• Smart Structures and Systems
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• 제19권2호
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• pp.163-179
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• 2017

The axisymmetric buckling delamination of the Piezoelectric/Metal/Piezoelectric (PZT/Metal/PZT) sandwich circular plate with interface penny-shaped cracks is investigated. The case is considered where open-circuit conditions with respect to the electrical displacement on the upper and lower surfaces, and short-circuit conditions with respect to the electrical potential on the lateral surface of the face layers are satisfied. It is assumed that the edge surfaces of the cracks have an infinitesimal rotationally symmetric initial imperfection and the development of this imperfection with rotationally symmetric compressive forces acting on the lateral surface of the plate is studied by employing the exact geometrically non-linear field equations and relations of electro-elasticity for piezoelectric materials. The sought values are presented in the power series form with respect to the small parameter which characterizes the degree of the initial imperfection. The zeroth and first approximations are used for investigation of stability loss and buckling delamination problems. It is established that the equations and relations related to the first approximation coincide with the corresponding ones of the three-dimensional linearized theory of stability of electro-elasticity for piezoelectric materials. The quantities related to the zeroth approximation are determined analytically, however the quantities related to the first approximation are determined numerically by employing Finite Element Method (FEM). Numerical results on the critical radial stresses acting in the layers of the plate are presented and discussed. In particular, it is established that the piezoelectricity of the face layer material causes an increase (a decrease) in the values of the critical compressive stress acting in the face (core) layer.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권5호
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• pp.1208-1217
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• 1993

본 장치의 핵심은 상 홀로그래피(image holography)시스템을 구성하여 상을 확대시키고, 기준파(reference beam)의 세기를 일반적인 홀로그래피방법에 비해 매우 약하게 하여 홀로그램 기록시 확대된 영상에 스텍클 무늬를 선명하게 기록되도록 한 것이다. 물체에 미소변위를 가하여서 변형 전과후의 상태를 이중으로 기록한 홀로그 램을 얻은 후, 이로부터 확대된 홀로그래피 간섭무늬와 선명한 영의 무늬를 얻을 수 있었다. 본 시험장치로 구성된 홀로스펙클 방법의 신뢰성을 평가하기 위하여 이론적 인 변위량을 알고 있는 외팔보의 변형을 대상으로 하여 실험하였다. 외팔보에 면외 변위와 면내변위를 각각 발생시켜 이때 얻어지는 홀로그래피 간섭무늬와 영의 간섭무 늬의 간격으로부터 면위를 정량적으로 분석하였으며, 면외변위와 면내변위를 동시에 발생시켜 면내변위가 홀로그래피 간섭무늬에 미치는 영향과 면외변위가 영의 간섭무늬 에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 홀로스펙클 방법을 이용하여 일반적인 방법으로는 는 측정이 어려운 볼 압입문제의 3차원 변형상태를 측정하고 유한요소법의 결과와 비교하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.345-356
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• 2013

본 연구에서는 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 코드를 사용하여 TBM에 장착되는 디스크커터에 의한 암석의 절삭과정을 모사하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 3차원 FEM 해석 상용프로그램인 AUTODYN3D를 사용하였으며 이를 통해 국내 황등화강암을 대상으로 총 25개의 절삭조건에 대한 수치적인 절삭시험을 수행하였다. 암석과 디스크커터를 각각 라그란지안 솔버와 SPH 솔버를 사용하여 3차원 형상으로 모델링 하고 두 개의 디스크커터가 순차적으로 암석을 절삭하도록 모델링 하였다. 수치해석과 LCM시험에서 측정한 디스크커터의 작용력은 오차 10%이내의 값을 보여 대체로 일치하는 것으로 나타났고 균열의 전파양상과 암석의 파쇄양상 또한 유사한 것으로 나타났다. 또한 절삭된 최적 커터간격을 측정한 결과 LCM시험 결과와 일치하였다. 이를 통해 SPH코드를 사용한 수치해석기법의 적용성을 확인할 수 있었으나 해석시간을 단축하기 위한 Lagrange-SPH코드의 커플링에 관한 후속연구가 필요할 것으로 판단되었다.

• Wind and Structures
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• 제24권5호
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• pp.405-430
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• 2017

The aerodynamic characteristics of vehicles are critical to assess vehicle safety and passenger comfort for vehicles running on long span bridges in a windy environment. However, in previous wind-vehicle-bridge (WVB) system analysis, the aerodynamic interference between the vehicle and the bridge was seldom considered, which will result in changing aerodynamic coefficients. In this study, the aerodynamic coefficients of a high-sided truck on the ground (ground case) and a typical bridge deck (bridge deck case) are determined in a wind tunnel. The effects of existent structures including the bridge deck and bridge accessories on the high-sided vehicle's aerodynamic characteristics are investigated. A three-dimensional analytical framework of a fully coupled WVB system is then established based on the finite element method. By inputting the aerodynamic coefficients of both cases into the WVB system separately, the vehicle safety and passenger comfort are assessed, and the critical accidental wind speed for the truck on the bridge in a windy environment is derived. The differences in the bridge response between the windward case and the leeward case are also compared. The results show that the bridge deck and the accessories play a positive role in ensuring vehicle safety and improving passenger comfort, and the influence of aerodynamic interference on the response of the bridge is weak.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
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• pp.393-396
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• 2008

콘크리트 중의 철근은 시간경과에 따라 콘크리트의 중성화 및 염해 등에 의해 부식이 진전된다. 이러한 철근부식은 콘크리트의 품질편차, 균열발생 등의 영향으로 동일한 부재에서도 부위에 따라 그 정도에 차이가 발생하며, 균일하게 부식이 진전되지 않는다. 따라서, 콘크리트중의 철근이 부식된 부재에 대하여 역학적 특성을 평가함에 있어서 공식이나 국부부식 등을 고려하지 않고 평균부식률에 의해 평가를 하는 것은 철근이 부식된 실제 철근콘크리트 구조체의 내력저하를 평가하는 데에 있어서 한계가 있을 수밖에 없다.한편, 철근이 부식된 철근콘크리트 구조체의 내력저하를 유한요소법 등에 의해 해석적으로 평가하기 위해서는 부식철근의 역학적 성능에 대한 모델화가 필수적이며, 이를 위해서는 콘크리트중에서의 철근의 부식을 상정한 부식패턴에 대해 정량화하고 이를 역학적 성능과의 관계로서 수식화하는 것이 필요하다. 이에 본 연구에서는 콘크리트내부의 철근부식에 따른 부식형태의 정량화 및 부식철근의 역학적 성능평가를 목적으로 하며, 이를 위해 다양한 패턴의 부식형상을 상정한 철근부식실험을 수행하고 표면형상분석장치에 의해 부식형태를 정량화하였으며, 역학적특성에 대한 평가를 통해 부식정도와 역학적 성능의 관계를 정식화하였다.

• Composites Research
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• 제17권4호
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• pp.68-73
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• 2004

본 논문에서는 한 쪽 면만 복합재 패치로 보강한 알루미늄 균열평판의 피로균열 진전거동을 해석적인 방법으로 고찰하였다. 한쪽 면 보강 시, 균열선단은 비대칭성과 면 외 굽힘의 효과로 인하여 초기의 직선형태에서 경사곡선형태로 진전한다는 사실을 이전의 연구견과에서 확인할 수 있다. 따라서 정확한 피로거동을 고찰하기 위하여는 이와 같은 균열선단의 변화과정을 예측하고, 이론 해석에 반영하는 것이 필수적이라 하겠다. 본 연구에서는 균열선단 전개형상을 고려한 한쪽 면 보강시의 피로해석을 수행하기 위하여 선형탄성 파괴역학개념을 적용한 3차원 순차적 유한요소 해석기법을 적용하였는데, 이를 통하여 진전하는 균열선단 형상을 단계적, 반복적으로 추적하고 해석모델에 반영하였다. 이와 같은 해석기법을 적용함으로써 패치보강 평판의 피로수명은 물론 균열선단 진전과정도 정확히 예측할 수 있었다. 해석으로 얻어진 균열선단 진전거동 및 피로수명은 상응하는 실험결과와 잘 일치함을 확인하였다.

• 한국기계가공학회지
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• 제19권8호
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• pp.56-63
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• 2020

The heat transfer phenomenon in the vicinity of the irradiated region of a focused laser beam of a DMT process greatly affects both the deposition characteristics of powders on a substrate and the properties of the deposited region. The goal of this paper is to investigate the heat transfer characteristics of a single bead deposition of Inconel 718 powders on S45C structural steel using a laser-aided direct metal tooling (DMT) process. The finite element analysis (FEA) model with a Gaussian volumetric heat flux is developed to simulate a three-dimensional transient heat transfer phenomenon. The cross-section of the bead for the FEA is estimated with an equivalent area method using experimental results. Through the comparison of the results of the experiments and those of the analysis, the effective beam radius of the bottom region of the volumetric heat flux and the efficiency of the heat flux model for different powers and travel speeds of the laser are predicted. From the results of the FEA, the influence of the power and the travel speed of the laser on the creation of a steady-state heat transfer region and the formation of the heat-affected zone (HAZ) in the substrate are investigated.

• Smart Structures and Systems
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• 제20권2호
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• pp.127-137
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• 2017

Identification of damping characteristics is of significant importance for dynamic response analysis and condition assessment of structural systems. Damping is associated with the behavior of the energy dissipation mechanism. Identification of damping ratios based on the sensitivity of dynamic responses and the model updating technique is investigated with numerical and experimental investigations. The effectiveness and performance of using the sensitivity-based model updating method and vibration monitoring data for damping ratios identification are investigated. Numerical studies on a three-dimensional truss bridge model are conducted to verify the effectiveness of the proposed approach. Measurement noise effect and the initial finite element modelling errors are considered. The results demonstrate that the damping ratio identification with the proposed approach is not sensitive to the noise effect but could be affected significantly by the modelling errors. Experimental studies on a steel planar frame structure are conducted. The robustness and performance of the proposed damping identification approach are investigated with real measured vibration data. The results demonstrate that the proposed approach has a decent and reliable performance to identify the damping ratios.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2003년도 Proceedings of the international symposium on the fusion technology
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• pp.255-261
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• 2003

Tunnelling in poor and heterogeneous ground is a difficult task. Even with a good geological investigation, uncertainties with respect to the local rock mass structure will remain. Especially for such conditions, a reliable short-term prediction of the conditions ahead and outside the tunnel profile are of paramount importance for the choice of appropriate excavation and support methods. The information contained in the absolute displacement monitoring data allows a comprehensive evaluation of the displacements and the determination of the behaviour and influence of an anisotropic rock mass. Case histories and with numerical simulations show, that changes in the displacement vector orientation can indicate changing rock mass conditions ahead of the tunnel face (Schubert & Budil 1995, Steindorfer & Schubert 1997). Further research has been conducted to quantify the influence of weak zones on stresses and displacements (Grossauer 2001). Sellner (2000) developed software, which allows predicting displacements (GeoFit$\circledR$). The function parameters describe the time and advance dependent deformation of a tunnel. Routinely applying this method at each measuring section allows determining trends of those parameters. It shows, that the trends of parameter sets indicate changes in the stiffness of the rock mass outside the tunnel in a similar way, as the displacement vector orientation does. Three-dimensional Finite Element simulations of different weakness zone properties, thicknesses, and orientations relative to the tunnel axis were carried out and the function parameters evaluated from the results. The results are compared to monitoring results from alpine tunnels in heterogeneous rock. The good qualitative correlation between trends observed on site and numerical results gives hope that by a routine determination of the function parameters during excavation the prediction of rock mass conditions ahead of the tunnel face can be improved. Implementing the rules developed from experience and simulations into the monitoring data evaluation program allows to automatically issuing information on the expected rock mass quality ahead of the tunnel.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2009년도 학술대회 초록집
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• pp.75-80
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• 2009

유한요소법을 이용한 3차원 모델링은 모형에 대한 기하학적 유연성에도 불구하고 대형 연립방정식에 대한 계산이 필요하여 실용성에는 많은 제약이 있었다. 본 연구에서는 최근 컴퓨터와 수치해석기술을 바탕으로 직접해법과 반복해법을 선택적으로 사용한 효율적인 유한요소 3차원 모델링을 구현하였다. 직접해법인 PARDISO는 멀티코어 계산환경에서 병렬 연산을 이용하여 계산속도를 현저히 감소시킬 수 있었고 특히 단딜 주파수 다중 송신의 계산에서 최대의 계산효율을 보였다. 소규모 메모리 환경에서는 BiCGSTAB(1)이 다른 반복해법들에 비해 빠르고 안정적으로 수치해를 계산하였다. 효율적인 3차원 모델링은 주어진 문제와 상황에 적합한 해법을 선택적으로 사용함으로써 가능하다. 모델링에는 다양한 형태의 인공송신원이 고려되어 있으며 향후 3차원 역산의 효율적인 엔진으로 활용할 수 있다.