• Steel and Composite Structures
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• 제36권1호
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• pp.47-62
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• 2020

In this study, free vibration behavior of trapezoidal sandwich plates with porous core and two graphene platelets (GPLs) reinforced nanocomposite outer layers are presented. The distribution of pores and GPLs are supposed to be functionally graded (FG) along the thickness of core and nanocomposite layers, respectively. The effective Young's modulus of the GPL-reinforced (GPLR) nanocomposite layers is determined using the modified Halpin-Tsai micromechanics model, while the Poisson's ratio and density are computed by the rule of mixtures. The FSDT plate theory is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions (B.C.s) for trapezoidal plate. The governing equations together with related B.C.s are discretized using a mapping- generalized differential quadrature (GDQ) method in the spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained by GDQ method. Validity of current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. A special attention is drawn to the role of GPLs weight fraction, GPLs patterns of two faces through the thickness, porosity coefficient and distribution of porosity on natural frequencies characteristics. New results show the importance of this permeates on vibrational characteristics of porous/GPLR nanocomposite plates. Finally, the influences of B.C.s and dimension as well as the plate geometry such as face to core thickness ratio on the vibration behaviors of the trapezoidal plates are discussed.

• Steel and Composite Structures
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• 제37권6호
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• pp.711-731
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• 2020

This paper deals with free vibration of FG sandwich annular sector plates on Pasternak elastic foundation with different boundary conditions, based on the three-dimensional theory of elasticity. The plates with simply supported radial edges and arbitrary boundary conditions on their circular edges are considered. The influence of carbon nanotubes (CNTs) waviness, aspect ratio, internal pores and graphene platelets (GPLs) on the vibrational behavior of functionally graded nanocomposite sandwich plates is investigated in this research work. The distributions of CNTs are considered functionally graded (FG) or uniform along the thickness of upper and bottom layers of the sandwich sectorial plates and their mechanical properties are estimated by an extended rule of mixture. In this study, the classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The core of structure is porous and the internal pores and graphene platelets (GPLs) are distributed in the matrix of core either uniformly or non-uniformly according to three different patterns. The elastic properties of the nanocomposite are obtained by employing Halpin-Tsai micromechanics model. A semi-analytic approach composed of 2D-Generalized Differential Quadrature Method (2D-GDQM) and series solution is adopted to solve the equations of motion. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. Some new results for the natural frequencies of the plate are prepared, which include the effects of elastic coefficients of foundation, boundary conditions, material and geometrical parameters. The new results can be used as benchmark solutions for future researches.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권12호
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• pp.961-968
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• 2020

본 연구에서는 미시역학 전산 모형을 통해 열 보호 시스템에 사용되는 내열 코팅 재료의 유효 열전도도와 탄성 계수를 산출하고 분석하였다. 상용 프로그램 Simpleware를 이용하여 HfC로 코팅된 탄소/탄소 복합재료의 삼차원 전산 모형을 생성한 후 유한요소 해석을 수행하였다. 유효 물성의 경향을 확인하기 위해 코팅층의 기공도와 두께 변화를 고려하였다. 또한, 실제 시편을 제작하여 실험에서 온도에 따라 측정된 열전도도와 해석에서 산출된 열전도도를 서로 비교하였으며 해석 결과가 측정값에 근접하였다. 이를 통해 내열 코팅 재료의 유효 물성을 산출하는데 있어서 미시역학 전산 해석이 적절함을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제20권2호
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• pp.21-26
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• 2007

이 논문은 합성섬유를 이용하여 포틀랜드 시멘트 모르타르를 보강한 복합재료인 ECC(Engineered Cementitious Composite)의 설계 과정과 건설현장에 이 복합재료를 적용할 수 있도록 시공성을 부여한 연구 내용을 정리하였다. 이 연구에서는 다양한 시공성, 즉 자기충전(self·consolidating)과 스프레이 시공성을 갖는 ECC를 제작하기 위하여 단계적인 재료 개발 방법론을 채택하였다. 우선 마이크로역학(micromechanics)과 안정상태균열이론(steady-state cracking theory)을 이용하여 골재와 섬유를 선정한 후, 굳기 전 재료의 레올로지를 제어하는 방법으로 시공성을 구현하였다. 여기서, 굳기 전 재료의 레올로지를 제어하기 위하여 화학첨가제(chemical admixtures)와 광물첨가재(mineral admixtures)의 양을 소량으로 조절하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법을 활용함으로써 굳기 전에는 다양한 시공성을 나타내면서, 굳은 후에는 높은 연성(인장변형경화 거동)을 나타내는 실용적인 ECC 복합재료를 개발하였다.

• Advances in nano research
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• 제15권5호
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• pp.467-484
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• 2023

Despite the significant features of fiber-reinforced cementitious composites (FRCCs), including better mechanical, fractural, and durability performance, their high content of cement has restricted their use in the construction industry. Although ground granulated blast furnace slag (GGBFS) is considered the main supplementary cementitious material, its slow pozzolanic reaction stands against its application. The addition of nano-sized mineral modifiers, including nano-silica (NS), is an alternative to address the drawbacks of using GGBFS. The main object of this empirical and numerical research is to examine the effect of NS on the strain-hardening behavior of cementitious composites; ten mixes were designed, and five levels of NS were considered. This study proposes a new method, using a four-point bending test to assess the use of nano-silica (NS) on the flexural behavior, first cracking strength, fracture energy, and micromechanical parameters including interfacial friction bond strength and maximum bridging stress. Digital image correlation (DIC) was used for monitoring the initiation and propagation of the cracks. In addition, to attain a deep comprehension of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. It was discovered that using nano-silica (NS) in cementitious materials results in an enhancement in the matrix toughness, which prevents multiple cracking and, therefore, strain-hardening. In addition, adding NS enhanced the interfacial transition zone between matrix and fiber, leading to a higher interfacial friction bond strength, which helps multiple cracking in the composite due to the hydrophobic nature of polypropylene (PP) fibers. The findings of this research provide insight into finding the optimum percent of NS in which both ductility and high tensile strength of the composites would be satisfied. As a concluding remark, a new criterion is proposed, showing that the optimum value of nano-silica is 2%. The findings and proposed method of this study can facilitate the design and utilization of green cementitious composites in structures.

• 비파괴검사학회지
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• 제22권3호
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• pp.267-274
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• 2002

본 연구는 Cr-Mo-V강의 다양한 분극특성들을 이용하여 비파괴적으로 재질열화를 평가하는 전기화학적 기법에 대해서 서술한 것이다. 사용된 전기화학적 기법은 스테인레스강의 열 이력에 의해 주로 야기되는 강화원소 결핍 영역에서의 예민화 그리고 부식속도를 평가하기 위해 널리 사용되는 양극분극 시험법이다. 재질열화 평가는 $10{\times}10{\times}0.5mm$ 크기의 시험편을 사용하는 미소역학 시험법으로 잘 알려진 SP시험에 의해 수행되었다. $630^{\circ}C$에서 1,000hrs 시효된 재료가 가장 높은 재질 열화도 ${\Delta}[DBTT]_{SP}$을 보였으나, 2,000hrs 그리고, 3,000hrs 시효된 재료는 시효 시간이 증가함에 따라 ${\Delta}[DBTT]_{SP}$의 감소를 보였다. 전류밀도의 차 $({\Delta}I_{FP},\;{\Delta}I_{SP})$가 1,000hrs 시효시간까지는 증가하였고, 그 이후의 시효시간에서는 시효시간의 증가와 더불어 감소됨이 관찰되었다. 이 같은 결과는 시효재료에 대한 경도의 거동과 일치하였다. 덧붙여, ${\Delta}[DBTT]_{sp}$는 ${\Delta}I_{FP}$ 및 ${\Delta}I_{SP}$와 같은 전기화학적 분극특성들과 좋은 상관관계를 가지고 있음을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.343-348
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• 2009

본 연구에서는 분자동역학 전산모사와 미시역학 모델을 이용하여 나노입자의 체적분율이 높은 경우 나노 입자의 크기효과와 체적분율 효과가 나노복합재의 기계적 물성에 미치는 영향을 효과적으로 묘사할 수 있는 순차적 브리징 해석기법을 제안하였다. 체적분율이 12%로 고정된 상태에서 나노입자의 크기변화에 따른 영률과 전단계수를 분자동역학 전산모사를 통해 예측한 후, 이를 연속체 모델에서 구현하기 위해 다중입자모델을 적용하였다. 나노입자의 크기효과를 반영하기 위해 입자와 기지 사이에 유효계면을 추가적인 상으로 도입하였고, 12%의 체적분율 조건에서 나타날 수 있는 체적분율 효과는 나노복합재를 둘러싸는 가상의 영역인 무한영역의 물성값의 변화를 통해 조절되도록 하였다. 유효계면과 무한영역의 물성을 입자의 반경에 대한 함수로 근사한 후 다양한 입자의 크기에서 나타나는 나노복합재의 물성변화의 예측이 가능하도록 하였다. 제안된 브리징 해석기법의 적용을 통해 분자동역학 해석결과와 잘 일치하는 결과를 연속체 모델에서 효율적이고 정확하게 얻을 수 있었다. 또한 유효계면의 두께와 물성 변화가 나노복합재의 기계적 물성에 미치는 영향을 고찰하였다.