Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제24권2호
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pp.215-227
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2020
A new multiscale finite element method for elliptic problems with highly oscillating coefficients are introduced. A hybridization yields a locally flux-conserving numerical scheme for multiscale problems. Our approach naturally induces a homogenized equation which facilitates error analysis. Complete convergence analysis is given and numerical examples are presented to validate our analysis.
본 연구를 통해 다양한 분야에서 재료의 역학적 거동을 해석하고 예측하는 방법인 유한요소법(Finite Element Method, FEM)을 활용하여 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료의 피로 특성을 분석하였다. 이를 구현하기 위해 평균장 균질화(mean-field homogenization) 이론을 활용하여 고분자, 고무, 금속 등과 같은 다양한 복합재료를 위한 선형, 비선형 다중스케일 재료 모델링 프로그램인 Digimat을 이용하였다. 이를 통해 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료의 미세 구조와 재료 모델을 정의하여 더욱 현실적으로 고분자 복합재료의 피로 거동을 예측하고자 한다. 참고문헌을 통해 시험 온도, 섬유배향, 응력비, 시편의 두께 등 다양한 변수들을 사용하여 30wt%의 단 섬유 질량 비율을 갖는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT)의 고분자 복합재료의 피로 특성을 조사하였다. 섬유배향 정보를 계산하기 위한 사출해석은 Moldflow 소프트웨어을 활용하였으며, 이를 유한요소 피로시편 모델에 매핑하였다. 대표적인 유한요소 상용 소프트웨어인 LS-DYNA는 섬유배향에 따른 고분자 복합재료의 응력 진폭을 계산하기 위해 Digimat과의 연성해석에 활용하였다. 그리고 수치해석을 활용한 피로수명 해석을 위해 다양한 재료 모델들로 구성된 FEMFAT 소프트웨어를 사용하였다. 선형 재료 모델의 연성해석 결과는 높은 응력 진폭에 의한 재료의 국부적 비선형이 발생하는 LCF 영역의 피로 특성을 연구하기 위해 Neuber 법칙을 사용하여 재료의 피로 거동을 분석하였으며, 비선형 재료 모델의 연성해석 결과 역시 FEMFAT을 활용한 피로수명 해석에 사용되었다. 연성해석과 피로해석의 결과는 섬유배향에 따라 유한요소 시편의 두께 방향으로 분석하여 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료의 형태학적, 역학적 구조에 대해서 평가하였다.
Micromechanics is a technique for the analysis of composites or heterogeneous materials which focuses on the components of the intended structure. Each one of the components can exhibit isotropic behavior, but the microstructure characteristics of the heterogeneous material result in the anisotropic behavior of the structure. In this research, the general mechanical properties of a 3D anisotropic and heterogeneous Representative Volume Element (RVE), have been determined by applying periodic boundary conditions (PBCs), using the Asymptotic Homogenization Theory (AHT) and strain energy. In order to use the homogenization theory and apply the periodic boundary conditions, the ABAQUS scripting interface (ASI) has been used along with the Python programming language. The results have been compared with those of the Homogeneous Boundary Conditions method, which leads to an overestimation of the effective mechanical properties. According to the results, applying homogenous boundary conditions results in a 33% and 13% increase in the shear moduli G23 and G12, respectively. In polymeric composites, the fibers have linear and brittle behavior, while the resin exhibits a non-linear behavior. Therefore, the nonlinear effects of resin on the mechanical properties of the composite material is studied using a user-defined subroutine in Fortran (USDFLD). The non-linear shear stress-strain behavior of unidirectional composite laminates has been obtained. Results indicate that at arbitrary constant stress as 80 MPa in-plane shear modulus, G12, experienced a 47%, 41% and 31% reduction at the fiber volume fraction of 30%, 50% and 70%, compared to the linear assumption. The results of this study are in good agreement with the analytical and experimental results available in the literature.
Lee, Taek Hwan;Kang, Ji Hee;Seo, Jae Ok;Baek, So-Hyeon;Moh, Sang Hyun;Chae, Jae Kyoung;Park, Yong Un;Ko, Young Tag;Kim, Sun Yeou
Biomolecules & Therapeutics
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제24권1호
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pp.85-93
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2016
We already reported that genetically engineered resveratrol-enriched rice (RR) showed to down-regulate skin melanogenesis. To be developed to increase the bioactivity of RR using calli from plants, RR was adopted for mass production using plant tissue culture technologies. In addition, high-pressure homogenization (HPH) was used to increase the biocompatibility and penetration of the calli from RR into the skin. We aimed to develop anti-melanogenic agents incorporating calli of RR (cRR) and nanoparticles by high-pressure homogenization, examining the synergistic effects on the inhibition of UVB-induced hyperpigmentation. Depigmentation was observed following topical application of micro-cRR, nano-calli of normal rice (cNR), and nano-cRR to ultraviolet B (UVB)-stimulated hyperpigmented guinea pig dorsal skin. Colorimetric analysis, tyrosinase immunostaining, and Fontana-Masson staining for UVB-promoted melanin were performed. Nano-cRR inhibited changes in the melanin color index caused by UVB-promoted hyperpigmentation, and demonstrated stronger anti-melanogenic potential than micro-cRR. In epidermal skin, nano-cRR repressed UVB-promoted melanin granules, thereby suppressing hyperpigmentation. The UVB-enhanced, highly expressed tyrosinase in the basal layer of the epidermis was inhibited by nano-cRR more prominently than by micro-cRR and nano-cNR. The anti-melanogenic potency of nano-cRR also depended on pH and particle size. Nano-cRR shows promising potential to regulate skin pigmentation following UVB exposure.
Myung Hyun Kim;Jonghwa Chang;Kap Suk Moon;Chang Kun Lee
Nuclear Engineering and Technology
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제16권4호
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pp.202-216
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1984
Nodal method가 소격격자 해석방법의 하나로 정립됨으로써, 계산격자가 비교적 크더라도 각 격자의 평균출력분포를 정확히 계산할 수 있게 하는 균질화변수틀 찾는 방법이 중요하게 되었다. 본 연구에서는 simplified equivalence theory와 approximate node equivalence theory의 두가지 근사방법을 가압경수형 원자로 문제에 적응하여 시험하여 보았다. 균질화계산과 노심분석계산 방법으로서 analytic nodal method에 기초를 둔 ANM 코드를 개발하였다. 여러 균질화 방법외 정확성을 KTDD 코드에 의한 reference solution과 비교하여 본 결과, 균질화 계산은 핵연료영역에서는 영역별 핵연료집합체 계산으로, baffle과 reflector의 공존 격자영역은 이들을 포함하는 color set 계산으로 수행할 수 있음을 알았다. Approximate node equivalence theory에 입각해서 approximate homogenized cross-section들과 approximate discontinuity factor들의 균질화 변수를 사용하면 출력분포와 임계도가 각각 0.8%, 0,1% 오차 범위내에서 예측되었다.
To detect and quantitation residual antibiotics and antibacterial agents in meats, we performed a biological assay employing the three microorganisms Bacillus subtilis ATCC 6633, Micrococcus luteus ATCC 9341, and Bacillus cereus var. mycoides ATCC 11778 for the screening purpose and developed a Gas Chromatography-mass Spectrometry(GC/MS) analysis for the confirmation and quantiation. In the biological assay (paper disk method), three test solution are used depending on the character of the residual antibiotics and antibacterial agents, follow by a simple clean up procedure which includes homogenization with Mcilvaine buffer, defatting with includes homogenization with Mcilvaine buffer, defatting with hexane, extraction with chloroform, clean-up by Sep-Pak $C_{18}$ and Bakerbond SPE carboxylic acid column. The chloroform layer is used for the analysis of sulfa agents. macrolides antibiotics and antibacterial agents, Adsorbed materials in the Sep-Pak $C_{18}$ were also employed for th analysis of penicillins and tetracyclines. Effluents from the Sep-Pak $C_{18}$ were cleaned-up one more by Bakerbond 10 SPE COOH column and employed for the analysis of aminoglycosides. In the instrumental analysis by using the GC/MSD, residual antibiotics and antibacterial agent were quantitated by selected ion monitoring (SIM) mode after derivatization. A simultaneous analysis of six residual antibiotic and antibacterial agent such as oxytetracycline, penicillin, ampicillin, choliraphenicol and thiamphenicol was developed with simple cleanup procedures revealing good recovery and reproducibility. Also, simultaneous detection of macrolides antibiotics such as erythromycin, spiramycin, and oleandomycin was developed after acid hydrolysis due to their large molecular structures. Because of the high reproducibility and selectivity of these two methods, it is very desirable that the combination of the two methods be used in the bioassay for the screening of residual antibiotics and antibacterial agent and that GC/MSD analysis be used for the confirmation and quantitation.
This article discusses selects of some outstanding problems in nuclear reactor analysis, with proposed approaches thereto and numerical test results, as follows: i) multi-group approximation in the transport equation, ii) homogenization based on isolated single-assembly calculation, and iii) critical spectrum in Monte Carlo depletion.
저온 분사된 입자와 섬유강화 복합재료 사이의 접착력을 향상시키기 위해 금속 메쉬와 금속 입자/에폭시 접착제가 조합된 중간층이 도입되었다. 저온 분사 입자 및 금속 메쉬 그리고 금속 입자에는 모두 알루미늄을 활용하였다. 높은 변형률 속도에서 중간 층의 응력을 예측하기 위해서는 접착제 물성의 측정 또는 계산이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 금속 입자/에폭시 접착제의 물성을 계산하기 위해 혼합법칙(Rule of mixture)을 활용한 균질화 기법의 연구를 진행하였다. 균질화 기법의 검증을 위해 금속 메쉬/접착제로 구성된 중간층에 알루미늄 입자를 활용한 저온 분사를 진행하여, 실험으로 측정된 입자의 침투 깊이를 유한요소 해석에서 계산된 입자의 침투 깊이와 비교하였다. 시험과 해석에서 저온 분사 입자 혹은 중간층에 도입된 입자 하나 수준 크기의 침투 결과를 확인하였고, 이를 통해 높은 변형률 속도를 갖는 입자강화 복합재료 층의 물성 예측에 있어 균질화 기법이 적용될 수 있는 가능성을 확인하였다.
This work deals with unilateral effect of quasi-brittle materials, such as concrete. For this propose, a two-dimensional meso-scale model is presented. The material is considered as a three-phase material consisting of interface zone, matrix and inclusions - each constituent modeled by an appropriate constitutive model. The Representative Volume Element (RVE) consists of inclusions idealized as circular shapes randomly placed into the specimen. The interface zone is modeled by means of cohesive contact finite elements developed here in order to capture the effects of phase debonding and interface crack closure/opening. As an initial approximation, the inclusion is modeled as linear elastic as well as the matrix. Our main goal here is to show a computational homogenization-based approach as an alternative to complex macroscopic constitutive models for the mechanical behavior of the quasi-brittle materials using a finite element procedure within a purely kinematical multi-scale framework. A set of numerical examples, involving the microcracking processes, is provided. It illustrates the performance of the proposed model. In summary, the proposed homogenization-based model is found to be a suitable tool for the identification of macroscopic mechanical behavior of quasi-brittle materials dealing with unilateral effect.
This paper discusses a refined model for investigating the micro-mechanical behavior of beam-like structures, which are composed of various elastic moduli and complex geometries varying through the cross-section directions and are also periodically-repeated and heterogeneous along the axial direction. Following the previous work (Lee and Yu, 2011), the original three-dimensional static problem is first formulated in a unified and compact form using the concept of decomposition of the rotation tensor. Taking advantage of the smallness of the cross-sectional dimension-to-length parameter and the micro-to-macro heterogeneity, while also performing homogenization along the dimensional reduction simultaneously, the variational asymptotic method is rigorously used to construct a total energy function, which is asymptotically correct up to the second order. Furthermore, through the transformation procedure based on the pure kinematic relations and the linearized equilibrium equations, a generalized Timoshenko model is systematically established. For the purpose of dealing with realistic and complex geometries and constituent materials at the microscopic level, this present approach is incorporated into a commercial analysis package. A few examples available in literature are used to demonstrate the consistency and efficiency of this proposed model, especially for the structures, in which the effects of transverse shear deformations are significant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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