• 한국전산구조공학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.691-700
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• 1999

본 연구에서는 요소를 사용하지 않는 새로운 해석방법인 EFG(Element-Free Galerkin)법을 사용하여 복수의 초기균열을 지닌 강재가 반복피로하중을 받는 경우 균열들이 점진적으로 성장하여 부재가 파단에 이르는 과정을 해석적으로 규명하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 일반적인 피로균열성장법칙을 EFG법을 이용한 균열해석 알고리즘에 적용하여 복수의 균열들이 각각의 응력상태에 따라 차별적으로 성장해 나가는 과정을 해석할 수 있는 알고리즘을 도입하고 이를 바탕으로 다양한 하중상태하에서 복수의 균열들의 성장경로를 추정함과 동시에 이에 따른 잔존수명을 산정할 수 있는 기법을 제시하였다. 본 연구에서 제안된 해석방법을 피로균열 발생빈도가 큰 몇가지의 강부재 형태에 적용해 본 결과 다수균열 함유 부재의 피로균열 성장거동과 균열들의 피로수명을 성공적으로 예측할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.485-494
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• 1999

본 연구에서는 요소를 사용하지 않고 절점들만을 이용하여 해석이 가능한 새로운 수치해석기법인 EFG(Element-Free Galerkin)법을 사용하여 임의의 균열의 성장과정을 해석할 수 있는 효율적인 알고리즘을 개발하고, 이를 바탕으로 균열의 성장방향과 경로를 정확히 추정하여 일련의 균열진전해석을 수행할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 균열해석에 있어서는 균열선단의 특이성과 균열면의 분연속성을 수치적으로 반영할 수 있는 기법을 도입하여 균열을 모형화하였으며, 선형탄성파괴역학이론에 근거하여 균열해석과정을 정식화하였다. 또한, EFG 형상함수가 kronecker delta 조건을 만족시키지 못함으로써 발생하는 필수경계조건의 처리문제를 penalty법을 이용하여 해결하였다. 개발된 균열진전해석 알고리즘을 정지상태와 성장하는 상태에 있는 모드 Ⅰ, 모드 Ⅱ 및 혼합모드상태의 대표적인 균열문제들에 적용하여 응력확대계수와 균열성장방향 및 균열의 성장경로를 추정하고 이를 이론적·실험적 결과들과 비교함으로써 그 정확성과 효율성을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권3호
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• pp.15-22
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• 2003

피로균열성장모델을 유도하고 지연모델을 제안하였다. 피로균열성장모델은 피로균열선단의 소성변형으로 인하여 균열표면에 발생하는 잔류소성스트레치를 고려하고 있다. 균열 성장률은 균열선단 재료요소의 소성변형에너지와 누적피로손상으로부터 계산된다. 유도한 균열성장모델로부터 계산한 균열성장률은 AL6061-T651과 17-4PH 주강의 시험결과와 잘 일치하고 있다. 피로균열성장지연모델은 인장과대하중으로부터 생성된 잔류소성스트레치를 근거로 하고 있으며, 인장과대하중은 다음 하중 사이클의 소성변형률을 감소시킨다. Strip-yield모델을 이용하여 균열선단의 소성역을 계산하였다. 새로 제안된 지연모델은 인장과대하중하의 피로균열선장특성 및 지체지연 현상을 잘 기술하고 있다.

• 터널과지하공간
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• 제21권4호
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• pp.307-319
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• 2011

교통, 굴착, 발파 등에 의한 반복하중은 오랜 시간에 걸쳐서 암석의 미세균열 성장을 일으키며, 암석의 강도 등에 영향을 미치기 때문에 반복하중에 의한 균열의 성장, 결합은 장시간 안정성 평가에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 두 개의 초기 균열을 가지는 모사 암석 시험편에 단조증가 및 반복하중을 가하여 하중 조건에 따른 균열의 성장과 결합유형을 조사하였다. 단조증가하중, 반복하중 시험 모두에서 서로 유사한 날개균열 시작 위치, 날개균열 각도, 균열 성장 순서, 균열 결합 형태가 관측되었다. 본 연구에서 관찰된 균열 결합은 크게 3종류로 전단에 의한 결합, 1개의 날개 혹은 인장 균열에 의한 결합 그리고 2개의 날개 혹은 인장 균열에 의한 결합으로 요약될 수 있다. 피로균열은 반복하중 시험에서만 발생하였으며 성장 방향은 이차균열과 유사하게 초기균열과 같은 방향 혹은 하중방향과 직교인 수평방향으로 관찰되었다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 1991년도 추계학술대회 논문집
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• pp.21-31
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• 1991

대부분의 구조물은 정하중뿐아니라 동하중을 받고있으며, 반복되는 동하중에 의해 구조물은 피로를 받게되고 가장 취약한 부위에 작은 미시균열이 발생된다. 미시균열이 성장, 확산되어 기술적으로 인지되는 길이가 0.5 mm 이상이 될때 이를 거시균열이라 하는데, 거시균열의 균열성장은 파괴역학적 해석 방법의 도입으로 많은 공학적 재료들이 광범위하게 연구되었으며, 거시균열의 확산과 연관되어지는 균열닫힘과 미시구조의 관계가 연구되었다. 최근에는 거시균열의 해석과 같이 응력강도가 미시균열에서의 확산거동에 미치는 영향을 설명하는데 많은 관심을 가지게 되었다.(중략)

• 터널과지하공간
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• 제29권2호
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• pp.124-134
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• 2019

암석에서의 임계하 균열성장은 단조 및 반복하중 하에서 일어날 수 있다. 임계하 균열 성장은 암반에 건설되는 지하구조물의 장기 안정성의 평가에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 모사 암석 시료를 사용하여 단조 및 반복하중 하에서의 임계하 균열성장 지수를 구하였다. 단조하중 조건에서는 일정 응력 속도법이 적용되었으며, 반복하중에 의한 임계하 균열성장 지수는 반복에 의한 균열성장 속도와 응력확대계 수폭의 관계를 이용하였다. 연구에 사용된 시험편은 $45^{\circ}$와 $60^{\circ}$의 균열 경사각을 가지고 있으며, 균열의 간격 및 연속성에 변화를 주어 전단 또는 인장에 의한 균열성장이 가능하도록 하여 전단 또는 인장에 의한 임계하 균열성장 지수도 구하였다. 그 결과, 임계하 균열성장 지수 n은 작용하는 하중 조건, 즉 단조 및 반복하중, 혹은 전단 및 인장에 관계없이 거의 일정한 값을 나타내었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.349-352
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• 2011

본 논문에서는 변동하중 하에서의 균열 성장 예측을 위하여 손상 모델과 주어진 데이터에 기반하여 균열 성장 모델의 변수를 확률분포로 추정한다. 이를 위해 베이지안 접근법을 활용하여 불확실 변수 결합 확률 분포식을 구축하고, Markov Chain Monte Carlo(MCMC)을 통해서 균열 성장 모델의 변수 샘플을 추출하였다. 여기서 추출된 샘플들을 균열 성장 모델에 적용, 균열 성장의 결과를 확률적인 분포로 예측하였다. 위와 같은 추정은 재료의 물성과 같은 변동성이 있는 변수를 모델에 적용하여, 결과값을 확률적인 분포로 예측하였다. 이것은 기존의 안전계수 개념보다 더욱 적절한 안전 기준을 제시 할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.689-697
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• 2002

콘크리트 삼점휨 시험편의 변위제어에 의한 동적 파괴실험으로 하중과 하중점-변위가 측정되었다. 변형률 게이지를 사용하여 균열의 성장길이가 측정되었으며, 균열이 성장되는 동안의 평균속도는 0.16 ~ 66 m/sec이었다. 균열성장에 대한 파괴에너지는 측정된 외부일에 대한 하중점-변위에 대한 운동에너지와 영구변형이 고려되지 않은 탄성에너지의 차이로부터 계산되었다. 모든 균열속도에 대해 23mm의 균열성장 동안 미소균열이 성장되며, 51 mm의 최대 탄성0에너지까지 안정 균열성장과 이후의 불안정 균열성장을 보였다. 균열속도가 66msec인 경우를 제외하고 80mm의 균열성장에서 균열성장의 구속이 관측되었다. 균열속도에 대한 파괴에너지와 파괴에너지율의 분석은 13mm/sec보다 느린 경우에 정적 거동을 그리고 1.9m/sec보다 빠른 속도에서 동적 거동을 보였다. 동적 실험에서 측정된 하중과 하중점-변위 관계의 큰 차이에도 불구하고 관성력과 균열성장길이 그리고 탄성에너지의 차이로 불안정 균열성장 이전의 균열속도에 대한 파괴저항은 균열속도에 영향을 받지 않았다. 안정 균열성장 동안의 최대 파괴저항은 최대하중 이후 최대 탄성에너지에서 발생되며, 동적 실험이 정적 실험보다 147% 큰 값이었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.52-59
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• 2003

동적 하중이 작용하는 콘크리트 CLWL-DCB 시험편에 대해 변위제어 파괴실험이 실시되었다. 381mm의 균열성장 동안 측정된 균열속도는 0.80mm/sec ~ 215m/sec이었다. 측정된 하중과 하중점-변위로부터 외부일 및 운동에너지와 변형에너지가 유도되었고, 에너지 균형에 필요한 파괴에너지가 각 균열속도의 균열성장에 대해 계산되었다. 실험의 결과에 요구되는 파괴에너지의 회귀식으로부터 연속적으로 성장하는 균열의 파괴저항이 계산되었다. 실험에 요구되는 파괴에너지에 대한 최대 표준오차는 3.2% 이하였다. 균열속도에 관계없이 약 28mm의 초기 균열성장 또는 미소균열의 성장에 대한 파괴저항의 증가율은 상대적으로 작았으며, 이후의 균열성장 또는 미소균열의 국부화에 대해 파괴저항의 기울기는 급격히 증가하여 균열속도에 따라 90∼145mm의 균열성장에서 최대 파괴저항이 되었다. 평균 185mm의 균열성장 동안 최대 파괴저항을 유지한 후 파괴저항은 균열속도가 빠를수록 급속히 감소하였다. 최대 파괴저항은 균열속도가 0.273m/sec보다 빠른 경우에 균열속도의 대수 값에 비례하여 142N/m에서 217N/m까지 증가하며, 균열속도가 빠를수록 관성력이 포함되지 않은 평균 파괴에너지율 215N/m와 유사한 값을 보였다. 콘크리트의 균열성장에 대한 파괴저항을 측정하기 위해서는 균열속도에 따라 최소한 90∼145mm의 안정 균열성장이 필요하다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.357-364
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• 2002

CLWL-DCB 시험편에 대한 변위제어 파괴실험으로 381mm의 균열성장에 대한 저항곡선이 유도되었다. 변형률 게이지를 사용하여 측정된 평균 균열성장속도는 0.70 mm/sec와 55mm/sec이었다. 초기균열에서 측정된 회전각도는 0.70 mm/sec와 55mm/sec의 균열속도에 대해 각각 최소한 171mm와 93mm의 균열성장 이전에 특이성이 존재하는 것을 보여주었다. 저항곡선의 최대 기울기는 0.70mm/sec 균열속도에 대해 25.4mm와 88.9mm 그리고 55mm/sec 균열속도에 대해 50.8 mm와 127mm의 균열성장길이 사이에서 발생되며, 미소균열 국부화에 의한 것으로 판단된다. 빠른 균열속도에서 미소균열성장 구역은 보다 길게 형성되며, 미소균열의 국부화 동안에도 큰 균열성장을 보였다. 0.70mm/sec 균열속도의 파괴저항은 152.4mm의 균열성장 이후에 평균 파괴에너지율의 약 70%인 143N/m의 비교적 일정한 값을 유지하였다. 55mm/sec 균열속도는 254mm 균열성장에서 최대 파괴저항 245N/m까지 증가한 후 파괴저항의 감소되어 불안정 균열성장이 발생될 수 있음을 보여준다. 55mm/sec 균열속도의 저항곡선은 TPB 실험과 유사하여, 시험편의 크기가 작거나 균열의 속도가 빠른 경우에 취성거동을 할 수 있는 것을 보여준다.