• Interaction and multiscale mechanics
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• 제2권1호
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• pp.69-89
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• 2009

Reinforced and prestressed concrete (RC and PC) thin walls are crucial to the safety and serviceability of structures subjected to shear. The shear strengths of elements in walls depend strongly on the softening of concrete struts in the principal compression direction due to the principal tension in the perpendicular direction. The past three decades have seen a rapid development of knowledge in shear of reinforced concrete structures. Various rational models have been proposed that are based on the smeared-crack concept and can satisfy Navier's three principles of mechanics of materials (i.e., stress equilibrium, strain compatibility and constitutive laws). The Cyclic Softened Membrane Model (CSMM) is one such rational model developed at the University of Houston, which is being efficiently used to predict the behavior of RC/PC structures critical in shear. CSMM for RC has already been implemented into finite element framework of OpenSees (Fenves 2005) to come up with a finite element program called Simulation of Reinforced Concrete Structures (SRCS) (Zhong 2005, Mo et al. 2008). CSMM for PC is being currently implemented into SRCS to make the program applicable to reinforced as well as prestressed concrete. The generalized program is called Simulation of Concrete Structures (SCS). In this paper, the CSMM for RC/PC in material scale is first introduced. Basically, the constitutive relationships of the materials, including uniaxial constitutive relationship of concrete, uniaxial constitutive relationships of reinforcements embedded in concrete and constitutive relationship of concrete in shear, are determined by testing RC/PC full-scale panels in a Universal Panel Tester available at the University of Houston. The formulation in element scale is then derived, including equilibrium and compatibility equations, relationship between biaxial strains and uniaxial strains, material stiffness matrix and RC plane stress element. Finally the formulated results with RC/PC plane stress elements are implemented in structure scale into a finite element program based on the framework of OpenSees to predict the structural behavior of RC/PC thin-walled structures subjected to earthquake-type loading. The accuracy of the multiscale modeling technique is validated by comparing the simulated responses of RC shear walls subjected to reversed cyclic loading and shake table excitations with test data. The response of a post tensioned precast column under reversed cyclic loads has also been simulated to check the accuracy of SCS which is currently under development. This multiscale modeling technique greatly improves the simulation capability of RC thin-walled structures available to researchers and engineers.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제1권4호
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• pp.437-448
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• 2008

This paper examined the stability of high-dense dislocation substructures (HDDSs) associated with martensite laths in High Cr steels supposed to be used for FBR, based on a series of dislocation dynamics (DD) simulations. The DD simulations considered interactions of dislocations with impurity atoms and precipitates which substantially stabilize the structure. For simulating the dissociation processes, a point defect model is developed and implemented into a discrete DD code. Wall structure composed of high dense dislocations with and without small precipitates were artificially constructed in a simulation cell, and the stability/instability conditions of the walls were systematically investigated in the light of experimentally observed coarsening behavior of the precipitates, i.e., stress dependency of the coarsening rate and the effect of external stress. The effect of stress-dependent coarsening of the precipitates together with application of external stress on the subsequent behavior of initially stabilized dislocation structures was examined.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제4권3호
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• pp.219-237
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• 2011

Recent advances in scientific computing enable the full atomistic simulation of DNA molecules. However, there exists length and time scale limitations in molecular dynamics (MD) simulation for large DNA molecules. In this work, a two-level homogenization of DNA molecules is proposed. A wavelet projection method is first introduced to form a coarse-grained DNA molecule represented with superatoms. The coarsened MD model offers a simplified molecular structure for the continuum description of DNA molecules. The coarsened DNA molecular structure is then homogenized into a three-dimensional beam with embedded molecular properties. The methods to determine the elasticity constants in the continuum model are also presented. The proposed continuum model is adopted for the study of mechanical behavior of DNA loop.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권6호
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• pp.569-577
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• 2010

다상 유체 시스템에 적용할 수 있는 다중스케일 입자 시뮬레이션 기법을 개발하였다. 거시 모델과 미시모델이 만나는 경계영역에서 세가지로 구별되는 기능을 수행하도록 하였다. 먼저, 기상과 액상을 분리하여 연결하기 위해 벽을 설정하였다. 또 경계영역을 근처에서 경계의 위치를 측정하고 이것에 벽의 각도와 위치가 연동하여 접촉각 값을 미시모델에서 거시모델로 전달하게 하였다. 마지막으로, 입자의 삽입과 제거를 통해 경계영역의 질량과 온도를 거시적 조건에 맞추도록 하였다. 이 알고리즘들을 적용한 완전습윤과 부분습윤시스템들은 좋은 결합 결과를 보였다.

• The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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• 제23권5호
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• pp.295-303
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• 2019

A heart simulator, UT-Heart, is a finite element model of the human heart that can reproduce all the fundamental activities of the working heart, including propagation of excitation, contraction, and relaxation and generation of blood pressure and blood flow, based on the molecular aspects of the cardiac electrophysiology and excitation-contraction coupling. In this paper, we present a brief review of the practical use of UT-Heart. As an example, we focus on its application for predicting the effect of cardiac resynchronization therapy (CRT) and evaluating the proarrhythmic risk of drugs. Patient-specific, multiscale heart simulation successfully predicted the response to CRT by reproducing the complex pathophysiology of the heart. A proarrhythmic risk assessment system combining in vitro channel assays and in silico simulation of cardiac electrophysiology using UT-Heart successfully predicted drug-induced arrhythmogenic risk. The assessment system was found to be reliable and efficient. We also developed a comprehensive hazard map on the various combinations of ion channel inhibitors. This in silico electrocardiogram database (now freely available at http://ut-heart.com/) can facilitate proarrhythmic risk assessment without the need to perform computationally expensive heart simulation. Based on these results, we conclude that the heart simulator, UT-Heart, could be a useful tool in clinical medicine and drug discovery.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권6호
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• pp.1087-1094
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• 2008

본 연구는 활성탄을 사용한 n-hexane의 흡착공정에 있어서 분자수준에서 시작하여 공정단계에 이르는 다중규모 모사에 관하여 기술한다. 분자모사에서는 GCMC(Grand Canonical Monte Carlo) 방법을 이용하여 활성탄에서 n-hexane의 등온흡착식을 예측하고, 2차원 전산유체역학(CFD; Computational fluid dynamics) 모사를 통하여 흡착컬럼 내 유체흐름에 대한 수력학적 특성을 파악한다. 공정모사단계에서는 분자모사 및 유체역학 모사에서 각각 얻은 등온흡착식과 축방향 확산계수값을 이용하여 n-hexane의 용출곡선을 얻는다. 이러한 3단계 다중규모 모사기법을 활용하여 얻은 공정모사 결과는 펄스응답의 실험결과와 비교해볼 때, 온도와 유량변화에 따른 1차 모멘트(평균 체류시간)에 관하여 약 20% 미만의 오차범위에서 일치함을 확인할 수 있다. 이 결과로부터 분자수준에서 시작하는 다중규모 모사는 필요한 실험횟수를 줄이면서 흡착공정 개발을 가속화할 수 있는 가능성을 보여준다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2010년 춘계학술대회논문집
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• pp.581-583
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• 2010

The report summarizes research activities in the Multiscale Energy System Laboratory at Sogang University during September 2009 and February 2010. They are mostly about molecular dynamics simulation of osmotic flows at nanoscale.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권5호
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• pp.931-937
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• 2008

공정변수의 변화와 반응기의 성능을 정확하게 예측하기 위하여 Water Gas Shift Reaction(WGSR)을 위한 Multi-Tubular Reactor (MTR)의 상세 multiscale 모델링과 모사를 수행하였다. MTR은 비 균일 고체 촉매로 충진 된 4개의 관형반응기와 냉각을 위해 주변을 싸고 있는 shell side로 구성되어 있다. 유체의 흐름과 반응 kinetics가 반응기 성능에 큰 영향을 주고 있는 점을 고려할 때, Computational Fluid Dynamics (CFD)기법과 공정모델링 기법을 포함한 multiscale 방법론의 채택은 자연스럽고 필수 불가결한 일이다. $345^{\circ}C$로 관형반응기 부분으로 유입된 반응물은 반응의 결과 $390^{\circ}C$로 $45^{\circ}C$가량 온도가 증가하였으며, CO의 전환율은 0.89에 이르렀다. 쉘 사이드로 $190^{\circ}C$로 유입된 유체는 쉘 출구에서 $240^{\circ}C$로 약 $50^{\circ}C$ 가량의 온도 증가를 보였으며 이를 통하여 에너지 절감효과를 가져 올 수 있었으며 높은 전환율을 얻기 위해 반응기 부분의 온도를 적절히 제어할 수 있었다. 모사의 결과는 여러 문헌에 보고된 실험 결과와 매우 근접한 값을 나타내 본 연구를 통해 제시된 모델과 모사의 결과가 정확함을 알 수 있었다.

• Composites Research
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• 제19권1호
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• pp.1-8
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• 2006

적층 복합재료에 가해지는 저속충격에 의한 동적 거동 및 손상의 예측은 복합재 구조물의 설계에 중요한 문제가 되고 있다. 특히 저속충격에 의한 손상을 기술하기 위하여 적층판 내의 면내응력 뿐만 아니라 층간응력이 중요한 역할을 하는데, 기존의 전통적인 접근 방법은 이들을 효과적으로 기술하지 못하는 단점이 있다 본 논문에서는 이러한 동적거동 및 손상을 기술하기 위한 수치해석 모델로서 내부 미시구조를 고려한 직접수치모사(DNS)방법을 이용하여 DNS 모델을 구성하였다. 그리고 이를 저속충격 문제에 적용하여 저속충격에 의한 동적 거동 및 재료내의 층간응력 해석을 미시적으로 접근하였다. 이때 기존의 거시적인 접근 방법에 따른 균질모델의 결과와 비교 해석을 보였다. 한편 복합재료 적층판의 효율적인 저속충격해석을 위하여 DNS 개념을 적용한 멀티스케일 모델을 개발하여 기존의 균질화된 모델에서 보일 수 없었던 충격 부위의 국부적인 동적 거동을 효과적으로 기술하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.577-582
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• 2016

본 논문에서는 나노입자가 삽입된 고분자 복합재에서 형성되는 계면 상의 정량적인 열탄성 물성을 계산과학적 접근으로 제시하였다. 균질해법이 적용된 유한요소모델과, 미시역학법에 의한 3상 복합재의 열탄성 이론, 그리고 분자동역학 전산모사법이 본 연구에 모두 적용되었고, 이를 유기적으로 연계한 멀티스케일 모델을 수립하였다. 특히, 제시한 유한요소모델과 분자동역학 기반의 나노복합재 모델로부터 각각의 인장하중에 따른 계면의 변형에너지 밀도를 도출, 이를 직접 비교하는 과정이 본 멀티스케일 해석 과정에 포함되었다. 이로써 주어진 온도 조건에 따른 나노입자 주변의 계면 상에 대한 탄성계수와 그 두께를 물리적 엄밀해로써 정량 도출할 수 있다. 이렇게 얻은 고분자 나노복합재의 연속체모델은 다시 미시역학 모델과 연계함으로써, 최종적으로는 광범위한 온도 조건에 의한 재료의 열탄성 거동 및 유리전이거동이 계면 상의 두께와 기계적 물성에 미치는 영향에 대해 분석, 평가하였다.