변형 능력은 일반 콘크리트(또는 모르타르)의 약 100배에 해당된다. 또한 압축하에서는 압축강도 이후 응력-변형률 곡선이 완만하게 감소하는 연성파괴의 형태를 나타내었으며 28일의 압축강도는 보통강도 콘크리트의 강도에 해당되는 26MPa, 34MPa인 것으로 측정되었다.

• Composites Research
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• 제23권4호
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• pp.35-43
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• 2010

이 논문의 목적은 경량 충진재와 하이브리드 섬유를 사용하여 경량성과 인장변형 성능이 우수한 섬유보강 고강도 경량 시멘트 복합체(HFSLCC)를 개발하는 것이다. 이를 위하여 마이크로역학과 다수의 미세균열이 발생하기 위한 조건인 안정상태 균열이론을 바탕으로 시멘트 매트릭스의 파괴 특성과 섬유-시멘트 매트릭스 경계 특성을 파악하여 사용재료 및 최적 혼입률을 결정하였으며, 섬유 종류와 양에 따라 4가지 배합을 결정하였다. 4가지 배합으로 제조한 실험체는 실험을 통하여 역학적 특성(직접인장, 압축강도, 단위질량)을 검증하였다. 검증 결과 4가지 배합으로 제조한 모든 섬유보강 고강도 경량 시멘트 복합체는 변형률 경화거동을 보였으며, 역학 성능은 평균 변형률 약 3.0%, 최대인장강도 약 4.2MPa, 단위질량 및 압축강도는 각각 약 $1,660kg/m^3$와 57MPa를 나타내었다. 또한 PVA섬유 1.0%와 PE섬유 0.5%를 혼입한 경우 섬유 사용량이 적으면서 2.0% 섬유가 혼입된 복합체와 유사한 성능을 나타내었다.

• 한국재료학회지
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• 제11권5호
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• pp.372-377
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• 2001

Part I에서 도출된 기초 식을 적용하여 입자 분산 강화형, 섬유 강화형 및 적층형 복합재료의 유효탄성제수 및 열팽창계수를 산정 하였다. 일방향 섬유 강화 복합재료의 경우 섬유의 유효 축비 (aspect ratio)가 고려되었으며, 유효 탄성계수는 다른 연구 결과들과 비교하였다. 입자 분산 강화형 복합재료의 유효 체적탄성률 및 전단 탄성률은 Korner의 표식 및 Hanshin과 Shtrikman의 하한치 (lower bounds)와 일치하고 있다. 일방향 섬유 강화 복합재료에서는 6개, Hanshin과 Rosen의 모델에 나타낸 4개의 독립 탄성계수와 일치하고 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권1호
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• pp.55-63
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• 2012

이 연구에서는 타설 과정에서 낮은 점성이 요구되는 구조물에 적합한 낮은 점성을 가지면서 다중균열에 의한 변형률 경화거동을 보이는 고인성 섬유복합재료를 제조하기 위한 재료와 제조 방법을 제시하고자 한다. 섬유복합재료의 낮은 점성과 고인성을 얻기 위하여 미시역학과 파괴역학에 기반한 이론적 해석 방법과 제조 기법을 적용하였다. 2~3MPa 범위의 인장강도를 갖는 복합재료에 적합한 최적의 섬유 양과 길이, 그리고 섬유와 매트릭스의 계면 특성을 미시역학과 안정상태 균열 이론을 이용하여 해석적으로 구한 후 여섯 가지 배합을 결정하였다. 여섯 가지 배합으로 제조한 실험체는 실험을 통하여 점성과 일축인장 성능을 검증하였다. 실험 결과 굳기 전에는 그라우팅에 적합한 낮은 점성을 갖으면서 굳은 후에는 1.5% 이상의 고인성을 갖는 변형률 경화 섬유복합재료를 제조할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.89-100
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• 2007

본 논문과 함께 제출한 논문에서는 미시역학 기반의 새로운 탄소성 모델의 정식화에 대해 설명하였다. 본 논문에서는 사질토 변형의 탄성 및 탄소성 거동을 미시역학에 근거하여 자세히 분석하였다. 모델에 필요한 변수 평가를 위한 과정을 제시하였다. 등방 및 삼축 압축 시험에서 나타난 사질토의 탄성 거동을 분석한 결과, 직교 이방 탄성계수의 응력 종속성은 미시적 수직 강성에서 나타난 수직 접촉력의 거듭제곱 함수 형태가 반영되어 나타나며, 삼축 압축 응력 상태에서는 조직 이방성의 변화가 응력 종속성에 영향을 미침을 알 수 있었다. 미시역학적 해석을 통해 소성 변형이 매우 낮은 변형률 수준에서도 발현되며, 변형 중 사질토 강성의 비선형적 감소는 접촉점에서의 접선 방향 소성 변형에 의해 나타남을 밝혔다.

• Advances in nano research
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• 제14권4호
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• pp.375-389
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• 2023

In this study, free vibration analysis of functionally graded (FG) porous truncated conical shell panels reinforced by graphene platelets (GPLs) has been investigated for the first time. Additionally, the effect of three different types of porosity distribution and five different types of GPLs patterns on dynamic response of the shell are also studied. Halpin-Tsai micromechanical model and Voigt's rule are used to determine Young modulus, shear modulus and Poisson's ratio with mass densities of the shell, respectively. The main novelties of present study are: applying 3D elasticity theory and the finite element method in conjunction with Rayleigh-Ritz method to give more accurate results unlike other simplified shell theories, and also presenting a general 3D solution in cylindrical coordinate system that can be used for analyses of different structures such as circular, annular and annular sector plates, cylindrical shells and panels, and conical shells and panels. A convergence study is performed to justify the correctness of the obtained solution and numerical results. The impact of porosity and GPLs patterns, the volume of voids, the weight fraction of graphene nanofillers, semi vertex and span angles of the cone, and various boundary conditions on natural frequencies of the functionally graded panel have been comprehensively studied and discussed. The results show that the most important parameter on dynamic response of FG porous truncated conical panel is the weight fraction of nanofiller and adding 1% weight fraction of nanofiller could increase 57% approximately the amounts of natural frequencies of the shell. Moreover, the porosity distribution has great effect on the value of natural frequency of structure rather than the porosity coefficient.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권9호
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• pp.3176-3183
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• 2010

본 논문은 다축 하중을 받는 복합재 압력용기의 멀티 스케일 피로수명 예측 방법을 제시하였다. 멀티 스케일 접근법은 복합재료의 기본 구성재료인 섬유, 기지 및 섬유/기지 경계면의 거동으로부터 복합재 플라이, 적층판 및 구조물의 전체 거동을 예측한다. 멀티 스케일 피로수명은 거시적 응력 해석과 미시적 피로파손 해석을 통해 예측된다. 유한요소법을 이용하여 복합재 압력용기의 적층판에 가해지는 다축 피로하중을 구하며, 고전적층판이론을 이용하여 적층판의 플라이 응력을 계산하였다. 미소역학 모델을 이용하여 플라이 응력으로부터 각각 섬유, 기지 및 섬유/기지 경계면에 발생되는 응력을 계산하였다. 복합재 구성재료의 피로수명은 섬유에 대해서는 최대응력법을, 기지에 대해서는 등가응력법을, 섬유/기지 경계면에 대해서는 임계평면법을 사용하였다. 평균응력을 고려하기 위하여 수정된 Goodman 식을 적용하였다. 모든 피로하중에 의한 손상은 Miner 법칙을 이용하여 선형 누적이 되고, 이를 통해 최종 피로파손을 판단한다. 섬유와 기지의 물성값, 섬유체적비 및 와인딩 각도의 확률분포에 따른 복합재 압력용기의 피로수명 영향을 분석하기 위해 몬테카르로 시뮬레이션을 수행하였다.