Effects of particle size and loading rate on the tensile failure of asphalt specimens based on a direct tensile test and particle flow code simulation
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- Structural Engineering and Mechanics
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- 제86권5호
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- pp.607-619
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- 2023
This study, it was tried to evaluate the asphalt behavior under tensile loading conditions through indirect Brazilian and direct tensile tests, experimentally and numerically. This paper is important from two points of view. The first one, a new test method was developed for the determination of the direct tensile strength of asphalt and its difference was obtained from the indirect test method. The second one, the effects of particle size and loading rate have been cleared on the tensile fracture mechanism. The experimental direct tensile strength of the asphalt specimens was measured in the laboratory using the compression-to-tensile load converting (CTLC) device. Some special types of asphalt specimens were prepared in the form of slabs with a central hole. The CTLC device is then equipped with this specimen and placed in the universal testing machine. Then, the direct tensile strength of asphalt specimens with different sizes of ingredients can be measured at different loading rates in the laboratory. The particle flow code (PFC) was used to numerically simulate the direct tensile strength test of asphalt samples. This numerical modeling technique is based on the versatile discrete element method (DEM). Three different particle diameters were chosen and were tested under three different loading rates. The results show that when the loading rate was 0.016 mm/sec, two tensile cracks were initiated from the left and right of the hole and propagated perpendicular to the loading axis till coalescence to the model boundary. When the loading rate was 0.032 mm/sec, two tensile cracks were initiated from the left and right of the hole and propagated perpendicular to the loading axis. The branching occurs in these cracks. This shows that the crack propagation is under quasi-static conditions. When the loading rate was 0.064 mm/sec, mixed tensile and shear cracks were initiated below the loading walls and branching occurred in these cracks. This shows that the crack propagation is under dynamic conditions. The loading rate increases and the tensile strength increases. Because all defects mobilized under a low loading rate and this led to decreasing the tensile strength. The experimental results for the direct tensile strengths of asphalt specimens of different ingredients were in good accordance with their corresponding results approximated by DEM software.
진해만은 빈산소로 인한 수산생물의 생산성 저하가 현저하다. 본 연구에서는 진해만의 수질환경개선 및 회복을 위해서 빈산소 수괴의 형성방지가 무엇보다도 중요하다고 생각되어 해수유동 및 물질순환 모델을 이용하여 빈산소 수괴 형성상태를 재현하였고, 주요 오염부하가 용존산소에 미치는 영향의 정도를 예측하여 어장환경 관리방안을 도출한 결과는 다음과 같다. 저층의 용존산소 농도분포는 수온 및 밀도성층과 밀접한 관계를 가지고 변동하였고 수온성층이 가장 강했던
Tension Leg Platform (TLP)이란 평행위치로부터 일정 범위내에서 움직임으로 인하여 외 력의 효과를 완화시키는 compliant 구조물인 동시에, 기인장력을 받고 있는 연직 anchor cable 이 있으므로 부력이 자중을 초과하게 되는 안정한 platform 이다. 일반적으로 부체는 해상조건이 험할수록, 그리고 수심이 깊어질수록 동요가 심해지는데 TLP는 기인장 cable로 인하여 심해에서도 비교적 동요가 작아서 최근 대수심구조물의 총아로 각광받고 있다. 일찌기 Paulling 등이 TLP 거동의 예측을 위하여 수정된 Morison 방정식을 사용하는 선형동유체력합성방법을 발표하였다. 그러나 만일 TLP의 각 부재가 Morison 방정식의 가정이 성립할 수 없을 정도로 크다면 새로운 해석이 필요하다 하겠다. 일본의 Tanaka는 이런 경우에 McCamy-Fuchs 이론의 결과치를 이용하였으나, 완전한 해석이라기 보다는 일종의 간편법이라 하겠다. 본고에서는 큰 배수용적을 가진 연직부체가 있고, 이론적 해석의 결과를 검토해 볼 수 있는 수리모형 실험 결과가 있는 Deep Oil Technology (DOT) 회사의 TLP를 대상으로 하였다. 이 TLP는 부력을 전담하고 있는 연직축대칭 원통과 이들을 연결하고 있는 세부재로 이루어져 있어 축대칭부분에는 축대칭 Green 함수를 사용하여 동유체력을 구하고 세부재는 종래의 수정된 Morison 방정식의 항력항을 선형화하여 동유체력을 구하였다. 그리하여 부재의 각 미소부분에서 구한 힘들을 TLP의 중심에 원점을 둔 좌표계로 옮겨 동적응답을 구한 것이다. 본 해석에서 부재 상호간의 작용은 무시하였으며 단지 부재간의 거리효과만 고려하였다. 따라서 사용된 좌표계는 전체 (Global) 좌표계, 지점 (Local) 좌표계 및 파랑 (Wave) 좌표계 등이었고 각 좌표계간의 변환식이 필요하였다. 전체적인 해석정도는 선형이론으므로 케이블의 강성도 역시 선형적으로 구하였으며, 앞서 언급했다시피 Morison 방정식의 비선형항인 항력항은 Fourier 해석으로 선형화 하였다. 이러한 Fourier 해석은 잘 알려져 있는 Lorentz 원리와 같다고 볼 수 있다. 세부재의 경우 접선력은 무시하였고 수입자의 운동에 의한 부채에 대한 수직력만 고려하였다. 여기서 파랑좌표계에서 지점좌표계로의 좌표변환이 주의를 요하고 있다. 이제 이렇게 구한 각 힘들을 전체좌표 계에서 6개의 자유도별로 운동방정식에 대입하면 각 자유도별 동적응답이 구하여지는 것이다. DOT TLP의 Surge mode에 대한 동적응답을 실험치와 비교하여 본 결과, 세부재에 대한 고려를 뺄 수 없음을 알 수 있었다. 이는 연직축대칭 부체의 크기가 그리 크지 않으므로 인한 것이며, TLP의 원형의 경우에는 보다 더 관성력이 지배적일 것으로 사료된다.
This article reviews the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering during 2012. It is intended to understand the status of current research in the areas of heating, cooling, ventilation, sanitation, and indoor environments of buildings and plant facilities. The conclusions are as follows : (1) The research works on thermal and fluid engineering have been reviewed as groups of fluid machinery, pipes and valves, fuel cells and power plants, ground-coupled heat pumps, and general heat and mass transfer systems. Research issues are mainly focused on new and renewable energy systems, such as fuel cells, ocean thermal energy conversion power plants, and ground-coupled heat pump systems. (2) Research works on the heat transfer area have been reviewed in the categories of heat transfer characteristics, pool boiling and condensing heat transfer, and industrial heat exchangers. Researches on heat transfer characteristics included the results for natural convection in a square enclosure with two hot circular cylinders, non-uniform grooved tube considering tube expansion, single-tube annular baffle system, broadcasting LED light with ion wind generator, mechanical property and microstructure of SA213 P92 boiler pipe steel, and flat plate using multiple tripping wires. In the area of pool boiling and condensing heat transfer, researches on the design of a micro-channel heat exchanger for a heat pump, numerical simulation of a heat pump evaporator considering the pressure drop in the distributor and capillary tubes, critical heat flux on a thermoexcel-E enhanced surface, and the performance of a fin-and-tube condenser with non-uniform air distribution and different tube types were actively carried out. In the area of industrial heat exchangers, researches on a plate heat exchanger type dehumidifier, fin-tube heat exchanger, an electric circuit transient analogy model in a vertical closed loop ground heat exchanger, heat transfer characteristics of a double skin window for plant factory, a regenerative heat exchanger depending on its porous structure, and various types of plate heat exchangers were performed. (3) In the field of refrigeration, various studies were executed to improve refrigeration system performance, and to evaluate the applicability of alternative refrigerants and new components. Various topics were presented in the area of refrigeration cycle. Research issues mainly focused on the enhancement of the system performance. In the alternative refrigerant area, studies on CO2, R32/R152a mixture, and R1234yf were performed. Studies on the design and performance analysis of various compressors and evaporator were executed. (4) In building mechanical system research fields, twenty-nine studies were conducted to achieve effective design of mechanical systems, and also to maximize the energy efficiency of buildings. The topics of the studies included heating and cooling, HVAC system, ventilation, renewable energy systems, and lighting systems in buildings. New designs and performance tests using numerical methods and experiments provide useful information and key data, which can improve the energy efficiency of buildings. (5) In the fields of the architectural environment, studies for various purposes, such as indoor environment, building energy, and renewable energy were performed. In particular, building energy-related researches and renewable energy systems have been mainly studied, reflecting interests in global climate change, and efforts to reduce building energy consumption by government and architectural specialists. In addition, many researches have been conducted regarding indoor environments.
진해·마산만에 대한 연구는 그동안 해수순환, 조석, 조류, 적조, 수질, 빈산소 환경을 주제로 많이 연구되었으나 주로 단기간 동안 일어나는 해양현상에 대해 연구가 수행되었으며, 만 전체적인 해수순환을 일으키는 물리적 기작을 자세히 살펴본 연구는 부족했다. 오염 물질의 이동과 확산 같은 현상은 주로 계절별로 변동성이 크기 때문에, 이 연구에서는 진해·마산만 해역의 해수순환이 계절적으로 어떻게 변동하는지를 파악하고자 하였다. 이를 위하여 3차원 해양 순환 모델을 이용하여 2016년부터 2018년까지 진해·마산만의 해수순환을 수치모의하고, 여름철과 겨울철 해수순환을 표층, 중층, 저층에 대하여 살펴보았다. 또한 조석, 바람, 담수 유입에 대한 민감도 실험을 수행하여 각 요인들이 해수 유동에 미치는 영향을 분석하였다. 진해·마산만의 해수순환은 가덕수도 저층에서 대한해협의 해수가 유입되고, 표층에서 진해·마산만의 해수가 유출되는 대류성 염하구 순환이 일어난다. 가덕수도를 통해 교환되는 해수의 순환은 크게 진해만 동부해역과 진해만 서부해역으로 나누어져 일어난다. 각 해역의 수로 방향을 기준으로 해수 수송량을 계산하였을 때, 진해만 동부해역의 남북방향 해수 교환 수송량은 진해만 서부해역에서 일어나는 동서방향 해수 교환량보다 겨울철에는 2.3배, 여름철에는 1.4배 크다. 진해만 서부해역은 계절별로 작용하는 힘들의 균형이 변화하여 해수순환 특성이 계절에 따라 크게 다르다. 겨울철에는 북서풍이 만드는 전단응력과 해수면 기울기의 영향으로 표층 해류가 남쪽으로, 저층 해류는 북쪽으로 흐르는 남북방향 대류성 순환이 강화된다. 반면, 남서풍이 부는 여름철에는 바람 응력에 의해 표층 해수가 동쪽으로 유출되고, 또한 남동쪽 해수면이 높아 북쪽 방향 순압성 압력경도력이 커져 동쪽 방향 유속이 강화된다. 저층에서는 밀도 구배가 커져 경압성 압력경도력이 남쪽으로 크게 작용하여 지형류 균형에 의해 가덕수도의 해수가 서쪽으로 강하게 유입하는 동서방향 대류성 순환이 겨울철보다 26% 강화된다. 진해만 서부의 대류성 순환은 겨울과 여름 모두 조류와 바람의 영향을 크게 받는다. 진해만 동부해역과 마산만에서는 모든 계절에 표층에서는 해수가 외해로 유출되고, 저층에서는 해수가 만 안쪽으로 유입되는 전형적인 염하구 순환을 보였다. 겨울철에는 바람과 담수유입이, 여름철에는 조류의 영향이 남북방향 염하구 순환 규모에 크게 기여하였다. 진해만 동부해역에는 지형의 영향을 받아 형성된 조석 잔차류도 뚜렷하다. 이 연구에서 제시한 진해·마산만의 계절별 해수순환 특성은 이 해역의 오염물질 확산, 여름철 빈산소수괴의 형성 기작 파악, 적조 생물의 유입과 유출을 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
진해만 해역에 있어서 적조발생역과 물질집적공간을 진단하기 위해서 수치모델링에 의해 하계 적조가 발생했을 때 환경요인의 변통에 따른
인공위성이 관측한 해수면 높이 자료를 활용하여 울릉분지 일대에서 발생하는 냉수성 소용돌이들을 1993년부터 2015년까지 Winding-Angle 방법을 이용하여 탐지하고 분류하였다. 냉수성 소용돌이들 중에서 동한난류 사행의 첫 번째 골에서 형성되어 동쪽으로 흐르는 해류의 주경로로부터 남서쪽으로 떨어져 나온 독도 냉수성 소용돌이(Dokdo Cold Eddy, DCE)를 구분하였고, 그 이동 특성을 분석하였다. 또한 국립수산과학원(National Institute of Fisheries Science)이 관측한 수온과 염분 자료와 Hybrid Coordinate Ocean Model의 수치모의 결과를 이용하여 DCE 중심 근처에서 수온과 유속의 수직구조를 살펴보았다. DCE는 23년 동안 총 112개 발생하였고, 이 중 39개의 DCE가 서쪽으로 이동하여 한국 동해안 근처 연안에 도달하였으며, 평균 이동 거리는 250.9 km, 평균 수명은 93일, 평균 이동 속도는 3.5 cm/s였다. 나머지 73개의 DCE는 동쪽으로 이동하거나 생성된 위치 주변을 맴돌다가 소멸하였다. DCE 아래 50~100 m에서 수온(T)과 염분(S)이 주변보다 낮아(T <
본 연구에서는 변동환율을 취하고 있는 small open economy 가 대외경제에 얼마나 긴밀하게 연결되어 있는가에 따라 그 경제의 환율이 어떻게 달리 반응하는가를 살폈다. 그 경제주체들은 대단히 효율적으로 필요한 정보를 활용해서 미래를 예측한다. 즉 이성적 기대(rational erpectation)를 갖는다고 가정한다. Small open economy의 환율을 분석한 기존의 모델들 대부분이 어떤 특정한 국제경제여건에 국한하여서 가능하면 단순한 모델들을 설정했기 때문에 그 결론들이 얼마나 광범위하게 다른 경우에도 유효한지 쉽게 알 수가 없다. 본 연구에선 점차적으로 현실적인 요소들을 모델에 가미해가고, 현대의 고도정보처리능력에 가장 적합한 기대형태인 이성적 기대를 다룸으로써 변동환율의 움직임에 어떤 일반성이 있을 수 있는가를 공부했다. 구체적으로, 제2장에는 국내경제가 국제경제와 구매력동등가설 (purchasing power parity)과 이자율동등가성(uncovered interest parity)로 긴밀히 연결되어 있는 경우를 살피고, 제3장에는 구매력동등가설은 적용되지 않고 이자율동등가설만 국내경제에 유효한 경우를 살폈다. 2장과 3장에서 국내투자자가 투자할 수 있는 금융자산은 통화와 국내.외 채권이며 주식시장은 고려되지 않았다. 4장에서는 상당히 자립적이고 현실적인 요소가 많이 반영된 경제를 분석하였다. 즉 국내경제가 국제경제와 구매동등가설이나 이자율동등가설로 직접적으로 연결되지 아니한 상황에서 주식을 포함한 모든 금융자산이 투자대상자산으로 가능하고, 또 환율의 변동이 재화의 국내가격에 반영되는데 어느 정도의 시차가 요구되는 경우를 살펴 보았다. 여기서는 내재변수의 수가 많은 관계로 numerical simulation을 이용했다. 본 연구의 결론 일부로서 첫째, 자국경제의 통화가 팽창되는 경우, 그 경제의 국제경제유착 정도에 상관없이 자국통화의 평가절하를 곧 유발하였다. 재정팽창의 경우에는 통화팽창의 경우처럼 환율의 방향에 대한 일반적인 결론을 얻지 못 했다. 둘째, 환율의 움직임에 대해 최근의 자산가격 모델(asset model)들은 과러 전통적인 Keynesian모델들과는 다른 설명을 하고 있는데 본 연구에서는 단기적으로 금융시장에서 자산의 수급일치가 균형조건으로 고려되고, 장기적으로 는 경상수지일치가 균형조건으로 포함되었다. 그 결과 장기균형을 예측하는 경제주체들의 기대가 현재환율의 움직임에 큰 영향력을 미침으로써, 전통적인 Keynesian모델들의 단기예측 유효성을 무시할 수 없음을 보였다. 세째, 개방된 경제에서 변동환율의 초기과민반응(overshooting)이 그것이 미칠 수 있는 왜곡된 signal효과 등으로 인해 상당히 염려. 논의되고 있는데, 본 연구 4장의 경제는 상당히 자립적이고 자국통화로 표시된 채권이 국제적으로 수용되지 않음에도 불구하고, 경제주체들이 이성적기대를 견지하는 한, 환율의 초기과민반응은 쉽게 관찰될 수 있었다. 넷째, 환율의 변동이 재화의 국내통화가격에 반영되는데 시차를 인정한 경우, 경제주체들이 이성적기대를 갖는한, 시차도입 후 뚜렷이 다른 경제양상을 보이지 않았다.
The wall shear stress in the vicinity of end-to end anastomoses under steady flow conditions was measured using a flush-mounted hot-film anemometer(FMHFA) probe. The experimental measurements were in good agreement with numerical results except in flow with low Reynolds numbers. The wall shear stress increased proximal to the anastomosis in flow from the Penrose tubing (simulating an artery) to the PTFE: graft. In flow from the PTFE graft to the Penrose tubing, low wall shear stress was observed distal to the anastomosis. Abnormal distributions of wall shear stress in the vicinity of the anastomosis, resulting from the compliance mismatch between the graft and the host artery, might be an important factor of ANFH formation and the graft failure. The present study suggests a correlation between regions of the low wall shear stress and the development of anastomotic neointimal fibrous hyperplasia(ANPH) in end-to-end anastomoses. 30523 T00401030523 ^x Air pressure decay(APD) rate and ultrafiltration rate(UFR) tests were performed on new and saline rinsed dialyzers as well as those roused in patients several times. C-DAK 4000 (Cordis Dow) and CF IS-11 (Baxter Travenol) reused dialyzers obtained from the dialysis clinic were used in the present study. The new dialyzers exhibited a relatively flat APD, whereas saline rinsed and reused dialyzers showed considerable amount of decay. C-DAH dialyzers had a larger APD(11.70
The wall shear stress in the vicinity of end-to end anastomoses under steady flow conditions was measured using a flush-mounted hot-film anemometer(FMHFA) probe. The experimental measurements were in good agreement with numerical results except in flow with low Reynolds numbers. The wall shear stress increased proximal to the anastomosis in flow from the Penrose tubing (simulating an artery) to the PTFE: graft. In flow from the PTFE graft to the Penrose tubing, low wall shear stress was observed distal to the anastomosis. Abnormal distributions of wall shear stress in the vicinity of the anastomosis, resulting from the compliance mismatch between the graft and the host artery, might be an important factor of ANFH formation and the graft failure. The present study suggests a correlation between regions of the low wall shear stress and the development of anastomotic neointimal fibrous hyperplasia(ANPH) in end-to-end anastomoses. 30523 T00401030523 ^x Air pressure decay(APD) rate and ultrafiltration rate(UFR) tests were performed on new and saline rinsed dialyzers as well as those roused in patients several times. C-DAK 4000 (Cordis Dow) and CF IS-11 (Baxter Travenol) reused dialyzers obtained from the dialysis clinic were used in the present study. The new dialyzers exhibited a relatively flat APD, whereas saline rinsed and reused dialyzers showed considerable amount of decay. C-DAH dialyzers had a larger APD(11.70