• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.39 no.8
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• pp.711-718
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• 2011

The thermoelastic behavior of the porous carbon/phenolic composites is studied using the thermomechanical response model of chemically decomposing composites. The model includes thermal dependence of the porous composites, porosity in the pyrolysis process, pore pressure due to decomposing gases, and shrinkage. The poroelastic coefficients are calculated based on representative volume element model and finite element analysis. The internal stress distribution caused by pores and pore pressure, and the overall deformation are verified. The effects of the poroelastic coefficients on the thermoelastic behavior are examined through numerical experiments.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.414-414
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• 2020

고전 천수방정식을 적용한 2차원 도시홍수 모델링에서는 지형의 정확한 반영을 위해 고해상도 격자가 요구되며 이는 많은 계산시간과 노력을 필요로 한다. 최근에는 다공성 천수방정식을 적용한 도시홍수해석으로 많은 계산 노력이 요구되는 도시홍수모델링의 한계를 극복한 연구가 많이 이루어지지고 있다. 이러한 연구는 도시 홍수에서 흐름이 공간적으로 변화할 때 불균일 공극이 존재하므로 격자의 크기를 다르게 하여 이러한 불균일성을 해결하고자 하는 등방성 천수모형의 적용에서 시작되었다. 하지만, 등방성 공극을 고려한 도시홍수 해석모형은 대표요소체적(REV)보다 더 큰 격자의 적용을 해야 하는 제한성을 가진다. 반면, 비등방성 공극은 대표요소체적의 적용이 필요하지 않아 불균일 공극의 크기에 관계없이 이론상으로는 동일한 해상도의 격자가 사용가능하긴 하지만, 실제 도시홍수 해석에서 중요하면서도 도전적인 연구이다. 본 연구에서는 도시홍수의 효율적 계산을 위해 비등방성 공극을 고려한 적분형 다공성 천수방정식을 기반으로 하는 2차원 도시홍수 해석모형을 개발하였다. 모형의 개발을 위해, 적용 격자내에서 도시지역의 건물이 차지하는 길이 및 면적을 산정하고 그 값을 2차원 천수방정식에 적용 가능하도록 체적공극(𝜙_j)와 면적공극(𝜓_k)을 2차원 고전 천수방정식에 추가하였다. 개발모형은 고전 천수방정식, 등방성 공극 고려(미분형 다공성) 천수방정식 및 비등방성 공극 고려(적분형 다공성) 천수방정식의 적용이 가능하여, 각 모형에 적합한 2차원 격자 생성, 각 모형의 매개변수를 보정 그리고 정확성, 효율성, 적용성이 비교 가능하다. 각 모형의 정확성과 효율성 비교를 위해 3가지의 오차 비교 (구조적 오차, 격자크기 오차, 공극 모형 오차), 계산시간 비교, 공간 변동성 검증을 위한 수심 종단형상 비교하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.14 no.1
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• pp.11-19
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• 2001

기능경사재(FGM)는 구성 물질의 체적분율(volume fraction)이 복합재 전체에 걸쳐 연속적 그리고 기능적으로 분포되어 있어, 기존의 이종물질 접합식(bi-material-type) 복합재보다 현저히 우수한 열기계적 특성을 가진다. 하지만, 기능경사 내열복합재의 열-탄소성 거동은 체적분율의 분포형태와 경사층이 차지하는 상대두께비에 따라 절대적으로 좌우된다. 본 연구는 기능경사 내열복합재의 열-탄소성 특성의 이들 두 설계인자에 대한 파라메트릭 FEM해석을 다룬 것이다. 열-탄소성 이론과 유한요소 근사화에 따라 연구용 2차원 FEM 프로그램을 개발하고, 대표적인 3층 구조의 2차원 기능경사 내열복합재의 열-탄소성 특성을 설계변수의 다양한 조합에 따라 분석하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.41 no.2
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• pp.91-97
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• 2013

Pyrolysis and surface recession of charring composites are progressed primarily in the thickness direction. The unmixing-mixing scheme is applied to describe the in-plane and through-thickness behaviors of porous composites. The extended unmixing-mixing equations are based on transverse isotropy of unidirectionally fiber-reinforced composites. The strain components of gas pressure in pores, thermal expansion, and chemical shrinkage are included in the constitutive model. By analyzing micromechanical representative volume elements of porous composites, the validity of the derived equations are examined.

• Composites Research
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• v.25 no.2
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• pp.34-39
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• 2012

A thermo-poro-elastic constitutive model of unidirectionally fiber-reinforced composite materials is suggested by extending the unmixing-mixing scheme which is based upon composite micromechanics. The strain components of thermal expansion due to a temperature change, gas pressure in pores, and chemical shrinkage are included in the constitutive model. On purpose to verify the derived constitutive relations, the representative volume element of two-dimensional lamina subject to various loading conditions is analyzed by the finite element method. The overall stress and strain responses are obtained, and compared with the predicted values by the unmixing-mixing scheme. The numerical results show the usefulness of the proposed model to predict the thermoelastic behavior of porous composites.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.27 no.4
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• pp.239-245
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• 2014

Finite element modeling of composite structures may be cumbersome due to complex distributions of reinforcements. In this paper, an efficient scheme is proposed that can generate periodic meshes for the composite structures. Regular meshes with hexahedral finite elements are first prepared, and the elements are then trimmed to fit external surfaces of reinforcements in the composite structures. The trimmed hexahedral finite elements located at interfaces between the matrix and the reinforcements correspond to polyhedral finite elements, which allow an arbitrary number of nodes and faces in the elements. Because the trimming process is consistently conducted by means of consistent algorithms, the elements of the reinforcements are automatically compatible with those of the matrices. With the additional consideration of periodicity of reinforcements in a representative volume element(RVE), the proposed scheme provides periodic meshes in an efficient manner, which are compatible for each pair of periodic boundaries of the RVE. Therefore, periodic boundary conditions for the RVE are enforced straightforwardly. Numerical examples demonstrate the effectiveness of the proposed scheme for finite element modeling of complex composite structures.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2005.11a
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• pp.153.2-153.2
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• 2005

• Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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• 1999.11a
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• pp.111-117
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• 1999

섬유강화 복합재료의 섬유와 수지까지 세부적으로 모델링이 가능한 Direct Numerical Simulation을 통해서 Boron/Aluminum 섬유강화 복합재료의 탄성계수들을 구해 보았다. 수치실험에서는 복합재료를 직교이방성 물질로 가정하였고, 특정 체적에 대한 평균치를 이용해서 물성치를 구하였으며, 혼합법칙에 의해서 구한 값 및 대표체적요소(Representative Volume Element)를 사용해서 구한 값들과 비교하였다. 혼합법칙의 경우, 섬유방향 인장계수(E₁)을 제외한 나머지 물성치들에 대해서는 상당한 차이를 나타내며, 이는 혼합법칙 유도과정에서 가정한 기본가정들이 적절하지 않기 때문이라는 것을 수치실험(Numerical Experiment)을 통해 알 수 있었다.

• Composites Research
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• v.16 no.1
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• pp.42-49
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• 2003

Brittle matrix composites often have interfacial debonding between the fiber and matrix which may lead to strength and stiffness degradation. The effect of interfacial debonding and fiber volume fraction on the mechanical properties of composite material were studied by using finite element method. Firstly, the modelling of fiber and matrix constituting the composite material was simplified under some assumptions. Traction and displacement continuity conditions were imposed along the boundary of adjacent representative volume elements. In order to obtain the effective material properties of composite material, stiffness constants were inverted. Numerical values of longitudinal moduli in case of perfect bonding were compared with theoretical values obtained by rule of mixtures and yielded consistency. Material properties of composite with large debonding an81e were found to decrease even though the fiber volume fraction increased.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.38 no.1
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• pp.89-94
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• 2014

The high Young's modulus and tensile strength of carbon nanotubes has attracted great attention from the research community given the potential for developing super-strong, super-stiff composites with carbon nanotube reinforcements. Over the decades, the strength and stiffness of carbon nanotube-reinforced polymer nanocomposites have been researched extensively. However, unfortunately, such strong composite materials have not been developed yet. It has been reported that the efficiency of load transfer in such systems is critically dependent on the quality of adhesion between the nanotubes and the polymer chains. In addition, the waviness and orientation of the nanotubes embedded in a matrix reduce the reinforcement effectiveness. In this study, we carried out performed micromechanics-based numerical modeling and analysis by varying the geometry of carbon nanotubes including their aspect ratio, orientation, and waviness. The results of this analysis allow for a better understanding of the load transfer capabilities of carbon nanotube-reinforced polymer composites.