• 터널과지하공간
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• 제17권1호
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• pp.9-16
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• 2007

굴진장이 터널의 안정성 및 시공비에 미치는 영향에 대해서는 많은 연구자와 기술자들이 잘 알고 있지만, 아직 굴진장 결정에 대해서 일관된 절차가 수립되지는 못한 실정이다. 본 연구에서는 굴진장을 고려한 연암터널의 막장과 무지보 구간의 거동형태를 실내모형실험, PFC3D 및 FDM 해석을 통하여 조사하였다. 총 다섯 개의 거동형태를 정의하였고, 막장 안전율과 설계 도표를 통해 거동형태를 정량적으로 판단할 수 있도록 하였다. 비록 본 연구에서 제안한 방법이 몇몇 제한을 갖지만, 굴진장과 굴착의 최적화를 위한 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

• Smart Structures and Systems
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• 제22권6호
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• pp.663-673
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• 2018

In this study, the effect of particle size on the cracks propagation and coalescence or cracking pattern of the edge notched disc specimens are investigated. Firstly, calibration of PFC3D was performed using Brazilian experimental test output. Then micro parameters were used to build edge notched disc specimen. The horizontal wall of the assembly is let to move downward with a standard low speed of 0.016 m/s. The numerical results show that the tensile cracks are dominant failure pattern for the modeled discs. These tensile cracks initiate from the pre-existing notch tip and propagate parallel to the loading direction then interact with the upper boundary of the modeled specimen. As the size of the balls (ball diameter) decrease the number of tensile cracks increase. The tensile fracture toughness of the samples also decreases as the particle size increases. Understanding the crack propagation and crack coalescence phenomena in brittle materials such as concretes and rocks is of paramount importance in the stability analyses for engineering structures such as rock slopes, underground structures and tunneling.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권4호
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• pp.463-470
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• 2022

In NATM tunnels, water inrush and tunnel collapse are often encountered in silty-fine sand with abundant water during excavation. Because of the special engineering properties of this stratum, grouting effect is difficult to achieve as expected, and it is a major problem in the field of civil engineering. Taking Beijing Metro Line 10 as a case, we applied PFC3D to simulate the process of grouting in this stratum. By analyzing the law of grout diffusing and porosity change under different grouting pressures, the study found that grouting was a process of splitting, and grouting pressure played an important role. The numerical results were verified by theoretical calculation analysis, and the grouting parameters were determined under the various grouting pressures for practice. After the excavation of this tunnel, the concretions in silty-fine sand are similar to the results of PFC3D simulation, which indicates that the grouting mechanism is confirmed by field observation further.

• Geomechanics and Engineering
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• 제35권5호
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• pp.475-486
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• 2023

Ballast particles have an irregular shape and are discrete in nature. Due to the discrete nature of ballast, it exhibits complex mechanical behaviour under loading conditions. The discrete element method (DEM) can model the behaviour of discrete particles under a multitude of loading conditions. DEM is used in this paper to simulate a series of three-dimensional direct shear tests in order to investigate the shear behaviour of railway ballast and its interaction at the microscopic level. Particle flow code in three dimension (PFC3D) models the irregular shape of ballast particles as clump particles. To investigate the influence of particle size distribution (PSD), real PSD of Indian railway ballast specification IRS:GE:1:2004, China high-speed rail (HSR) and French rail specifications are generated. PFC3D built-in linear contact model is used to simulate the interaction of ballast particles under various normal stresses, shearing rate and shear box sizes. The results indicate how shear resistance and volumetric changes in ballast assembly are affected by normal stress, shearing rate, PSD and shear box size. In addition to macroscopic behaviour, DEM represents the microscopic behaviour of ballast particles in the form of particle displacement at different stages of the shearing process.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권1호
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• pp.73-84
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• 2024

Owing to the high strength and abrasive characteristics of cobble-boulders, cutters are easily worn and damaged during shield tunneling, making construction inefficient. In the present work, the stress on the ripper and scraper on the cutterhead was analyzed by the PFC3D-FLAC3D coupling model of shield tunneling to get insight into the performance of the cutterhead for cutting underground cobble and boulders. The numerical calculation results revealed that the increase in trajectory radius leads to a rising stress on the cutters, and the stress on the front cutting surface is greater than that on the back of the cutters. Moreover, the correlation between cutter wear and stress is revealed based on field measurement data. The distribution of the cutter stress is consistent with the cutter wear and breakage characteristics in actual construction, in which more extensive cutter stress is exhibited, extreme cutter wear appears, and more cutter breakage occurs. Finally, the relationship between the cutterhead opening area's layout and cutter wear distribution was investigated, indicating that the cutter wear extent is the most severe in the region where the radial opening ratio dropped sharply.

• Computers and Concrete
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• 제26권5호
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• pp.377-384
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• 2020

A two-dimensional particle flow cod (PFC) is used to study the effect of missile impact on the concrete target. For this purpose firstly calibration of numerical model was performed so that tensile strength of numerical models and experimental sample were the same. Secondly, a concrete model was built. The number of concrete layers and the angle of concrete layers related to horizontal axis were changed. Their numbers were 1, 2, 3 and 4. The angles were 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°. A semi-circle missile was simulated at top of the concrete layers. Its velocity in opposite side of Y direction was 100 m/s. three measuring circles were situated at the below the missile in the model to receive the applied force. The load in the missile and measuring circles together with failure pattern were registered at the beginning of the impaction. The results show that concrete layers number and concrete layers angle have important effect on the failure load while the failure pattern was nearly constant in all of the models.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권7호
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• pp.57-65
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• 2011

본 연구에서는 3차원 개별요소해석 코드인 Particle Flow Code, $PFC^{3D}$(Itasca)를 이용, 조립재료의 실내 삼축압축시험에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행하였으며, 해석 모델과 개별요소를 대상으로 다양한 상사 조건에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행, 그 결과를 통해 각각의 스케일 조건이 최종 수치 모델링 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 3차원 개별요소 수치 모델링은 기존 2차원 모델링 대비 별도의 간극률 환산 없이 정확한 초기 조건 구현이 가능했으며, 응력-변형 및 체적변화 거동, 강도정수등에 있어 실내시험 결과와 유사한 수치 해석적 예측이 가능하였다. 해석 모델과 개별요소에 대한 다양한 상사비 조건별 수치 모델링 결과, 3차원 해석 시의 안정적 예측결과 도출 및 수치 시험실 활용에 대한 적정성을 확보하되, 해석시간 단축 및 해석 효율성 확보를 위해서는 해석 모델과 개별요소에 대한 적정 상사비 결정이 필요함을 알 수 있었다. 해석 모델의 크기와 개별요소의 입경크기를 변화시켜 개별요소 수치모델링을 수행한 결과, 대부분의 경우 전체적인 응력-변형 거동에 차이가 발생하였지만, 점착력과 내부 마찰각의 강도정수는 $D_{mod}/D_{gmax}$ < 10 조건에 유사한 결과를 보였으며, 개별요소 방법이 수치 시험실 기법을 이용한 강도정수 산정에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 화약ㆍ발파
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• 제28권2호
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• pp.1-16
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• 2010

본 연구에서는 암반사면형성 작업시 최종벽면에 적용된 프리스플리팅(pre-splitting) 발파공법의 발파효과와 관련하여 발파 후 벽면의 암반손상이 장약된 폭약의 폭력 보다는 암반 내에 발달된 불연속면의 발달 형태에 따라 더 큰 영향을 보일 수 있음을 규명하였다. 이를 위하여 불연속면을 대표할 수 있는 절리에 대한 조사를 통해 발파 후 벽면 암반의 절리군 분포양상을 4가지 Case로 분류하고, 파쇄도 분석 영상처리시스템을 통해 벽면에 나타나는 암반블록의 크기 빈도를 비교 분석함으로써 벽면의 암반손상도를 파악하였다. 절리군이 1개 이하로 발달하는 경우, 분석된 블록의 크기 중 2,000mm 이상 되는 부분이 42%를 차지하여 프리스플리팅 발파공법의 효과를 뚜렷이 확인할 수 있었으며, 2~3개의 절리군이 일방향으로 발달하는 경우와 교차되면서 발달하는 경우, 블록의 크기는 1,000~2,000mm 사이에 각각 43.6% 및 35.8%의 빈도로 분포하는 것으로 나타나 프리스플리팅 발파공법에 의한 발파효율이 다소 떨어지는 양상을 보였다. 그러나 3개 이상의 절리군이 불규칙하게 발달하는 경우에는 블록의 크기가 250~500mm 사이에 35%의 빈도로 분포하고 1,000mm 이상의 크기에 대해서는 거의 나타나지 않는 양상을 보였다. 따라서 이러한 경우 프리스플리팅 발파공법에 의한 발파 효과는 거의 없이 일반적인 발파가 이루어졌다고 볼 수 있었다. 또한 PFC2D에 의한 발파수치해석결과, 암반 내부로의 손상영역 발생은 본 발파보다는 프리스플리팅 발파공법에 의해 직접적인 영향을 받을 수 있음을 확인하였으며, 따라서 향후 사면 형성을 위한 프리스플리팅 발파공법을 적용할 경우에는 사전 지표지질조사를 시행하여 절리를 비롯한 불연속면과 관련된 사항을 충분히 파악할 필요가 있으며, 시공진행에 따라 예상보다 많은 절리군이 나타날 경우에는 프리스플리팅 발파공법의 설계 조정이 필요할 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제23권1호
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• pp.54-65
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• 2013

선형절삭시험(Linear Cutting Machine)은 TBM(Tunnel Boring Machine)에서의 디스크 커터 설계와 굴진성능 예측을 위한 가장 신뢰성 있는 시험 중의 하나로서, 실대형 암석시료를 대상으로 실제의 커터 하중을 예측할 수 있는 장점을 갖고 있지만, 시료의 채취 및 운반이 용이하지 않고, 1회 시험에 많은 비용이 소요되는 단점을 갖고 있다. 최근 선형절삭시험이 갖는 이러한 경제적 시간적 제약점들을 극복할 수 있는 현실성 있는 수치모델의 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 3차원 입자결합모델을 이용하여 디스크 커터의 절삭에 의한 부산 응회암의 파쇄양상과 최적 커터간격을 도출하였다. 본 해석에서 분석된 비에너지는 $14.3MJ/m^3$ 일 때 최소값을 나타냈다. 이때의 최적의 s/p 비는 약 16 으로 분석되었으며, 부산응회암의 선형절삭시험 및 유한요소법에 의한 수치해석 연구결과와 유사한 경향을 나타냈다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권4호
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• pp.26-33
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• 2016

최근 UPS의 효율을 높이기 위하여 무변압기형 UPS의 사용이 증가되고 있다. 하지만 무변압기형 UPS는 입 출력 구조상 문제로 인해 3상4선식의 IGBT PWM 정류기가 필요하며 이는 기존의 3상3선식 PWM 정류기의 PFC 제어기법으로는 중성선 전류 문제로 동작이 되지 않으므로 3상4선식 PWM 정류기의 특성에 맞는 적절한 PWM 제어기법이 요구되고 있다. 3상4선식 IGBT PWM 정류기의 제어를 위한 제어기법으로는 각상 개별제어 기법과 3D SVM 기법이 있지만 두 방식 모두 장단점이 존재한다. 각상 개별제어 기법은 제어가 불안정하고 3D SVM 기법은 입력 측 인덕터의 L값이 상당히 커져야하는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 기존의 각상 개별제어 방식과 d-q 제어 알고리즘을 접목시켜 동기좌표계상에서 직류로 제어하는 3상4선식 IGBT PWM 정류기 제어기법을 제안하였다. 또한 본 논문에서 제안한 3상4선식 IGBT의 PWM 정류기 제어 알고리즘을 바탕으로 시뮬레이션과 실험을 수행 하였다. 시뮬레이션을 수행한 결과, 3상4선식 IGBT PWM 정류기를 안정적으로 제어하고 중성선 전류를 줄일 수 있어, 본 논문에서 제안한 방식의 유효성을 확인하였다.