• Steel and Composite Structures
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• 제47권5호
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• pp.615-631
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• 2023

Steel corrosion induces structural deterioration of concrete-filled steel tubes (CFSTs), and any potential extreme action on a corroded CFST would pose a severe threat. This paper presents a comprehensive investigation on the lateral impact behaviour of CFSTs suffering from localised pitting corrosion damage. A refined finite element analysis model is developed for the simulation of locally corroded CFSTs subjected to lateral impact loads, which takes into account the strain rate effects on concrete and steel materials as well as the random nature of corrosion pits, i.e., the distribution patterns and the geometric characteristics. Full-range nonlinear analysis on the lateral impact behaviour in terms of loading and deforming time-history relations, nonlinear material stresses, composite actions, and energy dissipations are presented for CFSTs with no corrosion, uniform corrosion and pitting corrosion, respectively. Localised pitting corrosion is found to pose a more severe deterioration on the lateral impact behaviour of CFSTs due to the plastic deformation concentration, the weakened confinement and the reduction in energy absorption capacity of the steel tube. An extended parametric study is then carried out to identify the influence of the key parameters on the lateral impact behaviour of CFSTs with localised pitting corrosion. Finally, simplified design methods considering the features of pitting corrosion are proposed to predict the dynamic flexural capacity of locally pitted CFSTs subjected to lateral impact loads, and reasonable accuracy is obtained.

• Advances in nano research
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• 제14권6호
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• pp.575-590
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• 2023

Many of small-scale devices should be designed to tolerate high temperature changes. In the present study, the states of buckling and stability of nano-scale cylindrical shell structure integrated with piezoelectric layer under various thermal and electrical external loadings are scrutinized. In this regard, a multi-layer composite shell reinforced with graphene nano-platelets (GNP) having different patterns of layer configurations is modeled. An outer layer of piezoelectric material receiving external voltage is also attached to the cylindrical shell for the aim of observing the effects of voltage on the thermal buckling condition. The cylindrical shell is mathematically modeled with first-order shear deformation theory (FSDT). Linear elasticity relationship with constant thermal expansion coefficient is used to extract the relationship between stress and strain components. Moreover, minimum virtual work, including the work of the piezoelectric layer, is engaged to derive equations of motion. The derived equations are solved using numerical method to find out the effects of temperature and external voltage on the buckling stability of the shell structure. It is revealed that the boundary condition, external voltage and geometrical parameter of the shell structure have notable effects on the temperature rise required for initiating instability in the cylindrical shell structure.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권1호
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• pp.1-18
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• 2024

The present study conducts a thorough analysis of thermal vibrations in functionally graded porous nanocomposite beams within a thermal setting. Investigating the temperature-dependent material properties of these beams, which continuously vary across their thickness in accordance with a power-law function, a finite element approach is developed. This approach utilizes a nonlocal strain gradient theory and accounts for a linear temperature rise. The analysis employs four different patterns of porosity distribution to characterize the functionally graded porous materials. A novel two-variable shear deformation beam nonlocal strain gradient theory, based on trigonometric functions, is introduced to examine the combined effects of nonlocal stress and strain gradient on these beams. The derived governing equations are solved through a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study delves into the influence of structural parameters, such as thicknessratio, beam length, nonlocal scale parameter, and strain gradient parameter. Furthermore, the study explores the impact of thermal effects, porosity distribution forms, and material distribution profiles on the free vibration of temperature-dependent FG nanobeams. The results reveal the substantial influence of these effects on the vibration behavior of functionally graded nanobeams under thermal conditions. This research presents a finite element approach to examine the thermo-mechanical behavior of nonlocal temperature-dependent FG nanobeams, filling the gap where analytical results are unavailable.

• Advances in nano research
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• 제17권1호
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• pp.61-73
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• 2024

This paper presents nonlinear vibration analysis of a composite cylindrical shell. The core of the shell is made of functionally graded (FG) porous materials and layers is fabricated of carbon nanotubes (CNTs) reinforced nanocomposites. To increase the accuracy of results, neutral surface position is considered. First-order shear deformation theory is used as displacement field to derive the basic relations of equation motions. In addition, von-Karman nonlinear strains are employed to account geometric nonlinearity and to enhance the results' precision, the exact position of the neutral surface is considered. To governing the partial equations of motion, the Hamilton's principle is used. To reduce the equation motions into a nonlinear motion equation, the Galerkin's approach is employed. After that the nonlinear motion equation is solved by multiple scales method. Effect of various parameters such as volume fraction and distribution of CNTs along the thickness directions, different patterns and efficiency coefficients of porous materials, geometric characteristics and initial conditions on nonlinear to linear ratio of frequency is investigated.

• 대한지리학회지
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• 제42권4호
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• pp.488-505
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• 2007

이 연구는 한반도에서 발생하고 있는 지진의 분포특성을 통하여 지반운동의 공간적인 차별성을 증명함과 동시에, 지진다발지역의 형성 메카니즘을 규명하는 것이 목적이다. 전편의 논문(박수진, 2007)에서는 지형분석을 통해 한반도에는 지역적인 지형특성을 결정하는 4개의 지반운동구가 존재한다는 사실을 보여주었다. 상기의 연구는 수치고도모델의 분석에 전적으로 의존하고 있어, 지구물리자료를 통해 그 결과를 검증하는 작업이 필요하다. 지진은 지각이 이동 혹은 변형되는 과정에서 발생하는 현상으로, 진앙의 분포는 지반운동의 방향성과 분포를 반영해주는 직접적인 증거가 될 수 있다. 이 연구에서는 한반도의 지진분포를 공간통계기법을 통해 분석하였으며, 그 결과를 지반운동구의 공간적인 배열과 비교 평가하였다. 한반도에서 지진발생의 공간적인 특성은 세 가지로 될 수 있다. 첫째, 지진의 규모는 약한 공간적인 의존성만을 보이고 있으며, 인접한 지역에서도 지진의 규모는 큰 차이를 보일 수 있다. 둘째, 지진의 규모는 공간적으로 무작위성에 가까운 분포를 보이는 반면, 진앙의 분포는 뚜렷한 공간적 밀집현상을 보이고 있다. 셋째, 한반도에서의 지진다발지역은 'L'자형의 밀집현상을 보이고 있다. 육지부분에서는 평양시를 중심으로 한 평안남도와 황해도, 그리고 서산과 포항을 잇는 선을 따라 지진이 밀집되어 있다. 지진밀도가 지체구조선에서의 거리, 주요단층선의 밀도, 그리고 지반운동구 경계선에서의 거리등과 가지는 상관관계를 살펴본 결과, 지반운동구의 경계선이 지진다발지역을 가장 잘 설명하는 것으로 나타났다. 단층선이나 지체구조선은 오랜 기간을 통해 형성되었기 때문에, 이들 요인을 이용하여 현재의 지진다발지역을 설명하기에는 시간적인 스케일의 문제가 존재한다. 한반도를 구성하는 4개의 지반운동구는 서로 다른 이동방향과 변형특성을 보이기 때문에, 그 경계부분에서 지진이 발생할 수 있는 가능성이 높은 것으로 해석된다. 지반운동의 공간적인 차별성은 GPS 자료를 통한 지각의 이동방향에 의해서도 간접적으로 증명될 수 있었다. 이러한 해석은 기존에 알려져 왔던 한반도의 지진발생 메카니즘과는 차이를 보이는 것으로, 한반도의 지형발달과 지진예측에 새로운 시각을 제시할 것으로 기대된다.

• 암석학회지
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• 제28권3호
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• pp.171-193
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• 2019

이번 연구는 영덕군 일원의 상세 지표조사를 통해 양산단층의 가지단층인 영덕단층의 내부 구조와 기하를 파악하고, 주변 퇴적층의 자세, 단층의 운동학적 자료와 단층암의 자기미세구조 분석을 통해 영덕단층의 운동학적 특성을 규명하는데 목적이 있다. 음영기복도에서 총 40 km의 연장을 보이는 영덕단층은 트라이아스기 영덕화강암, 백악기 퇴적암과 화산암을 절단하며 약 8.1 km의 우수향 수평변위를 보인다. 주로 북북서 내지 남-북 방향으로 발달하는 영덕단층은 영덕읍 화천리 이북에서 하나의 단층선으로 달리지만, 화천리 이남에서는 두 조의 단층대로 분기되는 특징을 보인다. 이들 두 조의 단층 중 서편의 것은 북북동 내지 북동 방향과 북북서 방향의 단층분절들이 지그재그 형태로 연결되는 반면, 동편의 것은 북북서 방향의 하나의 단층으로 연장되다가 영덕군 강구면에서 양산단층과 합쳐진다. 영덕단층은 대부분 지점에서 $65^{\circ}$ 이상의 고경사로 동쪽으로 경사하며, 2~15 m 폭의 단층핵과 최대 180 m 폭의 단층손상대를 가진다. 단층핵은 퇴적암류, 화산암류, 화강암 등 여러 모암으로부터 유래된 단층암으로 구성되며, 이들은 모암에 따라 뚜렷한 변형의 차이를 보인다. 화강암에서 유래된 단층핵은 주로 단층각력으로 구성되며, 10 cm 이내 폭의 단층비지대에 전단변형이 집중된다. 반면, 퇴적암에서 유래된 단층핵은 화강암의 것에 비해 두꺼우며 단층비지대와 각력대가 교호하거나 렌즈상의 모암을 단층비지대가 에워싸며 발달한다. 단층대와 인접한 퇴적층의 자세는 주 단층면과 가까워지면 단층면의 자세와 유사하게 고각으로 경동된다. 단층활면 및 전단단열에서 관찰된 운동 자료와 단층암의 대자율이방성 분석결과는 영덕단층이 북서-남동 방향 최대수평응력 하에서 좌수향 주향이동운동을 겪은 이후 북동-남서 방향 최대수평응력 하에서 우수향 주향이동운동을 겪었으며, 우수향 주향이동운동에 의한 변형 특성이 우세하게 기록되어 있다. 이번 연구를 통해 얻어진 영덕단층의 운동사를 기존 양산단층의 운동사와 비교해본 결과, 두 단층의 주향이 다소 차이가 있음에도 불구하고 백악기 말의 북서-남동 방향 최대수평응력과 고제3기의 북동-남서 방향 최대수평응력 하에서 각각 좌수향과 우수향 주향이동의 동일한 감각으로 운동한 것으로 판단된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권3호
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• pp.17-26
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• 2010

반도체 패키지에 사용되고 있는 유연 솔더는 환경 보호 필요성 대문에 무연 솔더로 빠르게 대체되고 있다. 이와 같은 무연 솔더에 대한 여구는 주로 재료의 발견과 공정 적응성의 관점에서 이루어졌을 뿐, 기계적인 성질이나 신뢰성의 관점에서의 연구는 많이 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 무아레 간섭계를 이용하여 유연 솔더와 무연 솔더 실장 WB-PBGA 패키지 결합체의 온도변화에 대한 열-기게적 거동을 해석하였다. 실시간 무아레 간섭계를 이용하여 각 온도 단계에서 변위 분포를 나타내는 간섭무늬를 얻고, 그로부터 유연과 무연의 솔더 조인트를 갖는 WB-PBGA 패키지의 굽힘 변형 거동 및 솔더 볼의 변형률을 비교 분석하였다. 분석결과를 보면 유연 솔더 실장 패키지 결합체의 솔더 볼은 칩경계 부근인 #3 솔더 볼에서 발생하는 전단변형률이 파손에 큰 영향을 미치며, 무연 솔더가 실장된 패키지 결합체의 솔더 볼은 가장 바깥 부근인 #7 솔더 볼에서 발행하는 수직 변형률이 파손에 큰 영향을 미칠 것으로 예측된다, 또한 무연 솔더 실장 패키지 결합체는 같은 온도 조건에서 유연 솔더 실장된 패키지에 비해 굽힘 변형이 휠씬 크게 발생될 뿐 아니라 솔더 볼의 유효변형률도 10% 정도 크게 발생하는 것으로 나타나서 열변형에 의한 파손에 취약할 것으로 예측된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권6호
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• pp.2596-2603
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• 2013

타이어 몰드의 내구성과 정밀도는 타이어의 품질을 결정하는 매우 중요한 요인이다. 그러나 타이어 몰드를 제작하는데 있어서 밀폐된 주조장치 안에서 발생하는 주물의 열변형을 측정하는 데는 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 금형주조장치의 예열온도에 따른 타이어 몰드용 AC7A 주조재의 온도분포, 변위, 응력과 같은 열변형을 수치해석을 통해 분석하였고, 동일 조건하에서 AC7A 주조재의 온도분포를 실험을 통해 측정하여 수치해석 결과와 비교하였다. 수치해석을 위해 상용프로그램인 "COMSOL Multiphysics"를 사용하였고, 금형주조장치의 예열온도를 $150^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $300^{\circ}C$로 바꾸어 수치해석을 실행하였다. 수치해석 결과 금형주조장치의 예열온도가 $300^{\circ}C$였을 경우에 주조재의 평균변위와 평균응력은 각각 0.25mm와 0.351GPa로 가장 작게 나타났고, 평균온도는 $374.27^{\circ}C$로 온도가 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 수치해석에 의한 온도분포 결과와 실험에 의한 온도분포 결과를 비교하였을 때, 냉각 초기에 상변화과정에서 발생하는 잠열로 인해 약간의 온도차이가 발생하였으나, 그 구간을 제외하고는 거의 비슷한 냉각패턴을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.33-44
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• 2013

강바닥판의 구조상세에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있으나, 대부분의 연구가 표준형의 U-rib를 대상으로 실시되었을 뿐, 강바닥판 건설초기의 개단면리브형식에 대한 연구는 미진한 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 공용연수 31년된 개단면세로리브형식의 강바닥판 교량의 피로균열 발생 원인을 조사하기 위하여 실교통류하에서의 계측 데이터를 통하여 대상구조상세의 거동 특성을 분석하였다. 또한 상세구조해석을 통하여 대상교량을 통과하는 대표트럭하중을 추정하고, 상세영향면해석을 이용하여 대상구조상세의 응력 및 변형특성을 분석하였다. 이들 분석에 기초하여 피로균열이 발생된 대상구조상세의 보강방안을 제시하고, 이에 대한 타당성을 검증하였다. 연구결과, 개단면리브에서의 피로균열의 발생원인은 개단면부에서의 전단변형에 의한 응력증가 및 차량의 이동에 따른 교번응력의 발생에 기인하는 것으로 조사되었으며, 국부구조상세에 대한 피로설계에서는 구조상세의 거동특성이 충분히 반영된 상세해석에 근거한 설계를 실시하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

• 암석학회지
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• 제22권2호
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• pp.209-217
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• 2013

하동-산청 회장암체의 북부에 해당하는 산청회장암체 서쪽부인 경남 산청군 금서면 방곡리 일대에는 철-티탄 광체가 발달하고 있다. 광체에는 엽리가 잘 발달하고 있으며, 대체로 남-북 방향에 서쪽으로 중각 내지 저각의 경사를 보인다. 이들 엽리는 2차 엽리로 회장암 내에 발달하는 북동 방향의 1차 엽리를 자르고 있다. 엽리면에는 신장선구조가 잘 관찰되며, 동북동-서남서의 일반적인 방향을 보인다. 광체의 엽리를 자르는 단면에서는 수 cm의 크기의 회장암편들이 심하게 변형되어져 있으며, 철-티탄 광물을 함유하는 암색의 염기성 물질에 둘러싸여 백색의 안구상의 형태를 이루고 있다. 이는 회장암질암을 함철-티탄 마그마가 파쇄하며 주입할 당시에 각력화 되었던 회장암편들이 이후에 발생한 연성의 전단운동에 의해 변형을 받은 결과로 해석된다. 엽리면에 수직하며 신장선구조에 평행한 단면에서의 전단증거에 의하면, 엽리면을 전단면으로 하며 신장선구조를 따라 상부가 동북동 쪽으로 이동한 강력한 전단작용이 존재함이 특징적이다. 이러한 전단운동에 의해 변형된 특징적인 기하학적인 양상의 이해는 이 지역에 발달하는 광체의 위치와 분포, 그리고 불규칙한 폭 등 기하학적인 양상을 파악하는데 기초적인 것으로 판단된다.