• Title/Summary/Keyword: 마찰전단응력

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A Study on the change of shape of the flume cross section for the control of bottom shear stress distribution of an annular flume (환형수조의 바닥전단응력 균일화를 위한 수조단면의 형상변화에 대한 연구)

  • Yang, Su-Hyun;Im, Ik-Tae;Hwang, Kyu-Nam
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2011.05a
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    • pp.177-177
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    • 2011
  • 환형수조는 점착성 퇴적물의 침/퇴적실험을 위한 실험장치로서, 수조내부의 수면과 접하여 회전하는 상부링(top ring)의 마찰력에 의해 흐름이 생성되며, 시간의 제약없이 흐름조건을 동일하게 만들 수 있다는 큰 장점을 갖는다. 그러나 환형수조는 원주유속의 속도차이 및 원심력으로 인한 2차 순환류가 형성되어 바닥전단응력이 불균일해지는 단점을 가지고 있으며, 이러한 이유로 인하여 환형수조를 이용한 침/퇴적실험 수행시 수조의 외벽부근에서 더 큰 침식이 발생한다. 따라서, 2차 순환류의 발생을 줄이고 바닥전단응력의 분포를 균등하게 하기 위해 양방향 회전(환형수조의 몸체를 상부링의 회전방향과 반대방향으로 회전)이 가능한 환형수조가 고안되었는데, 이러한 방법으로 2차 순환류의 크기를 저감시키고, 바닥전단응력을 균일하게 만들 수 있다. 한편, 환형수조의 양방향 회전(counter-rotation)은 현장용 환형수조에는 적용될 수 없는 단점을 갖는다. 현장실험에서는 바닥면이 없는 현장용 환형수조를 해저면에 거치시켜 자연상태의 비교란 퇴적물 시료를 저면으로 형성시키는데, 바닥면이 존재하지 않는 환형수조 본체는 회전시킬 수 없으므로 양방향 회전을 통한 2차 순환류의 저감 및 바닥전단응력 균일화의 효과를 기대할 수 없다. 이러한 이유로 환형수조의 양방향 회전은 단지 실내실험용 환형수조에만 적용된다. 이에 본 연구에서는 환형수조 본체를 회전시키지 않고 수조의 측벽과 상부링의 각도 조절을 통해 수조단면의 형상을 변화시켜 2차 순환류를 저감시키고 바닥전단응력을 균등하게 하는 방법에 대한 연구가 수행되었다. 이 방법은 본체의 회전이 필요 없으므로 현장용 환형수조에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 실험장치의 구조가 단순해져 실험장치의 제작비가 절감될 수 있다. 또한 원주속도에 수직한 단면에서 속도구배가 감소되어 2차 순환류가 저감됨과 동시에 바닥전단응력이 균등하게 됨으로서 양방향 회전시와 동일한 효과가 얻어질 수 있을 것으로 예상된다.

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Shear-Rate Dependent Ring-Shear Characteristics of the Waste Materials of the Imgi Mine in Busan (부산 임기광산 광미의 전단속도에 따른 링 전단특성 연구)

  • Jeong, Sueng-Won;Ji, Sang-Woo;Yim, Gil-Jae
    • Journal of the Korean Geotechnical Society
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    • v.30 no.7
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    • pp.5-15
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    • 2014
  • Abandoned mine deposits are exposed to various physico-chemical geo-environmental hazards and disasters, such as acid mine drainage, water contamination, erosion, and landslides. This paper presents the ring shear characteristics of waste materials. The ring shear box with a rotatable O-ring was used in this study. Three tests were performed: (i) Shear stress-time relationship for given normal stress and shear speed, (ii) shear stress as a function of shear speed, and (iii) shear stress as a function of normal stress. For a given normal stress (50 kPa) and speed (0.1 mm/sec), the materials tested exhibit a strain softening behavior, regardless of drainage condition. The peak and residual shear stresses were determined for each normal stress and shear speed. The shear stress was measured when shear speed is equal to 0.01, 0.1, 1, 10, 50, 100 mm/sec or when normal stress is equal to 20, 40, 60, 80, 100, 150 kPa. From the test results, we found that the shear stress increases with increasing shear speed. The shear stress also increases with increasing normal stress. However, different types of shearing mode were observed in drained and undrained conditions. Under drained condition, particle crushing was observed from the shearing zone to the bottom of lower ring. Under undrained condition, particle crushing was observed only at the shearing zone, which has approximately 1 cm thick. It means that a significant high shear speed under undrained condition can result in increased landslide hazard.

Friction-dependent Slip Behavior of Imgok Fault under the Present-day Stress Field (현생 응력하에서 단층 마찰계수에 따른 임곡단층의 거동 가능성 해석)

  • Na, Hyun-Woo;Chang, Chandong;Chang, Chun-Joong
    • The Journal of Engineering Geology
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    • v.23 no.3
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    • pp.217-225
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    • 2013
  • We carried out geometrical, kinematic, and geomechanical analyses on a lineament (the Imgok fault) near Gangneung, observed in ASTER images and aerial photographs, and field surveys. Earthquake focal mechanism solutions, used to estimate the present-day stress state, revealed that the direction of maximum compression is approximately N$70^{\circ}$E and that the stress condition is in favor of either strike-slip or reverse movement on the fault. The strike of the fault is not ideal for slip under the present-day stress field and thus the fault has a low slip tendency. However, the fault may be able to slip if the frictional coefficient (${\mu}$), representing the resistance of the fault to slip, is sufficiently low (e.g., ${\mu}$ < 0.25).

Embankment and Excavation Behaviour with Shear Parameters of Soft Clayey Soil in FEM (점성토의 유한요소해석에서 전단파라미터에 따른 성토 및 굴착 거동)

  • Kim, Byung Il;Choi, Chanyong;Hong, Kang Han;Han, Sang Jae
    • Journal of the Korean Geotechnical Society
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    • v.34 no.2
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    • pp.5-17
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    • 2018
  • In this study, the in-situ stress, strength and stress-strain characteristics with shear parameters (UU, CU, ${\bar{CU}}$) are analytically evaluated and the stability analyses are carried out under loading/unloading conditions. The in-situ stress and the stress-strain behaviour may become different according to input shear parameters in finite element analyses with construction step, Especially, if the internal friction angle in Mohr-Coulomb model is set to zero, the in-situ stress and the stress-strain behaviour might not be properly predicted. The results from CU parameter of total stress analysis have no significant difference with the results from CU of effective stress analysis. Therefore, in the numerical analysis for soft ground, CU parameters can be applied to predict in-situ stress and stress-strain behaviors. In addition, the calculation method was proposed to determine the shear parameter of Mohr-Coulomb model, which is corresponding to the shear strength equivalent to that of in-situ soil.

Mechanical Characteristics of High Tension Bolted Joint Connections using Shear Ring (전단링을 사용한 고장력볼트 이음부의 역학적 특성에 관한 연구)

  • Lee, Seung Yong;Park, Young Hoon
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.26 no.2A
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    • pp.327-338
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    • 2006
  • Friction type high tension bolted joints is one of the most common steel structure connections and requires significant concerns on axial force of the bolts. However, its high shear capacity is not appropriately considered in design and hence the number of bolts is over-designed than actually required. It is primarily due to a slip-load-based design method. This study, therefore, suggests a new technology of connection using a shear ring, which may reduce the shortcomings from the friction-typed high tension bolted joints and maximize the advantages from the bearing-typed joints. Experimental and numerical studies were performed to compare the capacity of the suggested method with traditional high tension bolted joints. From the results, it is known that the suggested connections has higher bearing capacity than friction-typed high tension bolted joints due to the higher shear resistance from the ring. For further study, it may be necessary to investigate on design parameters including the depth of shear ring, for increased connection capacity.

A Study on the estimation of the flow characteristics and the bottom shear stress in an annular flume (환형수조의 내부 흐름특성 및 바닥전단응력 산정에 대한 연구)

  • Yang, Su-Hyun;Im, Ik-Tae;Hwang, Kyu-Nam
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2011.05a
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    • pp.176-176
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    • 2011
  • 환형수조는 점착성 퇴적물의 이송특성 연구를 위해 가장 선호되는 실험 장치로 알려져 있다. 과거 많은 연구자들은 퇴적물의 이송특성, 특히 침식/퇴적 특성 조사를 위해 주로 수로를 이용한 실험적 연구를 수행하였는데, 최초의 실험적 연구들은 주로 직선수조에서 수행되었다. 그러나 입자간의 응집이 중요한 역할을 하는 점착성 퇴적물의 경우에, 직선수조 끝단에서의 자유낙하 및 재순환 펌프의 날개에 의해 응집된 토사가 쉽게 분리될 수 있어 그 타당성이 의문시 되어 왔으며, 이러한 단점을 보완하기 위해 환형수조가 고안되었다. 환형수조는 수면과 접하여 회전하는 상부링의 마찰력에 의해 흐름이 생성되기 때문에 시간의 제약 없이 흐름조건을 동일하게 만들 수 있다는 큰 장점을 갖는다. 그러나 환형수조는 원주유속의 속도차이 및 원심력으로 인한 2차 순환류를 형성시켜 반경 방향(radial direction)에서의 바닥전단응력을 불균일하게 하는 단점을 갖는다. 이러한 2차 순환류와 바닥전단응력의 불균일을 저감시키기 위하여 환형수조의 몸체를 상부링의 회전 방향과 역방향으로 직접 회전시키는 방법이 채택되어져 왔다. 한편, 환형수조의 상부링과 몸체를 서로 역방향으로 동시에 회전시키는 양방향 회전(counter-rotation)의 적용을 위해서는 2차 순환류가 최소가 되며 바닥전단응력이 균일해지는 최적 회전속도비에 대한 분석은 필수적 사항이다. 이를 위하여, 상부링과 몸체의 회전속도에 따라 변화하는 수조내부의 흐름특성 및 평균바닥전단응력에 대한 연구가 선행되어야만 한다. 이에 본 연구에서는 전산유체역학을 이용하여 전북대에 설치된 환형수조의 상부링과 몸체의 회전속도에 따라 변화하는 수조내부에서의 흐름특성 및 바닥전단응력에 대한 분석이 수행되었다. 또한, 이를 기초로, 환형수조의 최적 회전속도비 산출을 위한 연구가 수행 중에 있다. 이러한 결과들은 추후 환형수조를 이용한 점착성 퇴적물의 침식/퇴적 등과 같은 이송특성 연구시, 퇴적물에 작용하는 흐름조건의 정밀산정을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

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An Experimental Study on Stress-Strain Behavior of Sands under Three Dimentional Stress (삼차원(三次元) 응력조건하(應力條件下)의 모래의 응력(應力)-변형거동(變形擧動)에 관한 실험적(實驗的) 연구(硏究))

  • Chung, Hyung Sik;Chun, Byung Sik;Lee, Hyoung Soo;Koh, Yong Il
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.11 no.1
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    • pp.153-166
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    • 1991
  • In an attempt to investigate the effect of intermedate principal stresses which are related to the stress-strain behavior of standard sands, a series of three-Principal stress control tests were conducted for individual stress paths. The results have shown that shear strengths of sands vary with the stress paths. The variations in internal friction angle are accorded with the Habibs stress parameter, b which represents Stress paths, showing on abropt increase at the values between 0.0 and 0.268, a moderate level between 0.268 and 0.682, and a slight decrease between 0.682 and 1.0 However, the friction angles under a triaxial extention state, were found relatively larger than under a triaxial compression state. In general, such veriations were found to have the same tendency without any relevant relation with the density of specimens and confining pressures. Therefore, it is concluded, that the shear strength of sands are positively influeced by the intermediate principal stresses present in the media. And the influnce of intermediate principal stresses on shear strengths of sands found from the present study are well compared with the previous studies by Lade-Duncan and Matsuoka-Nakai revealing a similar tendency within the failure criteria proposed by them.

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냉간성형용 Die강의 마멸특성에 관한 연구

  • 류경곤;전태옥;박홍식
    • Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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    • 1992.11a
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    • pp.31-37
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    • 1992
  • 금형을 이용하는 소성가공에서는 형 사이에서 셩형되는 소재가 소성변형되지만 이때 소재는 형의 표면을 따라 미끄러지면서 유동하므로 형재료와 소재간에는 큰 마찰력이 작용하고, 형재료는 이 마찰력에 의하여 전단응력이 작용하게 된다. 따라서 이러한 전단응력이 반복하여 작용하는 프레스가공 등에서는 형의 수명이 항상 문제가 된다. 물론 형의 수명은 형재료가 프레스압력에 견디지 못하여 형이 균열되거나 펀치가 절단되는 것 같은 형재료의 강인성이 불충분하기 때문에 비교적 조기에 일어나는 파손에 의하여 수명의 대상으로 되는 경우도 있지만 무엇보다도 형의 수명을 죄우하는 가장 중요한 사항은 형재료의 내마멸성이다. 따라서 본 연구에서서는 이들 제인자를 고려하여 Die 및 Punch의 재료로 널리 사용되는 냉간성형용 Die강인 STD 11의 마멸특성을 알기 위하여 미끄럼 속도, 접촉압력 및 미끄럼 거리등을 변화시켜 내마멸성을 나타내는 최적사용조건을 찾고자 하는 것을 목적으로 하였다.

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Measurement of Friction Angle of Sand from Horizontal Stress and Torque Acting on Vane (베인에 작용하는 수평응력과 토크를 이용한 모래의 마찰각 측정)

  • Park, Sung-Sik;Kim, Dong-Rak;Lee, Sae-Byeok
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.38 no.1
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    • pp.63-71
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    • 2018
  • In this study, the torque and horizontal stress acting on vane were measured and then used to determine a friction angle of sand. A dry Nakdong River sand was prepared for loose and dense conditions in a cell and then pressurized with 25, 50, 75 or 100 kPa from the surface of sand. A vane (5cm in diameter and 10cm in height) was rotated and the torque and horizontal stress were measured at real time. A maximum torque was 3.5-9.5Nm for loose sand and 7.4-17.6Nm for dense sand, respectively. The maximum torque increased as an overburden pressure increased. The maximum torque obtained at 14-20 degrees of vane rotation, which was not influenced by the initial alignment of earth pressure and vane blade. An initial horizontal stress ratio was 0.33-0.35 on the average. The horizontal stress increased initially and then decreased due to particle disturbance. A friction angle was calculated from real time varying horizontal stress and torque, which decreased with increasing overburden pressure. The friction angle of loose sand from vane shear test was similar to that of direct shear test but that of dense sand was overestimated.

Calculation of Horizontal Shear Strength in Reinforced Concrete Composite Beams (철근콘크리트 합성보의 수평전단강도 산정)

  • Kim, Min-Joong;Lee, Gi-Yeol
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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    • v.21 no.12
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    • pp.772-781
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    • 2020
  • A direct shear member resists external forces through the shear transfer of reinforcing bars placed at the concrete interface. The current concrete structural design code uses empirical formulas based on the shear friction analogy, which is applied to the horizontal shear of concrete composite beams. However, in the case of a member with a large amount of reinforcing bars, the shear strength obtained through the empirical formula is lower than the measured value. In this paper, the limit state of newly constructed composite beams on an existing concrete girder is defined using stress field theory, and material constitutive laws are applied to gain horizontal shear strength while considering the tension-stiffening and softening effects of concrete struts. A simplified method of calculating the shear strength is proposed, which was validated by comparing it with the related design code provisions. As a result, it was confirmed that the method generally shows a similar tendency to the experimental results when the shear reinforcing bar yields, unlike the regulations of the design code, where differences in the predicted value of shear strength occur according to the shear reinforcement ratio.