• Earthquakes and Structures
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• 제22권5호
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• pp.447-460
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• 2022

In this article, wave propagation in functional gradation plates (FG) resting on an elastic foundation with two parameters is studied using a new quasi-three-dimensional (3D) higher shear deformation theory (HSDT). The new qausi-3D HSOT has only five variables in fields displacement, which means has few numbers of unknowns compared with others quasi-3D. This higher shear deformation theory (HSDT) includes shear deformation and effect stretching with satisfying the boundary conditions of zero traction on the surfaces of the FG plate without the need for shear correction factors. The FG plates are considered to rest on the Winkler layer, which is interconnected with a Pasternak shear layer. The properties of the material graded for the plates are supposed to vary smoothly, with the power and the exponential law, in the z-direction. By based on Hamilton's principle, we derive the governing equations of FG plates resting on an elastic foundation, which are then solved analytically to obtain the dispersion relations. Numerical results are presented in the form of graphs and tables to demonstrate the effectiveness of the current quasi-3D theory and to analyze the effect of the elastic foundation on wave propagation in FG plates.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제86권2호
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• pp.167-180
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• 2023

This work applies a four-known quasi-3D shear deformation theory to investigate the bending behavior of a functionally graded plate resting on a viscoelastic foundation and subjected to hygro-thermo-mechanical loading. The theory utilizes a hyperbolic shape function to predict the transverse shear stress, and the transverse stretching effect of the plate is considered. The principle of virtual displacement is applied to obtain the governing differential equations, and the Navier method, which comprises an exponential term, is used to obtain the solution. Novel to the current study, the impact of the viscoelastic foundation model, which includes a time-dependent viscosity parameter in addition to Winkler's and Pasternak parameters, is carefully investigated. Numerical examples are presented to validate the theory. A parametric study is conducted to study the effect of the damping coefficient, the linear and nonlinear loadings, the power-law index, and the plate width-tothickness ratio on the plate bending response. The results show that the presence of the viscoelastic foundation causes an 18% decrease in the plate deflection and about a 10% increase in transverse shear stresses under both linear and nonlinear loading conditions. Additionally, nonlinear loading causes a one-and-a-half times increase in horizontal stresses and a nearly two-times increase in normal transverse stresses compared to linear loading. Based on the article's findings, it can be concluded that the viscosity effect plays a significant role in the bending response of plates in hygrothermal environments. Hence it shall be considered in the design.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.129-129
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• 2022

국내에서 발생하는 토양침식(soil erosion)은 주로 강우에 의해 발생하며, 이로 인해 농경지 유실, 탁수 발생, 하천 통수능 저하 등 여러 수문학적·환경적 문제가 발생한다. 따라서 유역 내 토양침식 위험지역을 선별하고, 해당 지역의 토양유실 및 유사의 발생량을 산정하는 것은 토양보전 대책 수립 시에 중요한 지표로 활용된다. 침식-유사유출의 물리적 과정은 크게 '강우에 의한 토양 분리(detachment by raindrop)'와 '지표류에 의한 토양 분리(detachment by overlandflow)'로 나눌 수 있으며, 그중 강우에 의한 토양 분리는 수침식(water erosion)의 첫 번째 과정 중 하나로 강우 시 낙하하는 강우 입자들이 갖는 운동에너지가 지표면을 타격할 때 토양체로부터 토양입자가 분리되는 과정이다. 따라서 강우에 의한 토양분리량 산정을 위해서는 강우 운동에너지(rainfall kinetic energy, KE)의 정확한 계산이 요구된다. 그러나 기후 및 지리적 특성 등 여러 조건에 따라 강우 운동에너지는 지역마다 다르게 나타나며, 이로 인해 강우 운동에너지 추정이 매우 어려운 실정이다. 따라서 강우 운동에너지 추정은 주로 강우강도(rainfall intensity, I)와의 관계를 이용한 함수식을 활용한다. 본 연구에서는 대상 지역인 상주지역에 광학우적계(disdrometer)를 설치하여 2020년 6월부터 2021년 12월까지 관측된 37개의 강우 사상에 대하여 KE-I의 관계를 분석하고, 이를 통해 강우 운동에너지식을 도출하였다. 또한, 기존에 국외 및 국내에서 제시된 선형(linear), 멱함수(power-law function), 지수함수(exponential function) 형태의 강우 운동에너지 공식과 본 연구에서 산정된 KE를 비교하였다. 그 결과 비체적 강우 운동에너지에서 Sanchez-Moreno et al. (2012)가 제안한 멱함수 형태의 공식이, 비시간 강우 운동에너지에서 Kinnel (1981)이 제안한 지수함수 형태의 공식이 각각 강우 운동에너지 추정에 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권1호
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• pp.83-96
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• 2024

This paper suggests an analytical approach to investigate the free vibration and stability of functionally graded (FG) beams with both perfect and imperfect characteristics using a quasi-3D higher-order shear deformation theory (HSDT) with stretching effect. The study specifically focuses on FG beams resting on variable elastic foundations. In contrast to other shear deformation theories, this particular theory employs only four unknown functions instead of five. Moreover, this theory satisfies the boundary conditions of zero tension on the beam surfaces and facilitates hyperbolic distributions of transverse shear stresses without the necessity of shear correction factors. The elastic medium in consideration assumes the presence of two parameters, specifically Winkler-Pasternak foundations. The Winkler parameter exhibits variable variations in the longitudinal direction, including linear, parabolic, sinusoidal, cosine, exponential, and uniform, while the Pasternak parameter remains constant. The effective material characteristics of the functionally graded (FG) beam are assumed to follow a straightforward power-law distribution along the thickness direction. Additionally, the investigation of porosity includes the consideration of four different types of porosity distribution patterns, allowing for a comprehensive examination of its influence on the behavior of the beam. Using the virtual work principle, equations of motion are derived and solved analytically using Navier's method for simply supported FG beams. The accuracy is verified through comparisons with literature results. Parametric studies explore the impact of different parameters on free vibration and buckling behavior, demonstrating the theory's correctness and simplicity.

• Steel and Composite Structures
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• 제51권2호
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• pp.185-202
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• 2024

In this research paper, and for the first time, wave propagations in sigmoidal imperfect functionally graded material plates are investigated using a simplified quasi-three-dimensionally higher shear deformation theory (Quasi-3D HSDTs). By employing an indeterminate integral for the transverse displacement in the shear components, the number of unknowns and governing equations in the current theory is reduced, thereby simplifying its application. Consequently, the present theories exhibit five fewer unknown variables compared to other Quasi-3D theories documented in the literature, eliminating the need for any correction coefficients as seen in the first shear deformation theory. The material properties of the functionally graded plates smoothly vary across the cross-section according to a sigmoid power law. The plates are considered imperfect, indicating a pore distribution throughout their thickness. The distribution of porosities is categorized into two types: even or uneven, with linear (L)-Type, exponential (E)-Type, logarithmic (Log)-Type, and Sinus (S)-Type distributions. The current quasi-3D shear deformation theories are applied to formulate governing equations for determining wave frequencies, and phase velocities are derived using Hamilton's principle. Dispersion relations are assumed as an analytical solution, and they are applied to obtain wave frequencies and phase velocities. A comprehensive parametric study is conducted to elucidate the influences of wavenumber, volume fraction, thickness ratio, and types of porosity distributions on wave propagation and phase velocities of the S-FGM plate. The findings of this investigation hold potential utility for studying and designing techniques for ultrasonic inspection and structural health monitoring.

• 암석학회지
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• 제24권3호
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• pp.165-180
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• 2015

거창지역의 쥬라기 화강암에 대하여 결의 특성에 대한 분석을 실시하였다. 미세균열의 분포상은 박편의 확대사진(${\times}6.7$)에서 잘 확인되었다. 본 연구에서는 미세균열의 분포 특성을 표현하기 위하여 길이-누적 빈도 도표를 사용하였다. 여섯 방향의 도표를 밀도(${\rho}$)의 강도 순으로 배열하였다. 관계도에서 이들 도표들은 H2 < H1 < G2 < G1 < R2 < R1의 순서로 나타난다. 여섯 도표들 중에서, 하드웨이 2(H2)의 도표가 좌측의 최하위 영역을 차지한다. 반면에, 리프트 1(R1)의 도표가 우측의 최상위 영역을 차지한다. 두 도표의 곡선 형태는 밀도의 증가에 따라 균등분포에서 지수함수의 분포형으로 변화한다. 도표들의 전반적인 분포 특성은 지수 직선과 관련이 있는 지수(${\lambda}$)의 크기 및 선 oa의 길이에서 잘 확인되었다. 기울기(${\theta}$)의 값을 지배하는 지수의 크기는 수(N), 길이(L) 및 밀도와 같은 모수의 값과 반비례를 한다. 반면에, 선 oa의 길이는 위의 3개 모수의 값과 정비례를 한다. 도표의 배열 순과 관련이 있는 상기 미세균열의 모수들은 3번 결(H1 + H2) < 2번 결(G1 + G2) < 1번 결(R1 + R2)의 순서로 나타난다. 여섯 도표 사이에서는 점진적인 변화를 하는 분포 특성을 볼 수 있다. 도표의 배열 순은 결의 상대적인 강도를 지시한다. 한편 기울기, 지수, 밀도 및 선 oa의 길이와 같은 모수들을 H2 < H1 < G2 < G1 < R2 < R1의 순으로 배열하였다. 관계도에서는 부드러운 이차함수의 변화 곡선을 볼 수 있다. 밀도 그리고 상기한 모수들 사이의 상관도로부터, 멱법칙 함수를 따르는 공통적인 규칙성을 도출하였다. 마지막으로, 결에 대한 분석은 도표 그리고 미세균열의 모수 사이의 결합을 통하여 수행되었다. 이러한 유형의 결합은 결의 평가에 있어서 진보성에 기여한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권7호
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• pp.553-563
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• 2011

분포형 유출모형에 대하여는 컴퓨터의 발달과 지리정보시스템의 구축 및 관련정보의 제공이 활성화되면서 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 분포형 유출모형은 대상유역을 보다 세분 요소화하여 계산하는 이론적이고 물리적인 기반의 모형이다. 본 연구에서는 토지피복 상태에 따라 결정되는 매개변수와 2차원 확산파 방정식에 기초하여 지표면에서의 유출량을 계산하는 모형을 개발하였다. 기존에 연구되었거나 개발 중인 유출모형은 대부분 Manning-Strickler의 평균 유속공식과 Manning 조도계수를 이용하여 유속과 유량을 산정하고 있다. Manning 조도계수는 사용상의 편의성 때문에 보편적으로 사용하고 있으나, 차원이 일치하지 않고 추정 시 모호한 문제점이 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 본 연구에서는 Manning-Strickler식뿐만 아니라 차원이 일치하는 Chezy의 평균유속공식을 적용하여 유출모형을 개발하였다. 또한, Chezy의 마찰계수를 적용하기 위하여 조고의 함수로 표현되는 지수형 마찰계수 산정식을 도입하였다. 따라서 모호한 조도계수의 개념을이용하지 않고 거친 정도를수치화하여 물리적인 의미를 가진마찰계수를 산정하고 적용 가능성을 검토하였다. 본 연구에서는 개발된 모형을 부채꼴 실험유역과 장방형 실험유역 및 실제유역인 안성천유역을 대상으로 6개의 사상을 적용하여 그 적용성을 확인하였다.

• 암석학회지
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• 제26권2호
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• pp.127-141
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• 2017

거창지역의 쥬라기 화강암에 대하여 결의 특성에 대한 분석을 실시하였다. 박편의 확대사진(${\times}6.7$) 및 간격-누적빈도 도표에서 도출한 미세균열의 간격과 관련된 파라미터를 통하여 여섯 방향의 결에 대한 다기준 평가를 실시하였다. 결에 대한 이들 간격의 파라미터의 대표 값에 대한 분석 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째로, 여섯 도표 사이의 배열순을 지시하는 주요 파라미터의 도출을 위한 분석을 수행하였다. 위의 분석을 위하여 여섯 방향의 결에 대한 5개 파라미터의 값에 대하여 증가 또는 감소하는 순으로 배열하였다. 주요 파라미터(평균 간격-중앙 간격, $S_{mean}-S_{median}$) 및 평균 간격의 값이 감소하는 순은 H1, H2, G1, G2, R1 그리고 R2 방향의 순과 상호 부합한다. 여섯 방향의 결의 이러한 순차적인 배열은 간격과 관련된 여섯 도표의 순차적인 배열에 대한 근거를 제공할 수 있다. 둘째로, 위의 주요 파라미터 그리고 다양한 파라미터 사이의 9개 상관도를 상관계수($R^2$)가 감소하는 순으로 배열하였다. 이들 관련도는 공통적으로 멱법칙함수의 높은 상관성을 보여 준다. 평균 간격, 밀도 및 선 oa의 길이의 값은 주요 파라미터의 값과 정비례하지만, 반면에 상수(a), 지수(${\lambda}$), 간격의 빈도수(N), 선 oa'의 길이, 지수 직선의 기울기(${\theta}$) 및 총 길이($1mm{\geq}$)는 반비례한다. 셋째로, 3개 면에 대한 파라미터의 값 그리고 3개 결에 대한 파라미터의 값 사이의 상관성 분석의 결과는 다음과 같다. 3개 면 및 3개 결에 대한 빈도수, 총 간격, 상수, 지수, 기울기, 선 oa' 길이의 값은 R' < G' < H' 및 H < G < R의 순을 각각 보여 준다. 반면에, 3개 면 및 3개 결에 대한 평균 간격, (평균 간격 - 중앙 간격), 밀도 및 선 oa의 길이의 값은 H' < G' < R' 및 R < G < H의 순을 각각 보여 준다. 3개 결 및 3개 면 사이의 파라미터의 값의 상호 역순의 상관성이 도출될 수 있다. 이러한 유형의 상관성 분석은 3개 채석면의 판별에 유용하다.