• 대한기계학회논문집A
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• 제36권10호
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• pp.1241-1248
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• 2012

본 연구의 목적은 CW 레이저 조사에 의한 실리콘 웨이퍼의 손상을 평가하는 것이다. 먼저, 레이저 조사에 의한 온도 및 응력 변화를 3 차원 유한요소해석 모델을 이용하여 예측하였다. 해석 결과, 93 $W/cm^2$의 레이저 빔이 조사되었을 때, 실리콘 웨이퍼의 표면의 응력은 약 140 MPa 까지 증가하였으며 균열이 발생할 것으로 예측되었다. 레이저 강도가 더욱 증가하여 186 $W/cm^2$ 일 때에는 실리콘 웨이퍼의 표면의 온도는 $1432^{\circ}C$까지 증가하였으며 표면부가 용융될 것으로 예상되었다. 실험 결과, 102 $W/cm^2$ 의 레이저 빔이 실리콘 웨이퍼 표면에 조사되었을 때 표면부에 균열이 발생하였고, 레이저 빔의 강도가 더욱 증가하여 140 $W/cm^2$ 일때 표면부에서 용융이 발생하였다. 용융이 발생하는 레이저 빔의 강도는 유한요소해석 결과보다 낮은 값이었으며 이는 표면부에서 생성된 균열에 의해 레이저 빔의 다중반사와 다중흡수가 일어나 레이저 빔의 흡수량이 증가하였기 때문이다.

• Computers and Concrete
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• 제3권4호
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• pp.213-233
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• 2006

Over the past years techniques for non-linear analysis have been enhanced significantly via improved solution procedures, extended finite element techniques and increased robustness of constitutive models. Nevertheless, problems remain, especially for real world structures of softening materials like concrete. The softening gives negative stiffness and risk of bifurcations due to multiple cracks that compete to survive. Incremental-iterative techniques have difficulties in selecting and handling the local peaks and snap-backs. In this contribution, an alternative method is proposed. The softening diagram of negative slope is replaced by a saw-tooth diagram of positive slopes. The incremental-iterative Newton method is replaced by a series of linear analyses using a special scaling technique with subsequent stiffness/strength reduction per critical element. It is shown that this event-by-event strategy is robust and reliable. First, the model is shown to be objective with respect to mesh refinement. Next, the example of a large-scale dog-bone specimen in direct tension is analyzed using an isotropic version of the saw-tooth model. The model is capable of automatically providing the snap-back response. Subsequently, the saw-tooth model is extended to include anisotropy for fixed crack directions to accommodate both tensile cracking and compression strut action for reinforced concrete. Three different reinforced concrete structures are analyzed, a tension-pull specimen, a slender beam and a slab. In all cases, the model naturally provides the local peaks and snap-backs associated with the subsequent development of primary cracks starting from the rebar. The secant saw-tooth stiffness is always positive and the analysis always 'converges'. Bifurcations are prevented due to the scaling technique.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.257-270
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• 2000

본 연구는 결함을 지닌 구조체의 거시적인 역학적 거동을 손상역학이론에 근거하여 해석할 수 있는 손상모델을 개발하고 이를 손상을 입은 구조체에 적용하여 손상된 구조체의 전체거동을 해석적으로 규명하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 수정된 2차손상텐서를 이용하였으며, 유효응력을 통해서 산정된 손상응력을 절점에 작용하는 추가의 하중 항으로 고려할 수 있고 균열면의 성질을 반영할 수 있는 유한요소해석 알고리즘을 개발하였다. 개발된 알고리즘은 실험치 및 횡등방성 이론에 의한 이론치와의 비교·검증을 통하여 그 신뢰성을 검토하였다. 선형탄성 가정 하에서 균열을 지닌 구조체에 개발된 알고리즘을 적용하여 해석한 결과, 균열의 방향과 균열군에 따른 손상된 구조체의 거동을 정량적으로 추정할 수 있었다. 개발된 모델을 균열이 존재하는 암반의 굴착문제와 파쇄대를 지니고 있는 지하구조체 문제에 적용해 본 결과, 손상으로 인해 야기되는 구조체의 전체 거동상의 차이를 규명할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권1호
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• pp.8-17
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• 2003

항공기 주구조에서 맞대기중첩연결(Butt Lap Joint) 구조는 저속균열성장 개념의 손상허용설계를 한다. 이러한 연결부 구조는 볼트나 리벳 구멍 가장자리의 부재간 접촉면에서 프레팅에 의한 피로균열이 발생되어 다지점 균열성장 거동을 하는 경우가 많다. 본 연구에서는 초기 모서리균열을 내재한 볼트연결 맞대기중첩연결 구조시편에 프레팅 조건을 달리하여 비행하중스펙트럼 하에서 피로균열 성장거동을 실험적으로 분석하고 잔여강도를 비교하여 프레팅이 균열성장과 손상허용성에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 기존의 응력강도식으로 모서리균열의 성장패턴을 예측하고 실험결과와 비교 분석하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권2호
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• pp.95-103
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• 2012

변형경화형 시멘트 복합체(SHCC)는 직접인장 상황에서 FRCCs에 비해 우수한 변형경화 특성을 갖는 재료이다. 하지만 SHCC는 일반적인 콘크리트에 비해서 시멘트비율이 높은 부배합 이며, 이에 따라서 자기수축이 큰 특성을 갖는 재료이다. 따라서 시멘트 복합체 내에 팽창재를 대체함으로써 수축저감을 통한 성능향상을 기대하였다. 이 연구에서는 각 강도별 SHCC의 배합에 팽창재를 대체함에 따른 역학적특성을 평가하고자 하였다. 시험결과 설계기준 압축강도 70MPa 배합이 압축, 인장, 휨, 시험에서 우수한 역학적 특성을 나타내었으며, 균열 특성에서는 팽창재를 대체한 SHCC가 균열분산 및 연성에서 우수한 특성을 나타내었다.

• Smart Structures and Systems
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• 제18권3호
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• pp.405-423
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• 2016

In this study, the feasibility of using telecommunication single-mode optical fiber (SMF) as a distributed fiber optic strain and crack sensor was evaluated in concrete pavement monitoring. Tensile tests on various sensors indicated that the $SMF-28e^+$ fiber revealed linear elastic behavior to rupture at approximately 26 N load and 2.6% strain. Six full-scale concrete panels were prepared and tested under truck and three-point loads to quantify the performance of sensors with pulse pre-pump Brillouin optical time domain analysis (PPP-BOTDA). The sensors were protected by precast mortar from brutal action during concrete casting. Once air-cured for 2 hours after initial setting, half a mortar cylinder of 12 mm in diameter ensured that the protected sensors remained functional during and after concrete casting. The strains measured from PPP-BOTDA with a sensitivity coefficient of $5.43{\times}10^{-5}GHz/{\mu}{\varepsilon}$ were validated locally by commercial fiber Bragg grating (FBG) sensors. Unlike the point FBG sensors, the distributed PPP-BOTDA sensors can be utilized to effectively locate multiple cracks. Depending on their layout, the distributed sensors can provide one- or two-dimensional strain fields in pavement panels. The width of both micro and major cracks can be linearly related to the peak strain directly measured with the distributed fiber optic sensor.

• 정보처리학회논문지:소프트웨어 및 데이터공학
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• 제10권5호
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• pp.161-168
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• 2021

균열은 건물, 교량, 도로, 수송관 등의 기반시설의 안전성에 영향을 주는 요소이다. 본 연구에서는 검사 비용과 시간을 줄일 수 있는 자동화된 균열 탐지 시스템을 다룬다. 환경과 표면에 강건한 시스템을 구성하기 위해서, 본 연구에서는 여러 사전 연구에서 사용된 다양한 표면의 균열 데이터 셋을 수집하여 통합 데이터 셋을 구축하였다. 이후, 컴퓨터 비전 분야에 높은 성능을 발휘하는 VGG, ResNet, WideResNet, ResNeXt, DenseNet, EfficientNet 딥러닝 모델을 적용하였다. 통합 데이터 셋은 훈련 집합(80%)과 테스트 집합(20%)으로 나누어 모델 성능을 검증하기 위해서 사용했다. 실험 결과, DenseNet121 모델이 높은 마라미터 효율성을 가지면서도 테스트 집합에 대해 96.20%의 정확도를 달성하여 가장 높은 성능을 보여주었다. 딥러닝 모델의 균열 검출 성능 검증을 통해, DenseNet121를 활용하여 컴퓨팅 자원이 적은 소형 디바이스에서도 높은 균열 검출 성능을 보이는 탐지 시스템을 구축이 가능함을 확인했다.

• Smart Structures and Systems
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• 제15권1호
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• pp.135-150
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• 2015

Large concrete structures are prone to cracks and damages over time from human usage, weathers, and other environmental attacks such as flood, earthquakes, and hurricanes. The health of the concrete structures should be monitored regularly to ensure safety. A reliable method of real time communications can facilitate more frequent structural health monitoring (SHM) updates from hard to reach positions, enabling crack detections of embedded concrete structures as they occur to avoid catastrophic failures. By implementing an unconventional mode of communication that utilizes guided stress waves traveling along the concrete structure itself, we may be able to free structural health monitoring from costly (re-)installation of communication wires. In stress-wave communications, piezoelectric transducers can act as actuators and sensors to send and receive modulated signals carrying concrete status information. The new generation of lead zirconate titanate (PZT) based smart aggregates cause multipath propagation in the homogeneous concrete channel, which presents both an opportunity and a challenge for multiple sensors communication. We propose a time reversal based pulse position modulation (TR-PPM) communication for stress wave communication within the concrete structure to combat multipath channel dispersion. Experimental results demonstrate successful transmission and recovery of TR-PPM using stress waves. Compared with PPM, we can achieve higher data rate and longer link distance via TR-PPM. Furthermore, TR-PPM remains effective under low signal-to-noise (SNR) ratio. This work also lays the foundation for implementing multiple-input multiple-output (MIMO) stress wave communication networks in concrete channels.

• 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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.98-105
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• 2017

본 연구에서는 후크형 강섬유와 PVA 섬유의 혼합비에 따른 하이브리드 섬유보강 시멘트 복합체의 인장거동에 미치는 변형속도의 효과에 대하여 평가하기 위하여, 후크형 강섬유와 PVA 섬유를 각각 1.5+0.5, 1.0+1.0, 0.5+1.0vol.%의 혼합비로 보강한 하이브리드 섬유보강 시멘트 복합체를 제작하였다. 그 결과, 후크형 강섬유보강 시멘트 복합체는 변형속도가 증가함에 따라 섬유와 매트릭스의 부착력이 향상되어 인장강도, 변형능력 및 파괴인성이 크게 향상되었으며, 후크형 강섬유 주변의 매트릭스에 발생하는 마이크로 균열에 의해 직선형으로 인발되는 섬유의 수가 감소하고, 인장강도 점 이후의 응력 저하가 급격하게 발생하였다. 한편, PVA 섬유는 변형속도 $10^{-6}/s$에서는 끊어지는 파괴거동이 나타났으나, 변형속도 $10^1/s$에서는 변형속도가 증가함에 따라 섬유가 인발되는 파괴거동에 의해 다중균열 개수 및 변형능력이 감소하였다. 후크형 강섬유 1.5vol.%, PVA 섬유 0.5vol.%를 혼입한 시험체(HSF1.5PVA0.5)는 PVA가 후크형 강섬유의 주변 매트릭스에 발생하는 마이크로 균열을 억제하여 후크형 강섬유의 인발저항성능을 향상시키기 때문에 가장 높은 인장강도를 나타내었으며, 변형능력 및 파괴인성의 DIF가 크게 향상되었다. 또한, 변형속도 $10^1/s$에서는 후크형 강섬유의 인발저항성능의 증가로 인하여 직선형으로 인발되는 섬유의 수가 증가하기 때문에 인장강도 점 이후의 응력 저하가 감소하여 파괴인성의 시너지는 양의 값을 나타내었다.