• 대한기계학회논문집A
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• 제38권10호
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• pp.1185-1191
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• 2014

가스터빈 블레이드는 증기터빈 블레이드와 달리 냉각홀 및 냉각유로를 포함한 복잡한 형상으로 되어 있으며 복합화력의 운전특성에 따라 반복적이거나 지속적인 열-기계 하중 조건 하에서 운전된다. 따라서 블레이드는 운전시간에 따라 균일하지 못한 온도 분포나 응력 분포를 보이며, 이는 크리프나 열-기계피로 손상을 유발하며, 결국 가스터빈 블레이드의 수명을 단축시킨다. 결국 다양한 운전 조건에 따라 발생하는 응력을 정확하게 계산하는 것은 설비의 신뢰성을 보장하고 나아가 블레이드와 같은 고온 부품의 정확한 수명을 평가하는데 무엇보다 중요하다. 최근 들어 컴퓨터 기능이 좋아지고 상용 소프트웨어의 성능이 향상되어 실증 시험에 대한 대안으로 유동, 열 및 구조해석을 연결하는 전산해석이 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 가스터빈 실 운전조건을 고려하여 유동-열-구조 해석 기법을 연계하는 유체-구조 연성해석을 통해 블레이드 온도 및 응력분포를 계산하였다. 또한 해석 결과를 토대로 대표적인 손상기구인 크리프 및 열-기계 피로 손상 모델을 이용하여 블레이드의 수명을 평가하였다.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제2권4호
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• pp.1-10
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• 2011

본 연구는 각 연결부에 대한 수치 해석을 통하여 강재-콘크리트 합성 프레임 구조물의 성능을 조사하였다. 본 연구의 혁신적인 측면은 강재 보와 CFT 기둥의 연결부 사용과 저탄소강과 형상 기억 합금 구성요소의 조합을 활용하는데 있다. 이러한 새로운 연결부의 목적은 지진 후 건물의 손상과 잔류 흐름을 줄이기 위해 고탄성 형상기억합금 인장부에서 발생하는 교정 작용과 저탄소강의 우수한 에너지 분산 능력을 활용하는 것이다. 연결부의 핀, 전체적인 고정 또는 부분 구속으로 모델링을 할 수 없기 때문에 이러한 구조물들의 해석과 설계는 복잡하여 PR-CFT 연결부의 전체적인 거동을 알기 위한 수치해석을 위해 정교한 3차원 솔리드 요소로 구성된 유한해석 모델을 개발하였다. 이러한 유한요소 해석으로 얻은 결과를 바탕으로 스프링 요소를 이용하여 간단한 연결부 모델링을 공식화 시켰다. 반복 하중을 가하여 전체 프레임 구조물의 거동을 확인하였고 3D 유한요소 해석을 통하여 단순 거동을 비교하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.37-45
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• 2009

본 연구는 SRC기둥-RC보 약축방향 접합부에 대한 구조성능 평가 실험 연구이다. 현재 국내현장에서 많이 사용하고 있는 약축방향 접합방식은 구조성능이 명확하게 규명되지 않은 방식이 많으며, 이에 대한 안전성 확보 여부의 검증 및 문제점에 대한 개선도 시급하다. 따라서 본 연구에서는 표준갈고리형 실험체 3개와 접합부 형상 개선 실험체 3개 등 총 6개의 실험체를 제작하였다. 표준갈고리형 실험체들은 기준실험체, 정착길이 보정 실험체, 쉬어코넥터 및 전단보강근에 의한 보강 실험체 등으로 구성되어 있다. 접합부 형상 개선 실험체들은 주철근배치 방식과 용접 그리고 정착길이 확보 실험체 등이다. 반복가력에 의한 실험을 통하여 하중-변위 곡선, 최대강도, 강도저감 등을 평가하였다. 실험결과, 표준갈고리형 실험체들은 RC보의 주철근이 기둥면 내 콘크리트를 물고 떨어지는 쪼개짐 파괴현상을 나타내었으며, 구조성능도 불량하였다. 그러나 새로운 접합부 형상 개선 실험체들은 표준갈고리형 실험체들과 같이 기둥면 내콘크리트를 물고 떨어지는 쪼개짐 파괴현상도 나타나지 않았으며, 구조성능도 양호하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.457-464
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• 2009

섬유는 가교작용에 의한 시멘트 복합체의 파괴를 조절할 수 있는 섬유보강 시멘트 복합체의 중요한 재료로 섬유의 혼입률에 따라 다른 파괴메커니즘을 나타내기도 한다. 일반적인 연구에서 섬유를 보강한 시멘트 매트릭스의 마 이크로 메커니즘에 대한 이해를 통하여 섬유보강 시멘트 복합체의 파괴거동을 평가할 필요가 있다. 이 연구에서는 섬 유보강 시멘트 복합체의 파괴거동을 평가하기 위하여, 반복압축, 휨하중 하에서 음향방출 기법에 의한 섬유보강 시멘트 복합체의 손상을 평가하고 분석하였다. 실험체는 PVA 섬유를 0, 1.0, 1.5, 2.0%를 치환한 총 4개의 실험체를 계획하였 다. 기존 연구의 경우 기본적인 AE 신호에 의한 분석 방법을 제시하고 있으나 이 연구에서는 이전 연구자들에 의해 제 시되었던 음향방출 기법을 이용한 정량적 손상평가를 섬유보강 시멘트 복합체에 적용하여 분석하였다. 펠리시티비에 의 한 손상평가의 경우 기존 연구 결과와 같이 모든 실험체에서 카이저 효과와 함께, 펠리시티비가 0.4~1.1로 나타나 펠리 시티비에 의한 섬유보강 시멘트 복합체의 손상 정도를 평가 할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 휨 실험체의 경우 손상 을 평가하기 위하여 calm ratio, b-value 및 felicity ratio를 사용하였다. 이 연구의 목적은 섬유보강 시멘트 복합체의 손 상을 평가하는데 있어 음향방출 기법을 활용한 정량적 손상평가 방법의 적용 가능성을 평가하고 차후 연구를 위한 기 본 데이터를 확보하고자 한다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권3호
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• pp.271-281
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• 2013

구조형식별로 구조물의 안정성 확보를 위해 KBC2009에 새로이 도입된 높이제한에 따라, 내진설계범주D에 해당되는 60 m 이상의 RC 구조물을 계획할 경우 특수전단벽을 의무적으로 사용해야 한다. 그러나 특수전단벽의 엄격한 횡보강 배근상세는 시공성 및 경제성에 부정적 영향을 미칠 것으로 예상된다. 그래서 이 연구에서는 현 규준에 따른 특수전단벽보다 완화된 배근 상세를 갖는 특수전단벽을 제안하고, 특수전단벽과의 성능 비교를 위하여 각각 두 개의 실험체를 제작하고 횡방향 반복 하중실험을 실시하였다. 또한 그 실험 결과를 반영한 보통전단벽, 특수전단벽, 완화된 특수전단벽 구조시스템의 해석모델을 설계하여 FEMA P695에 따른 방법론으로 내진성능평가를 실시하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권5호
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• pp.137-147
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• 2012

무철근 교량 바닥판은 콘크리트 내부의 철근을 없애고 거더를 Strap으로 횡구속시켜 Arching action을 극대화시킨 교량 바닥판이다. 본 연구에서는 무철근 바닥판의 균열제어를 목적으로 FRP bar의 배치량을 변수로 하여 내하력과 균열, 연성도, 파괴시 응력수준 등을 판단하여 FRP bar 최소 배치량을 제시하였다. 실험결과 Steel strap 무철근 바닥판은 최소 0.15% FRP 보강근만 배치하여도 내하력과 연성이 확연히 향상됨을 확인하였다. FRP bar를 보강한 무철근 바닥판에 대하여 피로실험을 수행하였으며 200만회 반복하중 재하후 균열, 잔류 처짐 등에서 장기 사용성에 문제가 없음을 확인하였다. 교량 바닥판은 대체로 펀칭전단 파괴를 하며 2방향 슬래브의 전단강도식을 적용할 수 있으나 ACI, AASHTO 등에서는 바닥판의 비선형 파괴형상과 횡구속에 의한 Arching 효과를 명확히 고려하지 못하기 때문에 실제 파괴강도보다 과소평가 한다. 본 연구에서는 Steel strap 바닥판의 실제 파괴형상과 Strap에 의한 횡구속도를 고려한 펀칭전단강도식을 제안하였으며 이는 실험결과와도 비교적 잘 일치하는 결과를 보여주었다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.1-10
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• 2008

내진설계기준이 반영되지 않은 기존 구조물의 경우 내진보강에 의하여 구조물의 내진성능을 향상시킬 수 있다. 내진보강의 수준을 합리적으로 결정하기 위해서는 구조물의 사용기간 동안에 예상되는 지진피해 관련 손실이 최소화되도록 하여야 하는데, 이를 위해서는 구조물이 위치한 지역에 대한 지진의 강도별 발생빈도, 지진에 의한 구조물의 기능상실 및 직접/간접 피해를 복합적으로 고려하여 구조물의 예상 손실비용을 산정하여야 하며 이는 구조물 손상에 대한 지진위험도 해석을 통해서 그 해석을 수행할 수 있다. 본 연구에서는 확률적 지진요구모델을 이용한 위험도 평가를 통하여 구조물의 지진에 대한 피해 손실을 정량적으로 산정하고 이를 바탕으로 초기비용과 예상손실비용을 포함한 총 손실비용을 최소화시킬 수 있도록 내진보강 수준을 최적화하는 절차를 제시하였다. 구조물과 관련된 지진피해 산정에 있어서 지진하중의 강도별 발생확률 및 구조물의 손상확률을 동시에 고려하여 구조물 생애주기에 대한 구조물의 지진손상 확률밀도함수 및 누적분포함수를 수식화하였으며 수식의 유효성을 유지하기 위한 확률변수의 유효범위를 정의하였다. 또한 여기에 사회적, 경제적 손실을 정량화하기 위한 손실함수를 결부시켜 구조물과 관련된 지진 피해 손실의 기댓값을 정량적으로 산정할 수 있도록 하였다. 제시된 해석기법은 기존의 시뮬레이션에 의한 손실산정법과 비교하여 해석의 정확도는 잃지 않으면서 구조해석의 반복횟수를 대폭 줄일 수 있다는 장점이 있으며 빌딩과 교량을 비롯한 구조물의 내진성능 평가 및 개선을 위한 의사결정 시에 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권3호
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• pp.307-313
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• 2010

본 논문에서는 지역난방에 사용되는 이형관인 벤드(bend)의 형상설계에 대한 연구를 수행하였다. 지역난방관은 강관(내부)과 폴리우레탄 보온재(중앙부) 그리고 고밀도폴리에틸렌 외관(외부)의 3개의 중공관으로 구성되며 일반적으로 $10{\sim}120^{\circ}C$ 온도범위의 물이 $16kgf/cm^2$의 내압을 가지면서 수송된다. 이에 따라 작동 중 발생하는 반복적인 열적-기계적 하중을 지탱할 수 있어야 한다. 보통 지역난방관의 벤드부에는 폼패드라고 부르는 신축흡수재가 덧씌워지는데 이 폼패드의 노후에 따른 문제가 종종 발생한다. 본 논문에서는 벤드부에서의 폼패드 노후 문제를 경감시키기 위한 대안으로 폼패드를 없앤 이중보온관의 형상 설계를 제안하였다. 제안된 설계는 벤드부 강관에 전단고리(shear ring)를 적용하는 방법으로 이때 전단고리의 최적치수는 다구찌 방법과 유한요소법을 적용하여 접근하였다. 그 결과로 전단고리의 두께와 높이, 개수 순으로 최적화 효과가 있음을 확언하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.165-175
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• 2009

역학적 경험적 포장 설계법을 도입하려는 현재의 연구추세에 발 맞추어 정확한 응력, 변형률, 변형을 기초로 포장구조체를 해석하기 위한 역학적 접근방법이 필요한 시점이다. 기존의 실험결과에 따르면 연성포장 구조의 기층에 이용되는 자갈과 노상층에 이용되는 노상토등의 포장 하부재료는 반복하중 조건하에서 비선형 회복탄성계수의 특징을 따르는 것으로 나타났다. 이 비선형 거동은 재료의 현재 응력에 의한 회복탄성계수 모델로 나타나질 수 있으며 정확한 해를 구할 수 있는 역학적 방법중의 하나인 유한요소 해석 방법에 적용되어 질 수 있다. 이 연구에서는 비선형 해석기법과 효과적인 해 수렴기법이 구현된 재료 모델 부 프로그램을 범용 유한요소 프로그램의 하나인 아바쿠스에 적용시켰다. 이 수치해석 방법에는 더 정확한 해를 찾기 위한 체눈분할에 의해 만들어진 유한요소 모델이 이용되었다. 이런 일련의 방법들에 의한 포장구조체의 해석결과, 2차원과 3차원 비선형 유한요소 해석의 결과가 큰 차이를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 사용된 부 프로그램은 미연방 항공국 공항 시험포장에서 측정되어진 결과 값에 의해 비교 검증되었다.

• 비파괴검사학회지
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• 제21권1호
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• pp.80-90
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• 2001

AE 신호와 재료의 기계적 물성과의 관계를 정량적으로 제시할 수 있는 방법을 개발하였다. 재료의 여러 가지 기계적 성질들 중 피로균열 거동에 관련된 응력확대계수를 중심으로 AE 신호와 같은 다변량 데이터의 처리에 많이 사용되고 있는 주성분 회귀분석과 비선형적 문제 해결에 적합한 신경회로망 기법을 이용하였다. 이를 위하여 강교량 부재인 SWS490B 강에 대한 피로균열전파 실험을 수행하였으며 표준 CT 시편에 대한 피로균열진전 시 발생하는 AE 신호의 각 변수와 응력확대계수와의 관계를 고찰하였다. 통계분석 방법인 변수선택법을 적용한 결과 AE 카운트(RC), 에너지(EN), 신호지속시간(ED)의 각각에 대한 유의성이 높은 것으로 나타났으나 전반적으로 전체 AE 변수를 모두 이용할 경우 통계적 유의성이 높은 것으로 나타났다. 부재의 반복하중 시 발생하는 피로균열진전을 정량적으로 도출할 수 있는 응력확대계수 추정모델을 개발하고 평가하였다. 미지 시료에 대하여 개발된 모델의 응력확대계수 예측 성능을 분석한 결과 주성분 회귀모델과 인공신경망 모델 모두 우수한 예측성능을 나타내었으나 전반적으로 인공신경망 모델이 주성분 회귀모델보다 다소 양호한 것으로 분석되었다.