• 제목/요약/키워드: Micromechanics

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계면 결합력과 나노튜브의 응집에 따른 나노튜브/고분자 복합재의 탄소성 거동 예측에 대한 연구 (A Study on the Prediction of Elastoplastic Behavior of Carbon Nanotube/Polymer Composites)

  • 양승화;유수영;류정현;조맹효
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제26권6호
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    • pp.423-430
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    • 2013
  • 본 연구에서는 탄소나노튜브와 폴리프로필렌 기지 간 계면결합력과 나노튜브의 국부적 응집에 따른 나노복합재의 탄소성 거동 변화에 대한 파라메트릭 연구를 수행한다. 나노복합재의 탄소성 거동 예측을 위해 분자동역학 전산모사를 수행하고, 분자동역학 결과와 Mori-Tanaka 모델을 적용한 비선형 미시역학 모델을 연계하여 나노복합재 내 흡착계면의 탄소성 거동을 역으로 도출하는 2단계 영역분할 기법을 적용하였다. 미시역학 모델에서는 시컨트 계수방법을 Mori-Tanaka 모델에 적용하여 나노복합재의 비선형 거동을 예측하는 방법을 적용하였으며, 나노튜브와 기지 간 재료계면의 불완전 결합을 고려하기 위해 변위 불연속 조건을 적용하였다. 흡착영역을 고려한 미시역학 모델을 통해 흡착계면의 유무 및 재료계면 결합력 변화 그리고 나노튜브의 국부적 응집현상에 따른 나노복합재의 응력-변형률 관계를 예측하였다. 그 결과 나노튜브의 국부적 응집이 나노복합재의 강화효과를 저하시키는 가장 중요한 변수임을 확인하였다.

전단 대변형을 고려한 유연직물복합재료 해석 (Analysis of Flexible Textile Composites with Large Shear Deformation)

  • 서영욱;우경식;강왕구
    • 한국항공우주학회지
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    • 제36권8호
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    • pp.734-739
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    • 2008
  • 본 논문에서는 미시 및 중시 역학의 2-단계 해석 전략을 채택하여 유연직물 복합재료의 기계적 거동을 예측하였다. 미시역학에서는 섬유다발의 유효물성치를 계산하였고 그 결과를 이용해 중시역학에서 유연직물복합재료의 인장탄성계수를 예측하였다. 중시역학 해석 과정에서는 섬유다발의 회전 및 전단 대변형에 의한 기하학적 비선형성을 고려하기 위하여 사용자 정의 부프로그램을 개발하여 ABAQUS 내에 삽입하였다. 해석결과, 인장하중을 받는 유연직물복합재료의 응력-변형률은 비선형 거동을 보였고, 계산된 유효탄성계수는 시험값과 잘 일치하는 것으로 나타났다.

마이크로 역학과 레올로지 제어에 의한 고인성 섬유복합재료 ECC(Engineered Cementitious Composite)의 다양한 타설 공정 구현 (Facilitation of the Diverse Processing of High Ductile ECC (Engineered Cementitious Composite) Based on Micromechanics and Rheological Control)

  • 김윤용;김정수
    • 한국농공학회논문집
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    • 제47권5호
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    • pp.27-39
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    • 2005
  • In the recent design of high ductile fiber-reinforced ECC (engineered cementitious composite), optimizing both processing and mechanical properties for specific applications is critical. This study presents an innovative method to develop new class ECCs, which possess the different fluid properties to facilitate diverse types of processing (i.e., self-consolidating or shotcrete processing) while maintaining ductile hardened properties. In the material design concept, we employ a parallel control of fresh and hardened properties by using micromechanics and cement rheology. Control of colloidal interaction between the particles is regarded as a key factor to allow the performance of the specific processing. To determine how to control the particle interactions and the viscosity of cement suspension, we first introduce two chemical admixtures including a highly charged polyelectrolyte and a non-ionic polymer. Optimized mixing steps and dosages we, then, obtained within the solid concentration predetermined based on micromechanical principle. Test results indicate that the rheological properties altered by this approach were revealed to be highly effective in obtaining the desired function of the fresh ECC, allowing us to readily achieve hardened properties, represented by pseudo strain-hardening behavior in uniaxial tension.

Prediction models of the shear modulus of normal or frozen soil-rock mixtures

  • Zhou, Zhong;Yang, Hao;Xing, Kai;Gao, Wenyuan
    • Geomechanics and Engineering
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    • 제15권2호
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    • pp.783-791
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    • 2018
  • In consideration of the mesoscopic structure of soil-rock mixtures in which the rock aggregates are wrapped by soil at normal temperatures, a two-layer embedded model of single-inclusion composite material was built to calculate the shear modulus of soil-rock mixtures. At a freezing temperature, an interface ice interlayer was placed between the soil and rock interface in the mesoscopic structure of the soil-rock mixtures. Considering that, a three-layer embedded model of double-inclusion composite materials and a multi-step multiphase micromechanics model were then built to calculate the shear modulus of the frozen soil-rock mixtures. Given the effect of pore structure of soil-rock mixtures at normal temperatures, its shear modulus was also calculated by using of the three-layer embedded model. Experimental comparison showed that compared with the two-layer embedded model, the effect predicted by the three-layer embedded model of the soil-rock mixtures was better. The shear modulus of the soil-rock mixtures gradually increased with the increase in rock regardless of temperature, and the increment rate of the shear modulus increased rapidly particularly when the rock content ranged from 50% to 70%. The shear modulus of the frozen soil-rock mixtures was nearly 3.7 times higher than that of the soil-rock mixtures at a normal temperature.

미시역학을 이용한 사질토의 이방적 변형 특성의 해석 (Micromechanical analysis on anisotropic deformation of granular soils)

  • 정영훈;정충기
    • 한국지반공학회:학술대회논문집
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    • 한국지반공학회 2004년도 춘계학술발표회
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    • pp.129-136
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    • 2004
  • Anisotropic characteristics of deformation are important to understand the particular behavior in the pre-failure state of soils. Recent experiments shows that cross-anisotropic moduli of granular soils can be expressed by functions of normal stresses in the corresponding directions, which is closely linked to micromechanical characteristics of particles. Granular soils are composed of a number of particles so that the force-displacement relationship at each contact point governs the macroscopic stress-strain relationship. Therefore, the micromechanical approach in which the deformation of granular soils is regarded as a mutual interaction between particle contacts is one of the best ways to investigate the anisotropic deformation of soils. In this study, a numerical program based on the theory of micromechanics is developed. Modified Hertz-Mindlin model is adopted to represent the force-displacement relationship in each contact point for the realistic prediction of anisotropic moduli. To evaluate the model parameters, a set of analytical solutions of anisotropic moduli is derived in the isotropic stress condition. By comparing the analytical solutions with exact values, we confirm that the analytical solutions can be utilized to evaluate model parameters within the acceptable range of error of 10%.

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Finite element analysis of shear-deficient RC beams strengthened with CFRP strips/sheets

  • Lee, H.K.;Ha, S.K.;Afzal, M.
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제30권2호
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    • pp.247-261
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    • 2008
  • Performance of shear-deficient reinforced concrete (RC) beams strengthened with carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) strips/sheets is analyzed through numerical simulations on four-point bending tests. The numerical simulations are carried out using the finite element (FE) program ABAQUS. A micromechanics-based constitutive model (Liang et al. 2006) is implemented into the FE program ABAQUS to model CFRP strips/sheets. The predicted results are compared with experiment data (Khalifa and Nanni 2002) to assess the accuracy of the proposed FE analysis approach. A series of numerical tests are conducted to investigate the influence of stirrup lay-ups on the shear strengthening performance of the CFRP strips/sheets, to illustrate the influence of the damage parameters on the microcrack density evolution in concrete, and to investigate the shear and flexural strengthening performance of CFRP strips/ sheets. It has been shown that the proposed FE analysis approach is suitable for the performance prediction of RC beams strengthened with CFRP strips/sheets.

미시역학적 유한요소 모델을 이용한 다공성 복합재료의 기공 탄성 인자 산출 (Calculation of Poroelastic Parameters of Porous Composites by Using Micromechanical Finite Element Models)

  • 김성준;한수연;신의섭
    • Composites Research
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    • 제25권1호
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    • pp.1-8
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    • 2012
  • 본 논문에서는 다공성 복합재료의 열탄성 거동 예측을 위하여 미시역학적 유한요소 해석을 통해 기공 탄성 인자를 측정하였다. 먼저 기공 압력에 의한 복합재료의 응력 및 변형 상태를 기술하기 위해서 구성 방정식에 기공 탄성 인자를 도입하였다. 기공 탄성 인자의 산출에 필요한 기공 압력에 의한 팽창 변형도와 기공 형성에 따른 균질화 탄성 계수의 저하를 측정하였다. 기공의 형상, 크기, 배열 형태에 따른 이차원 대표 체적 요소의 모델링과 유한요소 해석을 수행하였다. 기공도, 재료 이 방성이 기공 탄성 인자에 미치는 영향과 기공 압력에 따른 변형 에너지 밀도 분포를 살펴보았다. 또한, 측정된 기공 탄성 인자의 유용성을 검토하기 위하여 탄소/페놀릭 복합재료의 열탄성 거동을 예측하였다.