• 터널과지하공간
• /
• 제30권4호
• /
• pp.271-305
• /
• 2020

열-수리-역학-화학적 복합거동의 영향은 고준위방사성폐기물 심층 처분시스템의 성능평가 및 안전성 평가 측면에서 중요하기 때문에 이를 분석하고 예측하기 위한 해석모델과 수치해석 기법이 필요하다. 하지만, 장기간에 걸쳐 발생하는 열-수리-역학-화학적 복합거동에 관련된 다양한 현상들이 비선형적 거동을 보이고 그 구성방정식들의 상관관계가 명확하지 않기 때문에 이를 정확하게 해석하고 예측할 수 있는 수치모델과 모델링 기법을 개발하는 것은 매우 어렵다. 뿐만 아니라, 개발된 수치모델과 모델링 기법을 검증하기 위해서는 오랜 시간동안 수행되어야 하는 고비용의 실험실 시험과 현장시험이 필요하기 때문에 열-수리-역학-화학적 복합거동 분석과 예측을 위한 수치모델과 모델링 기법의 개발뿐만이 아니라 검증 역시 쉽지 않다. 이러한 문제를 해결하여 효과적인 수치모델 및 해석기법 개발과 실험실 시험 및 현장시험 데이터를 활용한 검증을 수행하기 위해 국제공동연구 DECOVALEX(DEvelopment of COupled models and their VALidation against EXperiment) 프로젝트가 1992년부터 시작되었다. 한국의 경우, 한국원자력연구원이 2008년부터 DECOVALEX-2011, DECOVALEX-2015, 그리고 DECOVALEX-2019에 참여하였다. 본 기술 보고에서는 지난 3단계의 DECOVALEX 프로젝트에서 수행된 모든 과제의 주요 내용을 국내 암반 및 지반공학자들에게 소개하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제29권1호
• /
• pp.81-92
• /
• 2013

본 논문에서는 계절적 환경변화로 인한 동결-융해 반복과정에 노출되는 옹벽의 시간 의존적 거동에 대한 수치 해석 연구 내용을 다루었다. 이를 위해 먼저 동결-융해 반복과정에 노출되는 옹벽에 대한 열-수리-응력 연계해석 기반의 모델링 기법을 정립하였으며 이러한 모델링 기법을 토대로 다양한 온도변화 조건에 대한 매개변수 연구를 수행하였다. 그 결과 다양한 온도변화 특성 중 옹벽의 거동에 미치는 주된 영향인자는 계절적 평균동결온도와 반복회수인 것으로 나타났다. 반면 동결온도의 지속시간에 대한 영향을 검토한 결과 벽체변위 및 수평토압에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 검토되었다. 한편, 벽체에 작용하는 수평토압은 동결-융해 작용에 의한 영향을 거의 받지 않는 것으로 검토되어 결국 동결-융해로 인한 벽체 변위 증가 현상은 토압 증가에 그 원인을 찾기 보다는 동결-융해 현상으로 인한 재료적 열화 현상에 그 원인을 찾아야 할 것으로 검토되었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제32권6호
• /
• pp.558-567
• /
• 2022

고준위방사성폐기물의 지중저장 안정성 평가의 일환으로 가열 중인 화강암의 온도변화와 열응력 발생 양상을 파악하기 위하여 가열실험을 실시하였다. 폐기물의 붕괴열 발생조건을 가정하고 정육면체 형태의 화강암 시편에 적용하여 온도와 변위의 분포를 측정하였다. 시편의 온도는 가열봉에서 발생하는 전도로 인하여 즉각적으로 상승하지만 동시에 외기에 노출되거나 하중재하장치에 접촉되어 있는 표면을 통하여 상당한 양의 열에너지가 소산되었다. 해당 실험에 대한 분석과 이해를 위해 실험조건을 삼차원 유한요소 수치해석으로 재구현하였다. 실험에서 관찰된 열-역학 연계 현상과 주변조건의 변화를 해석에 적용하고 이를 실내실험 결과와 비교하여 검증하였다. 이를 통해 가열실험에 영향을 주는 인자들을 분석하고 향후 관련 연구에서 고려되어야 할 부분을 요약하였다.

• Wind and Structures
• /
• 제26권4호
• /
• pp.205-214
• /
• 2018

In this paper, the thermo-mechanical buckling characteristics of functionally graded (FG) size-dependent Timoshenko nanobeams subjected to an in-plane thermal loading are investigated by presenting a Navier type solution for the first time. Material properties of FG nanobeam are supposed to vary continuously along the thickness according to the power-law form and the material properties are assumed to be temperature-dependent. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. The nonlocal governing equations are derived based on Timoshenko beam theory through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate critical buckling temperature results of the FG nanobeams as compared to some cases in the literature. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as material distribution profile, small scale effects and aspect ratio on the critical buckling temperature of the FG nanobeams in detail. It is explicitly shown that the thermal buckling of a FG nanobeams is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of FG nanobeams.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제58권5호
• /
• pp.931-947
• /
• 2016

The effects of nanotechnology and smartness on the buckling reduction of pipes are the main contributions of present work. For this ends, the pipe is simulated with classical piezoelectric polymeric cylindrical shell reinforced by armchair double walled boron nitride nanotubes (DWBNNTs), The structure is subjected to combined electro-thermo-mechanical loads. The surrounding elastic foundation is modeled with a novel model namely as orthotropic nonhomogeneous Pasternak medium. Using representative volume element (RVE) based on micromechanical modeling, mechanical, electrical and thermal characteristics of the equivalent composite are determined. Employing nonlinear strains-displacements and stress-strain relations as well as the charge equation for coupling of electrical and mechanical fields, the governing equations are derived based on Hamilton's principal. Based on differential quadrature method (DQM), the buckling load of pipe is calculated. The influences of electrical and thermal loads, geometrical parameters of shell, elastic foundation, orientation angle and volume percent of DWBNNTs in polymer are investigated on the buckling of pipe. Results showed that the generated ${\Phi}$ improved sensor and actuator applications in several process industries, because it increases the stability of structure. Furthermore, using nanotechnology in reinforcing the pipe, the buckling load of structure increases.

• Advances in nano research
• /
• 제6권4호
• /
• pp.377-397
• /
• 2018

In the present investigation, thermal buckling and free vibration characteristics of functionally graded (FG) Timoshenko nanobeams subjected to nonlinear thermal loading are carried out by presenting a Navier type solution. The thermal load is assumed to be nonlinear distribution through the thickness of FG nanobeam. Thermo-mechanical properties of FG nanobeam are supposed to vary smoothly and continuously throughout the thickness based on power-law model and the material properties are assumed to be temperature-dependent. Eringen's nonlocal elasticity theory is exploited to describe the size dependency of nanobeam. Using Hamilton's principle, the nonlocal equations of motion together with corresponding boundary conditions based on Timoshenko beam theory are obtained for the thermal buckling and vibration analysis of graded nanobeams including size effect. Moreover, in following a parametric study is accompanied to examine the effects of the several parameters such as nonlocal parameter, thermal effect, power law index and aspect ratio on the critical buckling temperatures and natural frequencies of the size-dependent FG nanobeams in detail. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate frequency results of the FG nanobeams as compared some cases in the literature. Also, it is found that the small scale effects and nonlinear thermal loading have a significant effect on thermal stability and vibration characteristics of FG nanobeams.

• 터널과지하공간
• /
• 제32권6호
• /
• pp.568-585
• /
• 2022

본 연구에서는 3차원 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 열에 의한 미끄러짐 거동을 해석하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G에 참여하여 수행한 연구로, 해석대상은 한국건설기술연구원에서 수행된 saw-cut 균열 시료에 대한 열-역학적 하중 재하 실험 결과이다. 여기에서는 암석 시험편을 Voronoi 다면체의 집합체로 모델링하고, 개별요소법 코드인 3DEC을 통해 입자와 입자 간 경계면, 내부에 포함된 균열에서의 열-역학적 연계거동을 해석하였다. 주요 해석내용은 가열로 인한 암석 표면의 온도 분포, 열응력의 증가에 따른 주응력 변화, 균열의 전단변위와 수직변위이다. 해석 결과, 상기 수치모델은 실내실험에서 관찰된 열전달과 열손실 특성, 열에 의한 균열의 점진적 전단파괴 프로세스, 변위의 제한으로 인한 열응력의 증가 등을 합리적 수준에서 재현하고 있는 것으로 나타났다. 그러나 가열에 의한 전단파괴 시점, 열응력 증분과 변위 크기 등에서는 다소 차이를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류 및 협력을 통해 지속적으로 개선, 검증할 예정이다.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제16권4호
• /
• pp.363-373
• /
• 2018

The evaluation of Thermo-Hydro-Mechanical (THM) coupling behavior is important for the development of underground space for various purposes. For a high-level radioactive waste repository excavated in a deep underground rock mass, the accurate prediction of the complex THM behavior is essential for the long-term safety and stability assessment. In order to develop reliable THM analysis techniques effectively, an international cooperation project, Development of Coupled models and their Validation against Experiments (DECOVALEX), was carried out. In DECOVALEX-2015 Task B2, the in situ THM experiment that was conducted at Horonobe Underground Research Laboratory(URL) by Japan Atomic Energy Agency (JAEA), was modeled by the research teams from the participating countries. In this study, a THM coupling technique that combined TOUGH2 and FLAC3D was developed and applied to the THM analysis for the in situ experiment, in which rock, buffer, backfill, sand, and heater were installed. With the assistance of an artificial neural network, the boundary conditions for the experiment could be adequately implemented in the modeling. The thermal, hydraulic, and mechanical results from the modeling were compared with the measurements from the in situ THM experiment. The predicted buffer temperature from the THM modelling was about $10^{\circ}C$ higher than measurement near by the overpack. At the other locations far from the overpack, modelling predicted slightly lower temperature than measurement. Even though the magnitude of pressure from the modeling was different from the measurements, the general trends of the variation with time were found to be similar.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제29권8호
• /
• pp.938-945
• /
• 2005

The microstructure evolution in hot forging process is composed of dynamic recrystallization during deformation as well as grain growth during dwell time. Therefore, the control of forging parameters such as strain, strain rate. temperature and holding time is important because the microstructure change in hot working affects the mechanical properties. Modeling equations are developed to represent the flow curve. grain size. recrystallized volume fraction and grain growth phenomena by various tests. The developed modeling equations were combined with thermo-viscoplastic finite element modeling to predict the microstructure change evolution during hot forging process. The large exhaust valve spindle (head diameter of 512mm) was simulated by closed die forging with hydraulic press and cooled in air after forging. The preform was heated to each 1080 and 1150$^{\circ}C$. Numerical calculation was performed by DEFORM-2D. a commercial finite element code. Heat transfer can be coupled with the deformation analysis in a non-isothermal deformation analysis. In order to obtain the fine and homogeneous microstructure and good mechanical properties in forging. the FEM would become a useful tool in the simulation of the microstructure development. In forging, appropriate temperature, strain and strain rate and rapid cooling are required to obtain the fine grain microstructure The optimal forging temperature and effective strain range of Nimonic 80A for large exhaust valve spindle are about 1080$\∼$l120$^{\circ}C$ and 150$\∼$200$\%$.

• 한국추진공학회지
• /
• 제20권6호
• /
• pp.46-53
• /
• 2016

희박 예혼합 가스터빈의 연소 불안정 현상을 이해하기 위해서는, 선형 과정에 의하여 얻어지는 고유주파수 및 초기 성장률뿐만 아니라, 연소기 비선형 특성에 의존하는 한계진폭의 예측이 필요하다. 특히 현재의 연구에서는 비선형 거동에 의한 한계 진폭을 예측하기 위해서 유동 섭동과 열발생의 비율이 주파수와 속도 진폭을 정의할 수 있는 화염묘사함수를 적용하였다. 본 연구에서는 화염묘사함수를 얻기 위하여 CFD 기법이 적용되었으며, 이를 통하여 비선형 열음향 해석으로부터 불안정 한계 진폭을 예측할 수 있었다.