• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권6호
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• pp.125-133
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• 2009

유체를 주입하여 암반을 파쇄하는 기술은 지열이나 석유 및 가스 등을 추출하는데 널리 사용되고 있는 방법이다. 본 기술을 적용 시 단일균열이 형성되면 이러한 에너지를 추출하는데 가장 이상적이다. 그러나 이러한 단일균열의 형성은 매우 드문 현상이며 분할된 형태의 균열생성이 흔한 현상이다. 이에 균열간 기계적 상호작용의 영향으로 설계변수에서도 단일균열을 가정하고 적용되었던 값과 차이를 보일 것으로 예상된다. 본 연구에서는 균열이 분할 생성되었을 경우 기계적인 상호작용을 고려할 수 있는 수치해석기법을 기존의 개발된 모델과 연계하여 설계변수인 길이, 균열폭, 그리고 압력을 계산하였다. 그 결과 균열의 형성은 이렇게 유체를 주입하여 암반을 파쇄 시 사용되는 설계변수에 상당한 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제11권2호
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• pp.639-647
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• 2019

A realistic numerical simulation technology using a Lagrangian Fluid-Structure Interaction (FSI) model was combined with a fracture algorithm to predict the fluid-ice-structure interaction. The failure of ice was modeled as the tensile fracture of elastic material by applying a novel FSI model based on the Moving Particle Semi-implicit (MPS) method. To verify the developed fracture algorithm, a series of numerical simulations for 3-point bending tests with an ice beam were performed and compared with the experiments carried out in an ice room. For application of the developed FSI model, a dropping water droplet hitting a cantilever ice beam was simulated with and without the fracture algorithm. The simulation showed that the effects of fracture which can occur in the process of a FSI simulation can be studied.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제42권6호
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• pp.680-689
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• 2010

The crack-tip stress fields and fracture mechanics assessment parameters for a surface crack, such as the elastic stress intensity factor or the elastic-plastic J-integral, can be affected significantly by the adjacent cracks. Such a crack interaction effect due to multiple cracks can alter the fracture mechanics assessment parameters significantly. There are many factors to be considered, for instance the relative distance between adjacent cracks, the crack shape, and the loading condition, to quantify the crack interaction effect on the fracture mechanics assessment parameters. Thus, the current assessment codes on crack interaction effects (crack combination rules), including ASME Sec. XI, BS7910, British Energy R6 and API 579-1/ASME FFS-1, provide different rules for combining multiple surface cracks into a single surface crack. The present paper investigates crack interaction effects by evaluating the elastic stress intensity factor and the elastic-plastic J-integral of adjacent in-plane surface cracks in a plate through detailed 3-dimensional elastic and elastic-plastic finite element analyses. The effects on the fracture mechanics assessment parameters of the geometric parameters, the relative distance between two cracks, and the crack shape are investigated systematically. As for the loading condition, an axial tension is considered. Based on the finite element results, the acceptability of the crack combination rules provided in the existing guidance was investigated, and the relevant recommendations on a crack interaction for in-plane surface cracks are discussed. The present results can be used to develop more concrete guidance on crack interaction effects for crack shape characterization to evaluate the integrity of defective components.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제7권2호
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• pp.43-53
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• 2006

수압파쇄(hydraulic fracturing)는 자연환경에서 흔히 일어나는 현상이며 산업현장에서도 많이 응용되는 방법 중의 하나이다. 수압파쇄는 다양한 암반과 응력 상태에서 균열이 생성되어 전파하며 지극히 작은 축척에서부터 수 킬로미터에 이르는 대규모 축척까지 다양한 형태로 나타난다. 그 결과 균열은 복잡한 형태의 기하를 나타내며 그 거동 또한 복잡한 양상을 띠게 된다. 특히 다중으로 분할된 형태의 균열은 흔히 모든 축척과 지반재료에서 나타나며 이러한 복잡한 거동의 한 부분을 차지한다. 특히 이러한 균열간의 기계적 상호작용은 거의 모든 수압파쇄 과정에 영향을 끼친다. 따라서 이 논문에서는 수압파쇄에 의해 암반에서 생성되는 균열의 변형을 경계병치법을 사용하여 정량화하였으며 기계적 상호작용을 고려치 않은 단균열의 경우와 비교하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권9호
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• pp.45-52
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• 2005

최근 지질학적 증거, 실내 및 현장 실험을 통해 복잡한 형태의 분할된 수압파쇄균열이 암반에서 자주 관찰되고 있다. 이러한 수압파쇄균열의 분할은 균열간의 기계적 상호작용을 유발하며 균열의 폭이나 측정되는 압력에 상당한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 본 연구는 균열간의 상호작용을 정량화하기 위하여 수압파쇄에 의해 다중으로 분할된 총변위를 경계병치법을 사용하여 계산하였다. 또한 기존의 경계병치법을 보정하여 정확한 균열의 상단과 하단 변위를 평가하였으며 유한요소법과의 비교를 통해 제시된 기법의 신뢰성을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.270-288
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 역학적, 수리적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 해석해와의 비교를 통해 검증하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 본 연구에서는 사면체 개별 입자들을 이용하여 해석모델을 생성하고 3DEC을 이용하여 입자와 접촉에서의 거동을 해석하였다. 이 과정에서 등가연속체 개념을 적용해 입자기반모델의 미시물성을 산정할 수 있는 새로운 기법을 제시하였다. 한편, 균열 경사각과 거칠기, 경계응력조건 및 압력 조건에 따른 해석을 실시하여 각 해석조건이 균열의 수직, 전단방향 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 해석 결과, 제안된 수치모델은 경계응력에 따른 균열의 미끄러짐(fracture slip)과 유체 압력에 따른 균열의 개방(fracture opening), 균열 경사에 따른 응력 분포, 거칠기로 인한 전단변위의 구속 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 수치해석을 통해 계산된 균열의 수직방향, 전단방향 변위는 모두 해석해를 통해 계산된 값과 거의 일치하는 결과를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 다양한 조건의 실내시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제21권2호
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• pp.15-22
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• 1993

This study was carried out to investigate the fracture criterion of glulam. The mixed mode fracture of glulam was investigated by means of single edge notched specimens with various crack inclination in the longitudinal-radial plane. While fracture of wood is not completely understood, the study on linear-elastic fracture mechanics is a rational and valuable tool for studying the strength behavior of glulam. The results are summarized as follows : 1. Glue line has no effect on fracture strength. 2. There is a definite interaction between fracture toughness $K_I$ and $K_{II}$ during the mixed mode fracture of glulam. Several criterions for mixed mode failure were compared. The criterion was expressed in the following form: $(\frac{K_I}{K_{IC}})^2+(\frac{K_{II}}{K_{IIC}})^2=1$ 3. As crack inclination increases, $K_{IC}$ value and $K_{IIC}$ value decreases. The equations relating crack angle to $K_{IC}$ and $K_{IIC}$, respectively, were obtained as follows; $K_{IC}$ = -77.42${\gamma}$+153.72 ($R^2$ = 0.78) $K_{IIC}$ = -9.17${\gamma}$+34.90 ($R^2$ = 0.48)

• 한국정밀공학회지
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• 제10권3호
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• pp.97-106
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• 1993

This is the study on fracture life under the interaction of creep and fatigue. It is difficult to explain the interaction of the creep and fatigue with indication of frequency but the dependency of the time should be considered. The formulation of material varieties causing by interaction of creep and fatigue is required in the accumulative damage method. The strain range partition method requires some of modification corresponding to the changes in temperature and load. All of other method also comprehended with above mentioned problems. Generally, in this field, the variety of stress-strain and suitable parameter is required and connective study between the macro and micro results seems to be insufficient. The linear damage rule is acquiring the support generally but it requires modification in the hgigh temperature instruments. The variety of stress effecting on crack and variety of stress on the metallurgical side are considered to be problems in the future days.

• 한국가스학회지
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• 제19권5호
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• pp.13-19
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• 2015

본 연구에서는 보다 현실적인 파쇄균열 전파를 묘사하기 위해 수압파쇄균열 전파 모델을 개발하였다. 이 모델에서는 두 가지 균열 전파 기준을 적용하였다. 첫 번째는 균열의 발생각을 결정하기 위한 최대 접선응력 기준과 두 번째는 파쇄균열의 자연균열 통과 여부 기준이다. 본 모델의 검증 결과, 수압파쇄균열이 자연균열을 통과하는 양상이 실험값과 동일함을 확인하였다. 균열의 전파에 직접적인 영향을 미치는 요소인 최대수평응력 방향, 균열면의 마찰계수, 자연균열의 방향성에 대한 민감도 분석 결과, 이론적 기준에 적합하게 균열의 전파 방향과 통과 여부가 결정되는 것으로 나타났다. 기존의 수직 판형 균열 전파 모델과 본 모델을 비교하여 균열의 연결성과 유정 자극부피 측면에서 차이가 있음을 확인하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.65-71
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• 2009

수압파쇄기술은 가스나 석유, 지열 등 자원추출을 하기 위해 다양한 분야에서 전세계적으로 응용되고 있는 기술이다. 이러한 수압파쇄 작업 시 복수의 균열이 필수적으로 발생하여 균열간 기계적인 상호작용을 유발하는데 이러한 상호작용은 수압파쇄시 얻어질 수 있는 결과(균열 폭, 균열 길이, 보어홀 내 압력)에 큰 영향을 끼치게 된다. 수치해석기법인 경계병치법은 이러한 균열간의 역학적 상호작용을 고려하는데 유효한 수치해석적 기법으로 개발이 되고 있으나 응력확대계수를 계산하는 해석식과의 비교 등을 통한 검증이 필요하다. 이를 위해 무한평면에 일축 인장 응력과 전단응력이 작용하는 단일균열의 경우 및 임의의 두 균열이 존재하는 경우의 응력확대계수 및 균열폭 해석식과 본 수치해석기법을 통해 얻은 값을 비교하였다. 그 결과, 본 연구에서 제시한 경계병치법은 해석식과 상당히 근접한 결과를 나타내어, 균열간의 기계적인 상호작용을 고려하는데 유효함을 검증하였으며, 추후 수압파쇄 시 설계에 필요한 균열폭 등의 변수를 계산하는데 사용할 수 있음을 나타내었다.