• 한국항공우주학회지
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• 제30권1호
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• pp.65-74
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• 2002

항공기 동체의 주 구조를 이루는 스킨, 스트링거, 프레임을 복합재료 부재료 대체하여 파손 및 좌굴에 대해 유한요소해석을 수행하였다. 각 부재의 하중은 기존 항공기 MD90-30의 하중을 적용하였으며, 스트링거, 프레임은 I, Z, T-type의 3가지 단면형상을 선정하여 해석하였다. 복합재료 부재의 적층각, 적층수에 따른 부재의 특성을 알아보고, 단면형상에 대한 비교를 수행하였다. 해석결과 파손은 적층각에 좌굴은 적층수에 많은 영향을 받으며, 스킨, 스트링거는 좌굴이 프레임은 축방향 하중에 의한 파손이 부재 설계의 중요한 요소임을 알 수 있었다. 스트링거, 프레임은 준등방성 적층의 경우 [0/60/-60]적층이 좋은 결과를 갖는 것을 알 수 있었고 단면형상에 대해서는 I-type이 가장 좋은 결과를 보였다. 또한 기존 알루미늄 부재와의 비교를 통해 복합재료 부재의 경량성을 확인할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제21권3호
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• pp.9-17
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• 2008

본 논문에서는 저속충격하중을 받은 필라멘트 와인딩 탄소섬유강화 복합재 압력용기의 잔류강도 저하특성에 대한 수치해석 및 실험결과에 대해서 논한다. 복합재 압력용기의 원통부의 여러 곳에 대해 낙하 공구의 끝단을 모사한 삼각형 충격자를 사용한 저속 충격시험이 실시되었고, 유한요소해석을 수행하여 충격시의 기계적 변형 및 응력분포 거동에 대한 예측을 실시하였다. 충격하중을 받은 복합재 압력용기의 잔류강도 저하 특성을 정량적으로 평가하기 위해, 충격부위를 포함하는 원환시편을 압력용기의 실린더부로부터 채취하여, 원주방향 내압인장강도 측정 수압시험법으로부터, 원환시편의 수압파열 압력을 측정하였다. 결과적으로 본 연구를 통해 충격 에너지의 수준에 따른 잔류강도 변화가 성공적으로 계측되었으며, 복합재 압력용기의 충격손상허용을 정량적으로 평가하기 위한 유용한 방법론이 정립되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제12권3호
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• pp.119-126
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• 2008

국내에서 공동주택이 대량으로 공급되었던 1980~1990년대에는 콘크리트의 설계기준강도가 약 18MPa로 낮았으며 또한 대부분의 기둥은 수직하중만을 고려하여 설계되었다. 본 연구에서는 수명이 오래된 콘크리트 기둥의 성능을 향상시키기 위하여 시공이 간편하고 내식성이 우수하며 인장성능이 매우 뛰어난 탄소섬유시트로 보강된 RC 기둥의 압축강도 성능평가 실험을 수행하였다. 기둥을 구속하는 탄소섬유시트의 wrapping 각도는 수직하중과 수평하중에 저항할 수 있도록 기둥의 재축방향에 대하여 ${\pm}60^{\circ}$ 각도로 보강하였다. 실험을 수행한 후 압축강도 및 변형률의 증가양상과 시험체의 파괴양상을 분석하였으며 실험결과의 회귀분석을 수행하여 향상된 압축강도를 예측할 수 있는 회귀식을 작성하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.479-486
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• 2011

이 연구에서는 휨인장강도 평가 방법에 따른 무근 콘크리트 원형패널의 휨거동을 비교하기 위해 유한요소해석과 실험을 수행하였다. 이를 위해 ASTM C 1550 round panel test(RPT) 시험법과 biaxial flexure test(BFT) 시험법을 적용하여 콘크리트 원형패널의 휨인장강도를 측정하였으며, 두 원형패널에 작용하는 응력 분포를 알아보기 위하여 패널의 아랫면 중앙에 두 개의 변형률 게이지가 직교하도록 부착하여 하중-변형률 관계를 측정하였다. 실험 결과 RPT 시험체와 BFT 시험체의 파괴 형상은 유사하게 관찰되었으며, 두 시험체 모두 중앙 아랫면의 하중-변형률 관계 또한 모든 방향에 일정한 것으로 나타나, 시험 시 등방성 휨인장응력 상태에 놓이는 것을 확인할 수 있었다. RPT 시험에 의한 평균 휨인장강도가 BFT의 경우보다 29% 더 큰 것으로 나타났다. 두 시험체의 휨인장강도 분포 모두 정규분포를 보이는 것으로 나타났으며, RPT 휨인장강도의 변동계수(coefficient of variation)와 BFT의 변동계수는 각각 8%와 6%로 측정되었다. 이는 BFT 시험을 통하여 신뢰할 수 있는 이방향 휨인장강도 측정이 가능한 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.339-347
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• 2002

보강토 옹벽에 체인을 보강재로 사용한 경우의 인발저항력 평가를 위한 현장실험을 실시하였다. 실험에서는 횡방향 부재로 강봉이나 L-형 강재앵글을 고려하였으며, 체인의 길이(20m, 2.5m 그리고 3.0m), 보강재의 조합(체인단독, 체인＋강봉 그리고 체인＋앵글) 그리고 설치위치 등을 다르게 하여 총 80개소에 대해서 인발실험을 실시하였다. 체인 또는 체인＋강봉의 경우, 최대 변위는 평균 150mm였으며, 인발하중은 지속적으로 증가하다가 체인의 극한강도에 도달하면 파단(인장파괴)되는 것으로 나타났다. 그러나 체인에 L-형 앵글을 조합한 경우에는 최대변위가 평균 100mm정도로서 변위 억제에 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 현장에서 측정된 항복 인발하중값을 이론값과 비교했을 때는 보강 방법 또는 연직응력에 따라서 현장 측정값이 이론값 보다 약 1.2~3배정도 큰 것으로 나타났으며, 체인의 길이, 연직하중의 크기, 횡방향 부재의 조합에 따라서 항복 인발하중의 크기는 변화하는 것으로 나타났다. 그러나 강봉과 L-형 앵글사이에 차이는 현저하지 않았다. 체인을 보강재로 사용하는 경우 기존의 이론식을 적용한 설계나 시공은 안전측으로 나타났으나, 체인의 인발 저항력이 너무 과소 평가되어 있다고 판단되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제18권1호
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• pp.47-56
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• 2006

본 연구에서는 두 종류의 전단지간 대 유효깊이의 비(a/d)를 가진 전단에 취약한 보 네 개에 대한 반복하중 실험을 수행하였다. 실험군에는 $6d_b$의 정착 길이의 $90^{\circ}$ 절곡된 갈고리를 가진 두 개의 스터럽을 묶은 하나의 다발 스터럽(bundled stirrups)을 배근하였으며 대조군에는 직경 50mm의 원형 헤드를 가진 헤디드 바를 배근하였다. 하나의 헤디드 바의 철근 직경은 하나의 다발 스터럽의 철근 직경과 같기 때문에 효과적인 실험 비교가 가능하였다. 실험 결과는 헤디드 바를 배근한 보가 일반 스터럽을 가진 보보다 연성, 에너지 흡수량, 최대하중 이후의 거동에 있어서 뛰어난 구조 성능을 보여 주었다. 반복하중에 의한 콘크리트 피복과 부분 압축파괴에 의해 스터럽의 갈고리는 바깥 방향으로의 변형과 함께 정착 성능을 상실하였다. 반면에, 헤디드 바는 헤드의 정착손실 방생 없이 변형률경화 시점을 지나서도 변형이 발생하였으며 압축 철근의 좌굴 발생을 지연하는 데에도 기여하는 것으로 나타났다. 반복하중에 의한 감소된 인장경화를 고려한 하중-변위 예측은 뛰어난 정확도를 보여 주었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권10호
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• pp.17-30
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• 2009

지하에 공동을 건설하는 터널 공사의 경우 초기 응력의 집중 및 발파와 같은 시공단계에서의 과도한 에너지의 적용으로 인하여 주변 암반에 손상을 발생시킨다. 이러한 손상의 발생은 터널에 작용하는 하중 및 터널 주변 암반의 흐름조건에 상당한 영향을 끼친다. 이러한 이유로 터널 주변에 발생하는 손상구간에 대하여 다양한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 유사암석으로 제작된 공동이 존재하는 절리모델의 이축압축실험을 통하여 공동주변의 손상발생을 연구하였다. 절리면은 수평면과 $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$의 조건으로 형성되었으며, 초조강시멘트 재료를 이용하여 유사절리모델을 제작하였다. 이축압축 실험결과 공동주변에서는 절리면에 수직한 방향으로 인장균열의 발생이 관측되었으며, 균열의 진행으로 인하여 암반블록이 형성되었으며, 진행하는 인장균열이 다른 절리면에 도달하여 암반블록이 완전히 형성된 경우 탈락하는 과정을 보였다. 이러한 인장균열의 진전은 절리면의 각도에 따라 상이한데 절리면의 각도가 클수록 안정적이며 진행성의 균열 진전 양상이 관측되었다. 이러한 인장균열의 발달은 절리면으로 구성된 암편을 보로 가정 할 경우 공동의 곡률로 인한 기하학적 형상의 불규칙성으로 인하여 모멘트가 작용하는 것으로 판단된다. 이상의 실험결과를 입자요소해석 방법을 기반으로 하는 PFC 2D를 이용하여 모사하였다. 해석결과 실험에서 관측한 바와 같이 절리면 각도가 작을수록 손상대의 폭은 넓어지며 인장균열의 진행에 의한 암반블록의 형성이 관측되었다. 또한 상호작용이 발생하는 균열을 조사한 결과 수치해석에서도 절리면의 각도가 작은 조건에서 진행성의 파괴가 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.207-216
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• 2003

본 연구에서는 철탑의 기초로 사용이 증가되고 있는 현장타설말뚝의 크기를 줄이기 위한 방안으로 말뚝주면에 가시모양의 보강재를 타설.정착시켜 지지력을 증가하는 보강형 현장타설말뚝에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 보강재에 의한 지지력 증가효과의 크기를 정량적, 정성적으로 알아보기 위해 풍화토, 풍화암, 연암지반 등 국내의 대표적 지반을 대상으로 보강재의 단수, 경사 및 위치 등을 변화시켜 해석을 실시하였다. 보강재 단수변화의 경우, 풍화암과 연암지반에서는 단수증가에 따라 비례적으로 보강효과가 증가하였지만 풍화토의 경우 단수의 증가에 따라 보강효과 증가율이 작아지는 결과가 나타났다. 위치변화의 경우, 수평하중재하시 보강재가 상단에 위치한 경우가 하중을 직접적으로 지지하기 때문에 가장 보강효과가 좋은 것으로 나타났지만 압축, 인장하중의 경우 큰 차이가 나타나지 않았다. 경사변화의 경우, 연직하중일 때는 보강재 전 길이에 걸쳐 축력이 최대로 발휘되는 60$^{\circ}$의 경사일 때 보강효과가 가장 크게 나타났다. 하지만 수평하중일 때는 하중재하 방향과 일치하는 0$^{\circ}$에서 보강효과가 전반적으로 좋게 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.177-188
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• 2006

전통적인 비선형 유한요소해석은 모델링이 복잡하고 어려운 해석기법이 필요로 한다. 게다가 해석결과가 응력-변형률 관계로 도출되므로 그 결과를 분석하거나 설계에 활용하기 어렵다. 본 연구에서는 설계 지향적인 수치해석방법으로 트러스 모델을 이용한 비선형 해석방법을 개발하였다. 해석하고자 하는 철근콘크리트 부재를 길이방향, 직각방향, 대각방향의 트러스요소로 이상화한다. 기본적으로 각 요소는 철근과 콘크리트의 복합체이며, 주기해석을 위하여 철근과 콘크리트 요소를 위한 간략화된 비선형 주기이력모델을 적용하였다. 제안된 방법의 검증을 위하여 전단경간비, 하중조건, 철근량, 배근형태 등이 다른 다양한 전단지배 보와 벽체에 대하여 비선형해석을 수행하였고, 예측된 비탄성강도, 에너지소산능력, 변형능력, 파괴유형 등을 실험 결과와 비교하였다. 해석결과, 철근콘크리트 부재의 변형능력을 예측하기 위해서는 반복적인 인장-압축을 받는 콘크리트 스트럿에 사용되는 압축연화모델이 부재특성에 따라 수정되어야 함이 밝혀졌다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.439-452
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• 1994

본 논문에서는 동적하중을 받는 철근 콘크리트 뼈대구조의 경비 최적설계방법과 한계상태 설계 최적화 알고리즘을 제시하였다. 뼈대구조의 동적반응은 모드 중첩법을 이용하여 해석하였으며 뼈대구조의 각 부재를 두 개 이상의 요소로 구성하여 각 요소의 절점에서는 축방향, 횡방향 및 휨방향의 거동을 규명할 수 있도록 3 d.o.f(자유도)로 구성된 강성 매트릭스와 질량 매트릭스를 사용하였다. 철근과 콘크리트의 주 재료 경비로 유도한 목적함수는 한계 상태 설계 규정에 따라 철근 콘크리트 뼈대구조의 역학적 거동의 문제와 사용성 제약조건을 만족하면서 최적화를 이루도록 하였다. 목적함수와 제약조건은 단면의 유효깊이, 보의 폭, 인장과 압축 철근의 단면적, 기둥의 전단 철근 단면적들의 설계변수로 유도하였으며 최적화 문제를 형성하였다. 몇가지 예제를 통하여 동적거동을 고려한 철근 콘크리트 뼈대구조의 자동화된 최적 설계 알고리즘의 가능성, 타당성 및 효율성을 검토하였다.