• Structural Engineering and Mechanics
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• 제63권3호
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• pp.361-370
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• 2017

Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권3호
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• pp.301-307
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• 2015

결합 기반 페리다이나믹 모델을 통해 다양한 동적취성파괴 현상을 해석할 수 있었지만, 결합 기반 모델은 다양한 재료 구성 모델을 표현하는데 여러 한계를 보여왔다. 특히 결합 기반 모델은 각 결합들이 서로 독립적으로 작용하도록 가정하였기 때문에 3차원 모델에서 포아송비가 1/4로 고정되며 전단 변형이 표현되지 못하고 체적 변형만이 모사되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 상태 기반 페리다이나믹 모델을 통한 동적취성파괴 해석을 제시한다. 상태 기반 모델은 일종의 일반화된 페리다이나믹 모델로서 일반적인 재료 구성모델로부터 직접 페리다이나믹 재료 모델을 구성한다. 또한 연결된 모든 결합의 변형을 통해 각 절점의 재료 응답이 결정되기 때문에 체적 및 전단 변형이 모두 표현된다. 본 논문에서는 선형 탄성체에 대해서 상태 기반 평면 응력 페리다이나믹 모델을 소개하고 상태 기반 모델에 적합한 손상 모델에 대해 논의한다. 페리다이나믹 비국부 영역을 축소시키는 $\delta$-수렴성 연구를 통해 동적파괴 모델을 검증하고 상태 기반 모델이 동적 균열 전파를 모델링하는데 적합함을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.766-773
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• 2002

본 연구에서는 습도 변화와 같은 물리적인 원인으로 보수체의 손상(표면 균열, 경계면 파괴)을 유발하는 표면 인장 응력과 기층과 보수층 단부 경계변의 연직 인장 응력 및 전단 응력이 해석적으로 조사되었다. 응력 계산 시에는 사용 재료의 비선형응력-변형률 곡선이 사용되었고, 특히 변형률 경화, 변형률 연화 특성이 고려되었다. 응력 계산은 보수층의 두께와 보수 재료를 변수로 하였다. 습도 변화에 의한 영향은 보수체가 장기간 공용된 후 수위 하강으로 인해 나타나는 현상(콘크리트 댐)과 보수 후 일정한 양생 기간 후에 거푸집을 제거했을 때 나타나는 현상의 두 가지 경우에 대해서 조사되었다 건조되기 전 보수체 표변의 초기 습도는 100%, 대기 습도는 55%로 가정하였고, 계산기간(양생＋건조기간)은 30일간으로 하였다. 상기 두 가지 경우에 대해서 응력을 계산한 결과, 보수체 표면에서는 일부 보수체(CM20, ECM25)에서 단지 변형률 연화 단계의 가상 균열이 발생되었다. 한편 단부 경계면에서는 양생 중에 부착 강도를 약간 상회하는 일부 보수체(CM20)를 제외하고는 부착 전단 파괴는 발생치 않았다. 습도 변화에서도 단부 경계면의 들뜸현상(Peel-Off)이 보수체 손상의 주요원인으로 나타났고, 이를 유발하는 연직 인장 응력은 공용 중에 건조되는 경우에는 보수층 두께 dO=1cm에서만 부착 강도보다 낮은 값을 유지하고, 보수 작업시 양생 후 대기에 노출되는 경우에는 1.5일 이내에 발현된 부착 강도를 초과하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.139-148
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• 2011

국내의 경우 노후화된 콘크리트 포장에 대한 일반적인 유지보수 공법으로 아스팔트 덧씌우기 공법이 사용되고 있다. 그러나 기존 콘크리트 포장의 수명을 연장시키기 위한 아스팔트 덧씌우기 공법의 경우, 기존 포장과의 물리적 특성이 상이하여 반사균열, 포트홀 및 소성변형 등의 다양한 포장 파손이 발생하고 있는 실정이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 아스팔트 덧씌우기 공법을 대처하기 위한 방안으로 콘크리트 덧씌우기 공법의 적용이 요구되고 있는 실정이다. 콘크리트 덧씌우기 공법은 사용 연한이 길고, 중차량에 대한 지지력이 우수하며, 소성변형이 발생하지 않으므로 유지보수 빈도 및 유지관리비를 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다. 하지만 비교적 긴 양생기간으로 인하여 우회도로 가설 및 교통통제 등의 기술적인 문제가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 충분한 작업성 확보 및 신속한 교통개방을 위하여 초속경 아크릴계 폴리머 개질 콘크리트를 사용하여 작업성, 내구성 및 환경저항성에 대한 평가를 통한 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법의 적용성을 검토하였다. 조기 교통개방 특성 평가를 위한 강도측정 결과 재령 4시간 후 압축강도 21MPa, 부착강도 1.4MPa를 상회하는 결과를 확인하였다. 또한 환경하중 저항성 실험 결과 일반 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 비해 매우 우수하여 내구성을 확보할 것으로 판단하였다. 따라서 본 연구를 통하여 초속경 아크릴계 폴리머 개질 콘크리트는 대규모 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법에 적합한 재료로써, 충분한 작업성 및 신속한 조기 교통개방을 요구하는 유지보수 공법 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한치과보철학회지
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• 제28권1호
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• pp.165-191
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• 1990

Although a number of studies have been performed to assure that residual stress caused by a mismatch of alloy porcelain thermal expansion can contribute to clinical failure of a ceramometal restoration, the interactive influence of cooling rate on the magnitude of thermal expansion difference and on bond strength between them have not been extensively analyzed. The objective of this study was to determine the influence of cooling rate and the number of firing cycles on the expansion mismatch and the flexural failure resistance of metal porcelain strip. Tested alloys included one Pd-Ag alloy, one Ni-Cr-Be alloy with two kinds of porcelain, Vita and Ceramco. Metal specimens were cast into rods with a height of 13mm and a diameter of 5mm. Subsequently, the castings were subjected to scheduled firing cycles without porcelain. And the porcelain specimens after being fired were trimmed into a bar with a final dimension of $5{\times}5{\times}25mm$. Thermal expansions of the alloys and porcelains were measured by using a push rod or a differential dialometer respecitvely. Porcelain glass transition temperatures and expansion values were derived alloy-porcelain pairs were assessed by comparing expansion values of the components at a porcelain glass transition temperature. Calculations were made using combinations of a Ni-Cr alloy or Pd-Ag alloy with each of two porcelain products. Metal-porcelain strip specimens were subjected to four point loading in an Instron testing machine until crack occured at the metal-cramic interface at the time of sharp decrease of load on recorder. On the basis of this study, the following conclusions may be stated: 1. Regardless of the kinds of ceramometal combinations, both of calculated and experimental data revealed that the double fired specimens exhibited a significantly lower flexural strength. 2. By the rise of the amount of mismatch, bond strength were decreased. 3. Thermal expansion value of Pd-Ag alloys were higher than that of Ni-Cr alloys. 4. Expansion curves of metal were proportional to the increase of temperature and were not affected by the experimental conditions, however porcelains did not show the same magnitude of metal, and a shift of the glass transition temperature to higher temperatures was observed when cooled rapidly 5. Alloy-porcelain thermal compatibility appeared more dependent on the porcelain than the alloy.

• 한국도로학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.23-32
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• 2009

본 연구에서는 콘크리트포장의 단면보수용 복합재료 8개(초속경시멘트계열 : RCC 3종, 폴리머시멘트계열 : PCC 2종, 폴리머계열 : PC 3종)에 대해 역학적인 특성 및 내구성 실험을 수행하였다. 역학적 특성으로서 응결시간, 압축강도, 휨강도, 탄성계수, 경화수축에 대해 실험하였고, 내구성으로서 동탄성계수 및 동결융해 후 부착강도, 흡수율, 내화학성, 자외선 노출 실험을 수행하였다. 탄성계수는 RCC>PCC>PC계열의 순으로 나타나서 폴리머가 사용되면서 연성의 특성을 보였다. 초기 재령에서의 폴리머 콘크리트의 경화수축이 상대적으로 큰 것으로 관찰되었지만 재령 28일에서는 다소 안정된 결과를 보였다. 상대동탄성계수, 흡수율, 10% $CaCl_2$와 10% $Na_2SO_4$의 화학용액을 사용한 내화학성 실험결과 PC계열, PCC계열, RCC계열 순으로 저항성이 우수한 것으로 나타났다. 200~300회 동결융해 이후의 부착강도 실험결과 PC-2를 제외하고는 모두 1.3MPa 이상을 확보하였고, PC 및 PCC 제품의 부착강도가 RCC 제품보다 전체적인 면에서 우수한 것으로 나타났다. 또한 시편을 500시간동안 자외선 노출시험 결과 모든 패치재료 시편에서 균열 및 표면 결함 등이 발견되지 않아 PC 및 PCC 제품의 자외선에 대한 내구성이 확보됨을 확인하였다.

• 대한치과보철학회지
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• 제29권1호
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• pp.111-137
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• 1991

Although a number of studies have been performed to assure that residual stress caused by a mismatch of alloy porcelain thermal expansion can contribute to clinical failure of a ceramometal restoratoin, the interactive influence of cooling rate on the magnitude of thermal expansion difference and on bond strength between them have not been extensively analyzed. The objective of this study was to determine the influence of cooling rate and the number of firing cycles on the expansion mismatch and the flexural failure resistance of metal porcelain strip. Tested alloys included one Pd-Ag alloy, one Ni-Cr-Be alloy with two kinds of porcelain, Vita and Ceramco. Metal specimens were cast into rods with a height of 13mm and a diameter of 5mm. Subsequently, the castings were subjected to scheduled firing cycles without porcelain. And the porcelain specimens after being fired were trimmed into a bar with a final dimension of 5 x 5 x 25mm. Thermal expansions of the alloys and porcelains were measured by using a push rod or a differential dialometer respectively. Porcelain glass transition temperatures and expansion values were derived alloy- porcelain pairs were assessed by comparing expansion values of the components at a porcelain glass transition temperature. Calculations were made using combinations of a Ni-Cr alloy or Pd-Ag alloy with each of two porcelain products. Metal- porcelain strip specimens were subjected to four point loading in an Instron testing machine until crack occured at the metal-cramic interface at the time of sharp decrease of load on recorder. On the basis of this study, the following conclusions may be stated : 1. Regardless of the kinds of ceramometal combinations, both of calculated and experimental data revealed that the double fired specimens exhibited a significantly lower flexural strength. 2. By the rise of the amount of mismatch, bond strength were decreased. 3. Thermal expansion value of Pd-Ag alloys were higher than of Ni-Cr alloys. 4. Expansion curves of metal were proportional to the increase of temperature and were not affected by the experimental conditions, however porcelains did not show the same magnitude of metal, and a shift of the glass transition temperature to higher temperatures was observed when cooled rapidly. 5. Alloy- porcelain thermal compatibility appeared more dependent on the porcelain than the alloy.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권1호
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• pp.9-20
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• 2023

고속도로 콘크리트 구조물은 제설제 사용량 증가로 구조물의 열화가 가속되고 있어 성능회복을 위해 단면복구공사를 실시하고 있다. 하지만, 보수공사 이후 보수부위에 균열, 들뜸 및 부착성능 저하 등의 재손상이 나타나고 있다. 본 연구에서는 먼저 해외 기준을 분석하였고, 공용 중인 콘크리트 구조물의 현장조사, 실내실험, 폐교량에 대한 시험시공을 통해 균열 방지 및 부착성능향상을 위해 강화된 기준을 제시하였다. 요구성능이 충족되는 재료는 모두 적용이 가능하도록 성능기반의 품질기준을 제시하였고, 재료별 상이한 시험방법도 일관성 있는 시험결과 분석을 위해 콘크리트 시험법으로 통일하여 제시하였다. 고려된 품질기준은 하중 저항을 위해 역학특성 분야로는 압축강도, 휨강도, 부착강도 기준을 마련하였고, 체적안정성을 위해 길이변화율, 균열저항성, 열팽창계수, 탄성계수를 기준을 마련하였다. 제설염해에 대한 저항성을 위해 내구성능 분야로는 염분침투저항성과 동결융해저항성 기준을 제시하였다. 본 연구에 의해 제시된 콘크리트 보수재료의 기준은 국내의 단면복구공사 품질향상에 기여할 것으로 기대된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제30권6호
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• pp.713-732
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• 2008

Serviceability and durability of the concrete members can be seriously affected by the corrosion of steel rebar. Carbonation front and or chloride ingress can destroy the passive film on rebar and may set the corrosion (oxidation process). Depending on the level of oxidation (expansive corrosion products/rust) damage to the cover concrete takes place in the form of expansion, cracking and spalling or delamination. This makes the concrete unable to develop forces through bond and also become unprotected against further degradation from corrosion; and thus marks the end of service life for corrosion-affected structures. This paper presents an analytical model that predicts the weight loss of steel rebar and the corresponding time from onset of corrosion for the known corrosion rate and thus can be used for the determination of time to cover cracking in corrosion affected RC member. This model uses fully the thick-walled cylinder approach. The gradual crack propagation in radial directions (from inside) is considered when the circumferential tensile stresses at the inner surface of intact concrete have reached the tensile strength of concrete. The analysis is done separately with and without considering the stiffness of reinforcing steel and rust combine along with the assumption of zero residual strength of cracked concrete. The model accounts for the time required for corrosion products to fill a porous zone before they start inducing expansive pressure on the concrete surrounding the steel rebar. The capability of the model to produce the experimental trends is demonstrated by comparing the model's predictions with the results of experimental data published in the literature. The effect of considering the corroded reinforcing steel bar stiffness is demonstrated. A sensitivity analysis has also been carried out to show the influence of the various parameters. It has been found that material properties and their inter-relations significantly influence weight loss of rebar. Time to cover cracking from onset of corrosion for the same weight loss is influenced by corrosion rate and state of oxidation of corrosion product formed. Time to cover cracking from onset of corrosion is useful in making certain decisions pertaining to inspection, repair, rehabilitation, replacement and demolition of RC member/structure in corrosive environment.

• Computers and Concrete
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• 제15권6호
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• pp.951-972
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• 2015

The focus of the present study is to investigate both local and global behaviour of a precast concrete sandwich panel. The selected prototype consists of two reinforced concrete layers coupled by a system of cold-drawn steel profiles and one intermediate layer of insulating material. High-definition nonlinear finite element (FE) models, based on 3D brick and 2D interface elements, are used to assess the capacity of this technology under shear, tension and compression. Geometrical nonlinearities are accounted via large displacement-large strain formulation, whilst material nonlinearities are included, in the series of simulations, by means of Von Mises yielding criterion for steel elements and a classical total strain crack model for concrete; a bond-slip constitutive law is additionally adopted to reproduce steel profile-concrete layer interaction. First, constitutive models are calibrated on the basis of preliminary pull and pull-out tests for steel and concrete, respectively. Geometrically and materially nonlinear FE simulations are performed, in compliance with experimental tests, to validate the proposed modeling approach and characterize shear, compressive and tensile response of this system, in terms of global capacity curves and local stress/strain distributions. Based on these experimental and numerical data, the structural performance is then quantified under various loading conditions, aimed to reproduce the behaviour of this solution during production, transport, construction and service conditions.