• 한국항공우주학회지
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• 제48권9호
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• pp.663-670
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• 2020

2.5D C/SiC를 적용한 구조물의 거동 특성을 유한요소해석으로 근사하기 위해 기계적 물성 특성화와 모델링 기법에 관한 연구를 수행하였다. 2.5D C/SiC 소재의 거동 특성을 분석하기 위해 인장시험을 수행하였고 수학적 균질화 기법과 수정된 혼합 법칙을 적용하여 2.5D C/SiC를 구성하는 섬유와 기지의 탄성 물성을 정의하였다. 탄소성 거동을 나타내는 기지는 소성 영역의 거동을 bilinear 함수로 근사하고 시험과 해석의 오차를 최소화하여 등가 항복 강도와 등가 소성 강성을 계산하였다. 그리고 2.5D C/SiC의 RVE를 정의하고 수정된 혼합 법칙을 적용하여 유효강성행렬을 계산하는 과정을 ABAQUS의 User-defined subroutine을 통해 구성하였다. 제안된 과정을 바탕으로 정의된 섬유와 기지의 기계적 물성을 적용하여 유한요소해석을 수행한 결과는 시험의 거동을 잘 근사하고 있음을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권4호
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• pp.239-245
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• 2014

강화재의 복잡한 배열로 인하여 복합재 구조에 대한 유한요소 모델링은 상당히 까다로운 문제가 될 수 있다. 본 논문에서는 복합재 구조에 대하여 효율적으로 주기 격자망을 생성시킬 수 있는 기법을 제안한다. 먼저 육면체 유한요소로 구성된 규칙적인 격자망을 준비하고, 이를 복합재 내의 강화재에 대한 표면 정보에 맞추어 깎아낸다. 강화재와 기지재 사이에서 깎여진 육면체 유한요소는 임의의 절점과 면을 가질 수 있는 다면체 유한요소에 해당한다. 일관된 알고리즘을 이용하여 육면체 유한요소를 깎아내기 때문에 강화재와 기지재 사이의 요소는 자동적으로 적합한 형태로 구성된다. 또한 대표체적영역 내에서 강화재의 주기성을 추가적으로 고려하면, 대표체적영역에 대한 각각의 주기 경계 쌍에서 절점과 요소의 형태가 모두 일치하는 주기 격자망을 효율적으로 생성시킬 수 있다. 그러므로 별도의 처리 없이 대표체적영역에 주기 경계조건을 부여할 수 있다. 수치예제에서는 본 논문에서 제안한 기법의 효용성을 검증한다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2002년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.177-180
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• 2002

3-D 원형 브레이드 복합재료의 물리적인 물성을 계산하기 위해서는 실제와 같은 단위구조의 모델링과 이를 통한 RVE(Representative Volume Element)의 구현이 필수적이다. 실제적인 내부구조 모델링을 위해 단위구조를 2가지로 나누었으며, 실의 경로를 3차원 스플라인으로 적합시켰다. 구현한 내부구조를 통하여 공정변수와 구조변수와의 관계를 고찰하였다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2002년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.114-117
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• 2002

To develop an effective geometric modeling is essential in order that precise material properties of the 3-D braided composite can be estimated. in this study RVE(representative volume element) which is the smallest volume element representing whole material properties is developed to estimate the mechanical properties of 3-D flat board shaped braided composite using volume averaging method.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권1호
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• pp.17-24
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• 2013

본 논문에서는 복합재료의 미시적 파손모드를 고려하는 복합재 파손예측 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 검증을 위하여 원공이 있는 복합재 적층판 시편의 인장시험 및 정적 파손해석을 수행하였다. 먼저 적층각도별 복합재 시편에 대한 인장시험을 통하여 논문에 사용된 재료에 대한 SIFT 허용치를 산출하였고, 미시역학적 모델인 RVE에 대한 유한요소 해석을 통하여 변형률 증폭계수를 결정하였다. 또한 원공이 있는 복합재 적층판 시편에 대한 인장시험을 수행하고, 실험을 통해 얻어진 파손하중 결과를 바탕으로 유한요소 모델에 대하여 정적 파손해석을 수행하였다. 마지막으로 실험결과를 바탕으로 예측된 파손지수 결과를 평가함으로써 개발된 프로그램의 효용성을 검증하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.133-140
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• 2018

본 논문은 $Ni-A{\ell}_2O_3$로 구성된 금속-세라믹 이종 입자복합재의 2차원 미세구조(microstructure) 생성과 미세구조 스케일(scale)에 따라 정의되는 계층적 모델들의 역학적 특성 분석에 관한 내용이다. 이종 입자복합재의 미세구조는 수학적인 MDF(random morphology description functions) 모델링기법을 복합재의 2차원 RVE(representative volume element) 영역에 적용하여 생성하였다. 그리고 미세구조 생성에 필요한 가우스 함수들의 개수에 따라 미세구조의 계층적 모델을 정의하였다. 한편 임의 미세구조 내 금속과 세라믹 입자가 차지하는 체적분율(volume fraction)은 RMDF 함수의 레벨을 조정함으로서 설정하였다. RMDF기법에 의한 미세구조들은 가우스 함수들의 개수가 일정할지라도 랜덤하게 생성된다. 이렇게 랜덤하게 생성되는 미세구조들을 2차원 보(beam) 모델에 적용하여 미세구조의 스케일에 따른 수직응력과 전단응력의 계층적 변동을 수치 해석적으로 고찰하였다. 또한, 균열해석을 통해 RMDF의 랜덤성과 가우스 함수들의 개수가 균열선단에서의 응력값에 미치는 영향을 고찰하였다.

• Composites Research
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• 제31권5호
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• pp.251-259
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• 2018

본 논문에서는 섬유강화복합재의 멀티스케일 해석을 위해 필요한 대규모/소규모 통계적 체적요소 모델을 개발하였다. 미시영역모델의 크기효과를 최소화하기 위해서 섬유를 최대한 포함한 거대모델을 구성하였다. 이를 위해 국부 영역의 요소 절단법을 이용하여 전체 유한요소 크기에 상관없이 신속한 격자 섬유/기지의 모델링이 가능한 요소생성기를 구성하였다. 이를 통해 대규모 통계 체적 모델을 도출하여 체적모델의 크기에 따른 국부하중 공유의 차이를 고찰하고, 섬유방향의 연속체손상역학모델을 BSVEs 모델 해석으로부터 도출 하였다. BSVEs 모델을 보편적인 RVE모델과 비교 검증하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제23권5호
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• pp.419-429
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• 2020

To investigate the effect of spatial variability on hydraulic properties of unsaturated soils, a numerical model is set up which can simulate seepage process in an unsaturated heterogeneous soil. The unsaturated heterogeneous soil is composed of matrix sand embedded with a small proportion of clay for simulating the heterogeneity. Soil-water characteristic curve and unsaturated hydraulic conductivity curve of the unsaturated soil are expressed by Van Genuchten model. Hydraulic parameters of the matrix sand are considered as random fields. Different autocorrelation lengths (ACLs) of hydraulic parameter of the matrix sand and different proportions of clay are assumed to investigate the influence of spatial variability on the equivalent hydraulic properties of the heterogeneous soil. Four model sizes are used in the numerical experiments to investigate the influence of scale effects and to determine the sizes of representative volume element (RVE) in the numerical simulations. Through a number of Monte Carlo simulations of unsaturated seepage analysis, the means and the coefficients of variations (COVs) of the equivalent hydraulic parameters of the heterogeneous soil are calculated. Simulations show that the ACL and model size has little influence on the means of the equivalent hydraulic parameters, but they have a large influence on the COVs of the equivalent hydraulic parameters. The size of an RVE is mainly affected by the ACL and the proportion of heterogeneity. The influence of spatial variability on the hydraulic parameters of the heterogeneous unsaturated soil can be used as a guidance for geotechnical reliability analysis and design related to unsaturated soils.

• Composites Research
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• 제33권1호
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• pp.30-37
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• 2020

단방향 연속 섬유 강화 복합소재에 대하여 섬유 배열에 따른 응력 분포 양상을 연구하기 위해 단면 형상을 대표하는 체적 요소를 생성하였다. 대표 체적 요소에 횡방향 하중을 가하였을 때, 섬유와 기지재 강성의 차이로 인해 섬유 둘레에서 응력 집중 현상이 발생하며, 섬유 간 좁은 간격 때문에 집중된 응력이 중첩되며 섬유 주변에서 높은 응력이 구해질 것이라 쉽게 예측할 수 있다. 본 연구에서는 섬유 둘레 응력 증감이 단순히 섬유 간 간격 뿐 아니라 섬유의 상대적 위치가 하중 방향과 이루는 각도에 의해서도 결정됨을 보여준다. 정규 육각 구조를 가지는 대표 체적 요소의 중앙에 위치한 섬유를 다양한 방향으로 이동시키며 횡방향 하중을 가하여, 섬유 주변 응력이 증가하거나 감소하는 양상을 유한요소해석 기법을 이용해 측정하였다. 섬유 간 거리가 최소이면서 두 섬유의 중심을 잇는 선분의 방향이 하중 방향과 일치할 때 응력이 최대로 증가하였으며, 섬유 간 거리가 최소라 하더라도 하중 방향에 수직일 때 최대 응력은 오히려 감소한다는 것을 보여준다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권5호
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• pp.1549-1559
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• 2022

As an accident tolerant fuel (ATF) concept, oxide dispersion strengthened Zircaloy-4 (ODS Zry-4) cladding has been developed to enhance the mechanical properties of cladding using laser processing technology. In this study, a simulation technique was established to investigate the mechanical properties and effects of Y₂O₃ particles for the ODS Zry-4. A 3D representative volume element (RVE) model was developed considering the parameters of the size, shape, distribution and volume fraction (VF) of the Y₂O₃ particles. From the 3D RVE model, the Young's modulus, coefficient of thermal expansion (CTE) and creep strain rate of the ODS Zry-4 were effectively calculated. It was observed that the VF of Y₂O₃ particles had a significant effect on the aforementioned mechanical properties. In addition, the predicted properties of ODS Zry-4 were applied to a simulation model to investigate cladding deformation under a transient condition. The ODS Zry-4 cladding showed better performance, such as a delay in large deformation compared to Zry-4 cladding, which was also found experimentally. Accordingly, it is expected that the simulation approach developed here can be efficiently employed to predict more properties and to provide useful information with which to improve ODS Zry-4.