• Structural Engineering and Mechanics
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• 제75권5호
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• pp.541-557
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• 2020

A novel family of controllable, dissipative structure-dependent integration methods is derived from an eigen-based theory, where the concept of the eigenmode can give a solid theoretical basis for the feasibility of this type of integration methods. In fact, the concepts of eigen-decomposition and modal superposition are involved in solving a multiple degree of freedom system. The total solution of a coupled equation of motion consists of each modal solution of the uncoupled equation of motion. Hence, an eigen-dependent integration method is proposed to solve each modal equation of motion and an approximate solution can be yielded via modal superposition with only the first few modes of interest for inertial problems. All the eigen-dependent integration methods combine to form a structure-dependent integration method. Some key assumptions and new techniques are combined to successfully develop this family of integration methods. In addition, this family of integration methods can be either explicitly or implicitly implemented. Except for stability property, both explicit and implicit implementations have almost the same numerical properties. An explicit implementation is more computationally efficient than for an implicit implementation since it can combine unconditional stability and explicit formulation simultaneously. As a result, an explicit implementation is preferred over an implicit implementation. This family of integration methods can have the same numerical properties as those of the WBZ-α method for linear elastic systems. Besides, its stability and accuracy performance for solving nonlinear systems is also almost the same as those of the WBZ-α method. It is evident from numerical experiments that an explicit implementation of this family of integration methods can save many computational efforts when compared to conventional implicit methods, such as the WBZ-α method.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.501-507
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• 2007

본 연구의 전편에서는 이동최소제곱 유한차분법을 이용한 고체역학문제의 정식화 과정이 소개되었다. 후편에서는 수치예제를 통해 이동최소제곱 유한차분법의 정확성, 강건성, 효율성을 검증했다. 탄성론 문제의 해석을 통해 개발된 해석기법의 우수한 수렴률을 확인했다. 탄성균열문제에 적용하여 간편한 불연속면 모델링이 가능하고, 적응적 절점배치를 통해 특이 응력해를 정확하고 효율적으로 계산할 수 있음을 보였다. 국소화 밴드문제 해석결과를 통해 변위나 응력이 급격하게 변화하는 특수문제에 대한 정확성과 효율성을 확인했으며, 본 해석기법이 다양한 특수 공학적 문제로 확장될 수 있을 것으로 기대된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권1호
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• pp.1-39
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• 2016

The finite element method (FEM), discrete element method (DEM), and Discontinuous deformation analysis (DDA) are among the standard numerical techniques applied in computational geo-mechanics. However, in some cases there no possibility for modelling by traditional finite analytical techniques or other mesh-based techniques. The solution presented in the current study as a completely Lagrangian and mesh-free technique is smoothed particle hydrodynamics (SPH). This method was basically applied for simulation of fluid flow by dividing the fluid into several particles. However, several researchers attempted to simulate soil-water interaction, landslides, and failure of soil by SPH method. In fact, this method is able to deal with behavior and interaction of different states of materials (liquid and solid) and multiphase soil models and their large deformations. Soil indicates different behaviors when interacting with water, structure, instrumentations, or different layers. Thus, study into these interactions using the mesh based grids has been facilitated by mesh-less SPH technique in this work. It has been revealed that the fast development, computational sophistication, and emerge of mesh-less particle modeling techniques offer solutions for problems which are not modeled by the traditional mesh-based techniques. Also it has been found that the smoothed particle hydrodynamic provides advanced techniques for simulation of soil materials as compared to the current traditional numerical methods. Besides, findings indicate that the advantages of applying this method are its high power, simplicity of concept, relative simplicity in combination of modern physics, and particularly its potential in study of large deformations and failures.

• Computers and Concrete
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• 제33권1호
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• pp.27-39
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• 2024

In this study, the authors investigate the free vibration behavior of three-phases functionally graded sandwich plates using a novel nth-order shear deformation theory. These plates are composed of a homogeneous core and two face-sheet layers made of different functionally graded materials. This is the novel type of the sandwich structures that can be applied in many fields of mechanical engineering and industrial. The proposed theory only requires four unknown displacement functions, and the transverse displacement does not need to be separated into bending and shear parts, simplifying the theory. One noteworthy feature of the proposed theory is its ability to capture the parabolic distribution of transverse shear strains and stresses throughout the plate's thickness while ensuring zero values on the two free surfaces. By eliminating the need for shear correction factors, the theory further enhances computational efficiency. Equations of motion are established using Hamilton's principle and solved via Navier's solution. The accuracy and efficiency of the proposed theory are verified by comparing results with available solutions. The authors then use the proposed theory to investigate the free vibration characteristics of three-phases functionally graded sandwich plates, considering the effects of parameters such as aspect ratio, side-to-thickness ratio, skin-core-skin thicknesses, and power-law indexes. Through careful analysis of the free vibration behavior of three-phases functionally graded sandwich plates, the work highlighted the significant roles played by individual material ingredients in influencing their frequencies.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권2호
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• pp.175-183
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• 2016

복잡한 기계장치에 대한 내구신뢰성 평가는 단순한 응력해석을 통해 피로수명을 예측하는 것이 일반적인 방법이다. 하지만 기존 방법은 유한요소 해석 시 여러 가지 요인에 의해 일관된 응력해석 결과를 얻기 어려워 해석자에 따라 상이한 수명을 예측하는 단점을 지닌다. 하지만 구조응력을 기반으로 하는 내구신뢰성 평가 기법은 이러한 단점을 보완하여 보다 합리적인 결과를 제공해 준다. 구조응력기법은 유한요소 모델의 요소 수와 요소 형태에 무관하게 일관된 응력결과를 제공하기 때문에 신뢰성이 높은 내구도 평가 결과를 얻을 수 있다. 해석조건 및 환경에 독립적인 결과를 제공해 주는 구조응력은 최근 대형선박 설계 및 각종 기계장치의 피로수명 예측에 종종 활용되고 있어 보다 깊이 있고 체계적인 연구가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 (a) 유한요소모델의 형태에 상관없이 요소에 독립적인 구조응력 산출기법을 제시하고, (b) 이를 이용하여 자동차 클러치 스냅링부의 구조응력 산출하여 피로파괴를 예측하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.156-156
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• 2000

Recently, the surface electronic states have attracted much attention since their standing wave patterns created around steps, defects, and adsorbates on noble metal surfaces such as Au(111), Ag(110), and Cu(111) were observed by scanning tunneling microscopy (STM). As a typical example, a striking circular pattern of "Quantum corral" observed by Crommie, Lutz, and Eigler, covers a number of text books of quantum mechanics, demonstrating a wavy nature of electrons. After the discoveries, similar standing waves patterns have been observed on other metal and demiconductor surfaces and even on a side polane of nano-tubes. With an expectation that the surface states could be utilized as one of ideal cases for studying two dimensionakl (sD) electronic system, various properties, such as mean free path / life time of the electronic states, have been characterized based on an analysis of standing wave patterns, . for the 2D electron system, electron density is one of the most importnat parameters which determines the properties on it. One advantage of conventional 2D electron system, such as the ones realized at AlGaAs/GaAs and SiO2/Si interfaces, is their controllability of the electrondensity. It can be changed and controlled by a factor of orders through an application of voltage on the gate electrode. On the other hand, changing the leectron density of the surface-state 2D electron system is not simple. On ewqy to change the electron density of the surface-state 2D electron system is not simple. One way to change the electron density is to deposit other elements on the system. it has been known that Pd(111) surface has unoccupied surface states whose energy level is just above Fermi level. Recently, we found that by depositing Pd on Cu(111) surface, occupied surface states of Cu(111) is lifted up, crossing at Fermi level around 2ML, and approaches to the intrinsic Pd surface states with a increase in thickness. Electron density occupied in the states is thus gradually reduced by Pd deposition. Park et al. also observed a change in Fermi wave number of the surface states of Cu(111) by deposition of Xe layer on it, which suggests another possible way of changing electron density. In this talk, after a brief review of recent progress in a study of standing weaves by STM, I will discuss about how the electron density can be changed and controlled and feasibility of using the surface states for a study of 2D electron system. One of the most important advantage of the surface-state 2D electron system is that one can directly and easily access to the system with a high spatial resolution by STM/AFM.y STM/AFM.

• 터널과지하공간
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• 제23권3호
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• pp.241-259
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• 2013

충전층을 이용한 열에너지저장 시스템은 자갈이나 콘크리트와 같은 열저장매질과 공기나 오일과 같은 열전달유체를 이용하여 현열에너지를 저장하는 방식으로서, 저장매질의 경제성과 화학적 안정성, 시스템 구축의 용이성 등 많은 장점이 갖는다. 본 연구에서는 충전층을 이용한 열에너지저장 기술에 대하여 개략적으로 소개하고, 이러한 열에너지저장소의 에너지 수지와 성능 효율을 분석하기 위한 수치 모델을 제시하였다. 유한차분법을 이용하여 저장소 내 1차원 비정상 열전달 해석을 수행하였으며, 반복적인 주입과 토출에 따른 충전층의 온도분포와 외부로의 손실 에너지를 계산하였다. 해석모델은 AA-CAES(advanced adiabatic compressed air energy storage)와 연계된 고온의 열에너지저장시스템으로 저장소가 지하암반 내에 위치하는 경우와 지상에 위치하는 경우를 모사하고, 성능효율 및 열손실률을 비교 분석하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.197-213
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• 2019

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 이용하여 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층 내 물 주입시험을 수치적으로 모델링하고, 단층의 재활성과 수리역학적 거동 특성을 살펴보았다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙(Cubic law)을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 현장에서 획득한 단층의 균열개방압력(fracture opening pressure), 주입율, 모니터링 압력, 변위 곡선 등을 바탕으로, 단층의 탄성적 변형과 파괴에 의한 수직팽창 특성을 반영할 수 있는 수리간극모델과 수리역학 커플링 관계를 해석모델에 반영하였다. 한편, 현지응력 조건, 단층의 강도 및 변형 특성에 따른 파라미터 해석을 실시하여 각 입력변수가 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 통해 현장시험 결과를 가장 잘 재현할 수 있는 파라미터 조합을 선정하였다. 해석 결과, 균열개방압력에서 단층의 주입율과 모니터링 압력이 크게 증가하는 현상을 합리적으로 재현할 수 있었다. 하지만, 동일한 입력 변수 조건에서 단층의 전단변위와 파괴영역의 범위는 현장시험 결과에 비해 과대평가되는 결과를 보였다. 이는 해석모델에서는 고압의 주입조건에서 단층의 지속적인 전단파괴가 유도되는 반면, 현장에서는 수리간극의 변화가 전단 미끄러짐보다는 인장력에 의한 단층면의 개방(tensile opening)에 크게 의존하는 것으로 추정되기 때문이다.

• 대한치과보철학회지
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• 제49권4호
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• pp.316-323
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• 2011

연구 목적: 본 연구의 목적은 치과용 임플란트 나사산 디자인이 변연골 응력에 미치는 영향에 정량적인 분석을 하고자 한다. 연구 재료 및 방법: 외경 4.1 mm (경부직경 3.5 mm), 매식부 길이 10 m인 표준형 ITI 임플란트 시스템(ITI Dental Implant System; Straumann AG, Waldenburg, Switzerland)을 기본모델(대조모델)로 채택하고, 그 몸체의 나사산은 다른 임플란트 시스템에 채택되고 있는 삼각형, 사각형, buttres형 디자인을 가지는 가상의 해석모델을 4종 만들었다. 해석모델은 나사산 형태와 크기에 따라 (1) 모델 A (작은 삼각형 나사산), (2) 모델 B (큰 삼각형 나사산), (3) 모델 C (buttres형 나사산), 및 (4) 모델 D (사각형 나사산)로 구분하였다. 유한요소 모델링과 해석에는 NISA II/DISPLAY III (Engineering Mechanics Research Corporation, Troy, MI, USA) 프로그램을 사용하였다. Mesh 구성에는 NKTP type 34형 solid 요소(4각형 축대칭 요소, 요소당 절점수 8개)를 사용하여 임플란트 장축과 평행한 축대칭 하중은 물론 장축과 경사각을 갖는 비축대칭 하중조건을 모두 해석할 수 있도록 하였다. 임플란트의 표면으로부터 각각 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 mm 떨어진 위치에 5개의 응력관찰점(stress monitoring point)을 설정 하여 기록된 응력 값으로부터 회귀분석을 통하여 변연골 응력 최대값(peak stress)을 정량화하였다. 해석에 사용한 하중 조건은 2가지로, 임플란트 축에 평행한 수직하중 100 N과 임플란트 축과 $30^{\circ}$를 이루는 경사력 100 N 조건이었다. 결과: 임플란트 경부와 접하고 있는 인접 변연골에 응력집중현상이 보이고 있었으며, 그 양상은 임플란트 나사산 디자인과 무관하게 거의 유사하게 관찰되었다. 수직력 100 N 조건에서 산출된 변연골 최대응력값은 대조모델과 실험모델 A, B, C, D에서 7.84, 6.45, 5.96, 6.85, 5.39 MPa이었고, 경사력 조건에서는 각각 29.18, 26.45, 25.12, 27.37, 23.58 MPa이었다. 결론: 임플란트 나사산의 디자인은 변연골의 응력에 영향을 미치는 중요한 요소이다.

• 터널과지하공간
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• 제28권5호
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• pp.400-425
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• 2018

본 논문에서는 국제공동연구인 DECOVALEX-2019 프로젝트 Task B의 연구결과와 현황을 소개하였다. Task B의 주제는 'Fault slip modelling'으로 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성(미끄러짐, 전단파괴)과 수리역학적 거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 1단계 연구는 참가팀들이 연구주제에 대해 숙지하고, 벤치마크 모델을 대상으로 단층의 투수특성과 역학적 거동의 상호작용을 모사할 수 있는 해석코드를 개발할 수 있도록 하는 준비 단계의 연구이다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 사용하여 물 주입으로 인한 단층의 수리역학적 연계거동을 모사하였다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 두 가지 수리간극모델에 대하여 수리역학적 커플링 관계식을 수치화하였으며, 연속체 요소(수리모델)와 인터페이스 요소(역학모델)의 거동을 연계할 수 있는 해석기법을 제시하였다. 또한, 단층의 역학적 변형(간극의 변화)으로 인한 수리물성 변화와 기하학적 변화(해석 메쉬의 변형)를 수리해석에 반영할 수 있는 해석기법을 개발하였다. 다양한 압력의 물을 단계적으로 주입하고 이로 인해 유도되는 단층의 탄성거동 및 전단파괴(미끄러짐)에 대해 살펴보았으며, 수리간극의 변화 양상과 원인, 압력 분포와 주입율의 관계 등을 면밀히 검토하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 미끄러짐 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있는 것으로 판단할 수 있었다. 본 연구의 해석모델은 Task B에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 연구의 현장시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.