This paper presents some important issues in modeling rock behaviour around an underground opening at depth which characterized as stress-induced fractural failure of rock. Unlike other conventional modeling approaches, stress-induced rock failure is highly complex process due to its own heterogeneous and discrete natures. Because of this complexity, many researchers has been struggled to mimic such processes as close as possible to reality with various approaches in both analytical, and numerical approaches for past few decades. Such approaches which are based on continuum mechanics, analytical fracture mechanics, and DEM(Discrete Element Method) were explored in this paper, and fundamental shortcomings for each approaches were illustrated here. In addition, DEM approach using $PFC^{2D}$(Particle Flow Code) was also implemented and illuminated in this paper and discuss the improvement and considerations for the future research.
Work rolls used in cold rolling mills must have outstanding wear resistance and very little plastic defor- mation. Thus, these rolls require a higher surface hardness and harding to a greater depth. To meet these requirements, the rolls, in general, have basic chemical composition of 0.7 to 1.0% carbon and 1.0 to 5.0% Cr(chromium), plus a small amounts of special elements, and are subjected to intensive water quenching and tempering at low temperature to provide a surface hardness of over 90 shore. This test results are as follows. Deflection and fracture load of 5% Cr material are than those of 3% Cr material and show flat curve from surface to subsurface. It will be clear that 5% Cr work roll has a superior resisti- bility against wear and abrasion comparing with 3% Cr work roll. The improvement of wear and abrasion in 5% Cr work roll will be achieved by the large amount of wpheroidal carbide. In grindability and polish, 5% Cr work roll will be a little inferior comparing with 3% Cr work roll.
본 연구는 HSC의 폭렬제어 및 내화성능 확보 방안 중 하나인, HSC에 내화성능을 갖는 피복층을 형성하는 방안에 대하여, 피복층을 ECC로 이용하는 경우 이에 대한 화재성상 및 내화특성을 실험적으로 검토하고, 수열온도 예측 등과 같은 내화설계를 위한 기초자료를 제시하기 위한 것이다. 이를 위하여 HSC 부재에 대한 내화시험을 실시하였다. 실험변수는 ECC의 피복층 두께(20, 30, 40 mm), 시공방식(라이닝, 보수)으로 하였으며, 비교 및 검증을 위하여 피복층이 없는 HSC 및 FRCC 2종류의 충전두께의 변화에 따른 실험을 실시하였다. 도입 화재하중은 ISO 834 기준 3시간 가열곡선으로 하였으며, 각 깊이별 수열온도, 폭렬 및 균열성상, 중성화깊이를 측정 평가하였다. 실험결과 ECC는 HSC 보다 높은 차열성능을 가지고 있으며, 폭렬저감성능을 확인 할 수 있었다. 또한 회귀분석을 통하여 ECC를 HSC의 피복층으로 사용하는 경우에 대한 수열온도 간편 예측식을 제시하였으며, 이에 대한 검증을 실험결과를 통해 수행하였고 HSC를 이용한 부재에 대한 본 예측식의 적용 방법을 제시하였다.
It is important to prevent roll failure in hot rolling process for reducing maintenance coat and production loss. Roll material and rolling conditions such as the roll force and torque have been intensively investigated to overcome the roll failures. In this study, a computer roll life prediction system under working condition is developed and evaluated on IBM-PC level. The system is composed and fatigue estimation models which are stress analysis, crack propagation, wear and fatigue estimation. Roll damage can be predicted by calculating the stress anplification, crack depth propagation and fatigue level in the roll using this computer model. The developed system is applied to a work roll in actual hot rolling process for reliability evaluation. Roll failures can be diagnosed and the propriety of current working condition can be determined through roll life prediction simulation.
최근 국내·외 건축물들의 초고층화·대형화에 따라 고강도 콘크리트의 사용이 날로 증가하고 있으나 이러한 고강도 콘크리트는 일반강도 콘크리트에 비해 화재에 의한 콘크리트 단면의 폭렬현상이 가장 심각한 문제점으로 지적되고 있다. 이에 따라 내화성능 향상대책으로 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 등을 혼합한 섬유혼입공법이 주로 사용되고 있다. 그러나 섬유혼입공법이 적용된 고강도 콘크리트에 대한 대다수의 연구는 주로 폭렬저감 효과에 집중되어 있으며, 화재 후 PP섬유가 용융되어 생성된 미세공극이 고강도 콘크리트의 장기내구성에 미치는 영향을 조사·분석한 연구는 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 화재피해가 발생한 섬유혼입공법이 적용된 고강도 콘크리트를 가정하여 중성화시험 및 미세구조분석을 통하여 미세공극이 중성화 깊이에 미치는 영향을 검토하였다. 그 결과, 300℃에서 1시간만 노출되어도 콘크리트 내부의 PP섬유가 중심부까지 전부 용융되어 중성화 촉진이 원활히 진행된 것으로 나타났다. 화재 후 PP섬유가 혼입된 고강도 콘크리트는 PP섬유가 용융되어 생성된 모세관 공극의 연결성 증가 및 미세균열증가로 인해 장기내구성에 대한 심각한 피해가 우려되며, 섬유혼입공법이 적용된 고강도 콘크리트의 장기내구성에 대한 더욱 정밀한 조사 및 분석이 요구된다.
본 연구에서는 국내에 활발히 적용되기 시작한 쉴드 TBM 터널의 합리적인 유지관리를 위한 성능평가 기준을 제시하였다. 이를 위해 국내 외 성능평가 기준을 분석하였고, 국내 시공된 쉴드 TBM 터널에 대한 현장조사 및 정밀안전진단 보고서 분석을 통한 변상사례를 조사하여 성능평가 항목을 균열, 누수, 파손, 박리, 층분리 및 박락, 백태, 품질상태, 철근노출, 탄산화, 단차, 볼트상태, 배수상태, 지반상태, 접속부상태, 공동구 상태로 선정하였다. 또한 다중의사결정기법인 AHP 기법을 활용하여 선정된 성능평가에 대한 합리적인 가중치를 산정하였다.
Material degradation such as high temperature oxidation of metallic material is a severe problem in energy generation systems or manufacturing industries. The metallic materials are oxidized to form oxide films in high temperature environments. The oxide films act as diffusion barriers of oxygen and metal ions and thereafter decrease oxidation rates of metals. The metal oxidation is, however, accelerated by mechanical fracture and spalling of the oxide films caused by thermal stresses by repetition of temperature change, vibration and by the impact of solid particles. It is therefore very important to investigate mechanical properties and adhesion of oxide films in high temperature environments, as well as the properties in a room temperature environment. The oxidation tests were conducted for Ni and Ni-Co alloy under high temperature corrosive environments. The hardness distributions against the indentation depth from the top surface were examined at room temperature. Dynamic indentation tests were performed on Ni oxide films formed on Ni surfaces at room and high temperature to observe fractures or cracks generated around impact craters. As a result, it was found that the mechanical property as hardness of the oxide films were different between Ni and Ni-Co alloy, and between room and high temperatures, and that the adhesion of Ni oxide films was relatively stronger than that of Co oxide films.
SmartCrown is a system to control the plate crown by shifting the sine-shaped work rolls in the axial direction. The control range of the plate crown depends on a depth of sine-shaped roll profile because the roll radius varies continuously along the axial direction. When the roll profile is changed to improve the control range, the contact stress between the work roll and the back-up roll also changes. In the current study, the contact stress for various profiles and rolling conditions were analyzed using the finite element method and compared with results from Hertzian contact theory. A submodel method is used to increase the accuracy of the finite element analysis. The analysis results showed that the maximum increase in the contact stress was only 53MPa, so it is anticipated that no back-up roll spalling will occur.
화재가 발생할 경우 터널 구조물은 일정하중 재하조건에서 화재로 인한 온도상승으로 인해 강도저하가 유발되며, 이러한 강도저하에 의해 축력비가 변화하게 되어 구조체에 변형이 발생하게 된다. 이에 본 연구에서는 일정하중 재하조건과 터널화재구현이 가능한 재하연동 가열로를 개발하여 콘크리트 라이닝의 화재 실증실험을 수행하였다. 실험체는 EFNARC에서 규정한 소규모 실물실험체 형상조건을 준용하였으며, 배합강도는 일반강도인 24MPa와 고강도인 40MPa 50MPa를 선정하여, 강도에 따른 열적특성을 분석하고자 하였다. 하중 재하비는 20%와 40%를 기준으로 가열시 일정재하조건을 부여하였으며, 터널화재곡선 중 가장 급격한 온도상승으로 인해 콘크리트의 열 충격효과가 구현될 수 있는 MHC Fire를 선정하여 가열실험을 수행하였다. 실험수행결과 동일한 하중비에서 고강도로 갈수록 균열이 증가되었으며, 폭렬은 고강도인 50MPa 실험체에서 발생하였다. ITA의 한계온도조건 콘크리트 라이닝의 성능기준에 따른 화재손상부위는 전체 200mm 라이닝에서 가열면으로부터 평균 50mm 깊이가 기준에 미 부합되는 것으로 도출되었다.
콘크리트의 폭렬방지 재료로서 PP섬유는 그 효과가 이미 확인되었다. 그러나 화재 시 발생하는 최대온도에 대한 고려가 필요하고 배합량에 따라 발생하는 믹싱문제 및 강도저하 문제의 해결이 필요하다. 본 연구에서는 RABT화재시나리오 하에서 PP섬유 함유량과 공기량에 따른 터널 세그먼트 라이닝의 화재저항성능을 살펴보았다. 그 결과, 모든 시험체에서 폭렬과 단면손실은 발생하지 않았으며, PP섬유 함유량이 작을 경우 상대적으로 최대온도가 높고 최대온도 도달시간 역시 빠른 것으로 나타났다. 반면, 공기량 차이에 따른 최대온도와 도달시간에 대한 어떤 경향을 발견하지 못했다. PP섬유 혼입량 0.75, 1.0, 1.5, 2.0 kg/m3인 경우에 대한 시험체 내부 온도분포 결과에서는 0.75와 1.0 kg/m3의 결과가 유사한 온도분포를 보였으며, 1.5와 2.0 kg/m3의 결과가 유사하게 나타났다. PP섬유 혼입량이 많을 경우 동일 깊이에서 내부 온도분포가 낮아지는 경향이 있는 것을 확인할 수 있었으며, PP섬유 혼입량 1.0 kg/m3와 1.5kg/m3의 결과에서 주목할 만한 차이가 발생함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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