• Structural Engineering and Mechanics
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• 제83권4호
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• pp.475-493
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• 2022

The results of research focusing on the experimental and numerical performance of ferrocement RC beams with openings reinforced with welded steel mesh, expanded steel mesh, fiber glass mesh, and polyethylene mesh independently are presented in this article. Casting and testing of fourteen reinforced concrete beams with dimensions of 200×100×2000 mm under concentric compression loadings were part of the research program. The type of reinforcing materials, the volume fraction of reinforcement, the number of mesh layers, and the number of stirrups are the major parameters that change. The main goal is to understand the impact of using new appealing materials in reinforcing RC beams with openings. Using ANSYS-16.0 Software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was used to demonstrate the behavior of composite RC beams with openings. A parametric study is also conducted to discuss the variables that can have the greatest impact on the mechanical behavior of the proposed model, such as the number of openings. The obtained experimental and numerical results demonstrated the FE simulations' acceptable accuracy in estimating experimental values. Furthermore, demonstrating that the strength gained of specimens reinforced with fiber glass meshes was reduced by approximately 38% when compared to specimens reinforced with expanded or welded steel meshes is significant. In addition, when compared to welded steel meshes, using expanded steel meshes in reinforcing RC beams with openings results in a 16 percent increase in strength. In general, when ferrocement beams with openings are tested under concentric loadings, they show higher-level ultimate loads and energy-absorbing capacity than traditional RC beams.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제86권6호
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• pp.793-815
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• 2023

The current study looks at the experimental and numerical performance of ferrocement RC channel slabs reinforced with welded steel mesh, expanded steel mesh, and fiber glass mesh individually. Ten RC channel slabs with dimensions of 500 mm×40 mm×2500 mm were subjected to flexural loadings as part of the testing program. The type of reinforcing materials, the number of mesh layers, and the reinforcement volume fraction are the key parameters that can be changed. The main goal is to determine the impact of using new inventive materials to reinforce composite RC channel slabs. Using ANSYS -16.0 Software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was used to simulate the behavior of composite channel slabs. Parametric study is also demonstrated to identify variables that can have a significant impact on the model's mechanical behavior, such as changes in slab dimensions. The obtained experimental and numerical results indicated that FE simulations had acceptable accuracy in estimating experimental values. Also, it's significant to demonstrate that specimens reinforced with fiber glass meshes gained approximately 12% less strength than specimens reinforced with expanded or welded steel meshes. In addition, Welded steel meshes provide 24% increase in strength over expanded steel meshes when reinforcing RC channel slabs. In general, ferrocement specimens tested under flexural loadings outperform conventional reinforced concrete specimens in terms of ultimate loads and energy absorbing capacity.

• 소성∙가공
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• 제32권2호
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• pp.74-80
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• 2023

A deformation behavior of commercially pure titanium (CP-Ti) is highly dependent on material and processing parameters, such as deformation temperature, deformation direction, and strain rate. This study aims to predict the multivariable and nonlinear tensile behavior of CP-Ti using machine learning based on three algorithms: artificial neural network (ANN), light gradient boosting machine (LGBM), and long short-term memory (LSTM). The predictivity for tensile behaviors at the cryogenic temperature was lower than those in the room temperature due to the larger data scattering in the train dataset used in the machine learning. Although LGBM showed the lowest value of root mean squared error, it was not the best strategy owing to the overfitting and step-function morphology different from the actual data. LSTM performed the best as it effectively learned the continuous characteristics of a flow curve as well as it spent the reduced time for machine learning, even without sufficient database and hyperparameter tuning.

• Computers and Concrete
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• 제34권3호
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• pp.297-305
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• 2024

This study investigates the buckling behavior of CNTRC beams on a Winkler-Pasternak elastic foundation, considering their stiffness. To achieve the highest accuracy, the shear stiffness is taken into account based on the Higher-order Shear Deformation Theory (HSDT). A novel exponential power-law distribution of the CNT volume fraction across the beam thickness is employed to model CNTRC beams. Various reinforcement patterns are incorporated into the polymer matrix, featuring single-walled carbon nanotubes (SWCNT) that are both aligned and distributed. The effective mechanical properties of the CNTRC beam are predicted using the rule of mixtures. Hamilton's principle is applied to derive the differential equations of motion. This theoretical framework enables the validation of the approach by comparing numerical simulation results with previous studies. The impact of the exponent order (n), CNT volume fraction, geometrical ratio, and Winkler-Pasternak parameters on buckling analysis is thoroughly presented and discussed. The results indicate that, among the different types of analyzed CNTRC beams, the X-Beam pattern demonstrates the highest buckling load capacity.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제92권1호
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• pp.1-23
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• 2024

The current study examines the experimental and numerical performance of reinforced concrete (RC) channel slabs made of ferrocement that have been reinforced with fiber glass, expanded steel mesh, and welded steel mesh. As part of the testing program, ten RC channel slabs with dimensions of 500 mm×40 mm×2500 mm were loaded flexibly. The three main factors that can be altered are the mesh layer count, the type of reinforcing materials, and the reinforcement volume fraction. The main objective is to assess the effects of fortifying composite RC channel slabs with novel inventive materials. ANSYS-16.0 Software was used to simulate the behavior of composite channel slabs using nonlinear finite element analysis (NLFEA). It also shows how parametric analysis can be used to pinpoint variables like variations in slab dimensions that could significantly affect the mechanical behavior of the model. The obtained experimental and numerical results showed that finite element (FE) simulations had a tolerable degree of accuracy in estimating experimental values. It is crucial to show that specimens strengthened with fiber glass meshes gained about 12% lessstrength than specimens strengthened with expanded or welded steel meshes. In addition, RC channel slab reinforcement made of welded steel meshes has a 24% higher strength than expanded steel meshes. Tested under flexural loads, ferrocement specimens outperform conventional reinforced concrete specimens in terms of ultimate loads and energy absorption.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.467-474
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• 2007

본 논문에서는 부착 유무, 정착장치 유무, 긴장량, 경간 길이 등을 실험 변수로 하여 총 13개의 시험체를 제작하여 휨 성능 실험과 유한요소해석을 수행하였다. 1개의 표준시험체, 2개의 긴장력을 도입하지 않는 보강시험체, 4개의 긴장력을 도입한 비부착보강시험체, 4개의 긴장력을 도입한 부착시험체와 2개의 경간 길이가 다른 보강시험체를 제작하였다. 또한, 콘크리트의 비선형, 철근 및 탄소섬유와 콘크리트와의 계면 특성을 고려한 DIANA 프로그램을 이용하여 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 긴장력을 도입한 보강된 시험체는 박리 파괴가 아닌 FRP 파단에 의하여 최종파괴가 되었다. 특히, 긴장력을 도입한 부착시험체는 1차, 2차 박리가 발생 후, 정착장치의 고정으로 인하여 부착시스템에서 비부착시스템으로 전환되었다. 또한, 탄소섬유판으로 보강된 시험체의 해석 결과와 실험 결과를 비교 분석하였다. 긴장력을 도입한 탄소섬유판으로 보강된 모든 시험체는 연성지수가 3이상 나타나 어느 정도 이상의 연성을 확보하고 있는 것으로 알 수 있었다. 그리고 박리하중과 항복하중 및 극한하중에서 실험값과 해석값이 잘 일치하는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.955-962
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• 2005

철근콘크리트 깊은 보(deep beam)는 균열 후의 구조 및 재료적 비선형성으로 인하여 아직까지 명확한 이론적인 해석 방법과 설계 방법이 정립되어 있지 않은 상태이다. 현재 내하력 평가는 주로 교량 상부 구조물에 대하여 수행되어 왔고, 그 평가 방법에 대한 적용성과 결과에 많은 불합리성을 포함하고 있다. 이 연구에서는 철근콘크리트 릴은 보의 복잡한 전단거동 특성 및 전단강도를 해석적으로 평가하고, 이를 신뢰성 이론을 바탕으로 적절하고 합리적인 내하력 평가를 수행할 수 있는 방안을 제공하는데 그 목적이 있다. 정확하고 올바른 평가를 하기 위하여 비선형유한요소해석 프로그램 RCAHEST를 사용하였다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열 모델로서는 분산균열모델을 사용하였다. 이 연구에서 제안한 해석 기법과 재료적 비선형성을 고려한 해석모델을 신뢰성 있는 연구자의 실험 결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 이러한 결과를 바탕으로, Euro Code기준으로부터 철근콘크리트 깊은 보의 파괴에 대한 목표신뢰도지수를 설정하였다. 신뢰성 해석을 통하여 파괴에 대한 목표신뢰도 지수를 만족하도록 하는 감소계수를 산정하였다. 이 연구에서 제안된 철근콘크리트 깊은 보의 내하력 평가 방안을 콘크리트 구조설계기준에 의한 평가 결과와의 비교 및 분석을 통하여 타당성을 검증하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.443-453
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• 2013

하이브리드 실험은 수치해석 모형과 물리적 부분구조 모형사이의 상호작용을 통하여 구조물의 거동을 예측하는 실험법이다. 본 연구에서는 지진하중 재하 시 1경간 2층 강 뼈대 구조물에 대한 다자유도 하이브리드 실험을 수행하고 유효성을 확보하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 전용 하이브리드 수치해석 프로그램인 FEAPH을 개발하였으며, 최적화된 시스템을 구축하였다. FEAPH은 고정 반복법(Fixed iteration)과 병렬화(Parallelization) 기법을 적용하여 순차적 해석에서 발생되는 비효율적 연산을 개선하였다. 또한, 종전에 데이터 통신과 부분구조물과 해석프로그램간의 인터페이스를 간략화하여 하이브리드 시스템 구성을 최적화 하였다. 그 결과, 입력 가진시간(30초) 대비 약 10%의 실험시간이 소요되었다. 시스템의 신뢰성을 검증하고 선형실험과 강 뼈대 구조물의 동적거동을 예측하기 위해 비선형 실험을 수행하였으며 수치해석과의 변위응답이력은 거의 일치 하였다. 그러나 최대변위에 대한 응답은 다소 차이를 보였으며, 이는 재료 비선형성에 대한 해석상의 오차와 영구변형에 의해 발생한 것으로 판단된다. 따라서 적절한 재료 비선형 모델과 알고리즘의 개선이 이루어지면, 실시간 하이브리드 시스템은 구조물의 동적거동을 예측하는데 유용하게 활용될 것이며, 추후 진동대 실험을 대체할 수 있는 효과적인 실험 방법이 될 것으로 판단된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권4호
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• pp.372-379
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• 2023

국제유가가 배럴당 85달러에서 하반기에는 최대 100달러까지 오를 것으로 예상하여 세계 시장에서 해양플랜트 발주가 늘어날 가능성이 크다. 해양플랜트의 주요 특징 중 한 가지는 탑사이드에 대형 헬리데크가 위치하며 경량화 및 내부식성을 위하여 알루미늄 합금을 구조의 기본 재료로 사용하고 있다. 선주사는 긴급 상황 발생 시 신속한 인명 대피를 위하여 헬리콥터 크기를 대형화하는 추세이고, 헬리콥터를 데크에 안정적으로 고박할 수 있는 장치의 안전사용하중도 증가가 필요하다. 알루미늄 재질의 특성상 용접에 의한 구조 강도 저하가 크기 때문에, 고정 장치는 데크에 매립하여 볼트로 고정하는 방식으로 설계가 필요하다. 본 연구에서는 대형 헬리데크(직경=28m)에 사용이 가능한 헬리콥터 고정 장치를 개발하기 위하여 알루미늄 합금 6082-T6를 적용한 모델을 개발하였다. 개발된 고정 장치는 실제 고박에 사용하는 하중 조건을 만족하도록 비선형구조 강도 계산을 통하여 검증하였다. 45도 경사각을 갖는 하중 조건은 국부적인 소성 붕괴로 인하여 90도 조건에 비해 낮은 최종강도를 나타냈다. 최종 모델에 대한 비선형 구조 붕괴 거동은 강도 실험과 경향이 유사하게 나타났다. 본 연구에서 도출한 주요 내용은 유사 알루미늄 기자재의 구조 강도 검토 시 참고 문헌이 될 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.29-38
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• 1994

본 연구는 축대칭 충구조체의 복합이론 및 유한요소해석 프로그램의 개발에 목적이었다. 연구대상인 축대칭 층구조체는 회전축에 수직으로 층을 이루고 있으며 선형, 탄성, 작은변형 및 축대칭 하중조건의 제한을 두었다. 개발된 복합이론은 multiscale의 방식을 사용하여 비균등질 층구조체를 등가 균등질로 취급할 수 있도록 하였으며 이 과정에서 주 변수들의 연속성만을 필요로 하였다. 그결과 종전에 시용되어온 비교적 복잡한 이론들과는 달리 $C_o$ 연속의 유한요소 프로그램의 개발이 가능하였으며 4 node isoparametric 요소를 사용하였다. 본 연구의 복합이론은 선형조건에 제한하였으나, 본 연구에서 제안한 multiscale 해석법을 이용하면 교량용 받침에 대한 연성재료의 비선형거동의 해석도 가능하게된다. 본 연구에서의 복합이론 및 유한요소해석의 타당함을 보이기위하여 두가지 하중조건 하에서 축대칭 층구조체를 해석하여 기존의 복합이론 및 이산화해석의 결과치와 비교하였다.