• 소성∙가공
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• 제19권4호
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• pp.217-223
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• 2010

The objective of this study is to propose the FE model for mechanical clinched joint using cohesive zone model to analyze its failure behavior under impact loading. Cohesive zone model (CZM) is two-parameter failure criteria approach, which could describe the failure behavior of joint using critical stress and fracture toughness. In this study, the relationship between failure behavior of mechanical clinched joint and fracture parameters is investigated by FE analysis with CZM. Using this relationship, the critical stress and fracture toughness for tensile and shear mode are determined by H-type tensile test and lap shear test, which were made of 5052 aluminum alloy. The fracture parameters were applied to the tophat impact test to evaluate the crashworthiness. Compared penetration depth and energy absorption at the point where 50% of total displacement in result of FE analysis and experiment test for impact test, those has shown similar crashworthiness.

• 대한기계학회논문집A
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• 제33권6호
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• pp.552-559
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• 2009

The effect of porosity on the crack propagation is studied by using the cohesive zone model. Standard mode I fracture test were done by using compact tension specimens with various porosities. Load-load line displacement curves and ${\delta}_5$-crack resistance curves for various porosities were obtained from experiments. The cohesive zone model proposed by Xu and Needleman was employed to describe the crack propagation in porous media, and the Gurson model is used for constitutive relation of porous materials. These models were implemented into user subroutines of a finite element program ABAQUS. The fracture mode changes from ductile fracture to brittle fracture as the porosity increases. Numerical calculations agree well with experimental results.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제37권4호
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• pp.267-274
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• 2024

수소 취성 파괴는 수소가 풍부한 환경에 노출된 재료의 구조적 무결성을 보장하는 데 있어 다양한 산업 응용 분야에서 큰 도전 과제이다. 본 연구는 연성 파괴 모델인 Gurson-Cohesive 모델과 수소 확산 모델을 통합하는 수치 모델을 제안하고 수소 취화가 파괴 거동에 끼치는 영향을 조사한다. 사용된 연성 파괴 모델은 손상 진화를 모사하는 Gurson 모델과 균열 표면의 불연속성과 응력-균열폭 관계의 연화 거동을 설명하는 표면 요소 기반의 Cohesive zone 모델을 결합한 파괴 모델이며, 균열 시작 기준으로 공극과 삼축성을 고려한다. 또한, 파괴 모델과 통합된 수소 확산 분석은 수소 강화 탈결합(HEDE) 메커니즘과 그에 따른 균열 시작 및 진전에 미치는 영향을 고려하며, 응력-균열폭 관계에 대한 수소의 영향을 고려한다. 수치 예제로 매개변수 연구를 통하여 확산 계수와 수소 취화 파과 특성에 대한 민감도를 조사한다. 수소 확산 모델과 연성 파괴 모델을 통합한 프레임워크를 제시함으로써 본 연구는 수소 취화 파괴에 대한 이해를 제공하여 엔지니어링 응용 분야에서 기여할 수 있을 것이다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2005년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.385-390
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• 2005

A specimen with residual stress due to welding was analyzed by three-dimensional cohesive zone model. The residual stress distribution was calculated by simulating welding process, and cohesive elements were located along crack propagation planes. Crack growth is possible since two planes of the cohesive element are separated beyond a maximum load carrying capacity. Stress fields around a crack tip are compared for specimens with and without residual stresses. Load-displacement curves and crack growth behaviors are also examined.

• 대한기계학회논문집A
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• 제32권5호
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• pp.387-395
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• 2008

Stress distribution and interfacial debonding process at the interface between a rubber mold and a powder compact were analyzed during unloading under cold isostatic pressing. The Cap model proposed by Lee and Kim was used for densification behavior of powder based on the parameters involved in the yield function of general Cap model and volumetric strain evolution. Cohesive elements incorporating a bilinear cohesive zone model were also used to simulate interfacial debonding process. The Cap model and the cohesive zone model were implemented into a finite element program (ABAQUS). Densification behavior of powder was investigated under various interface conditions between a rubber mold and a powder compact during loading. The residual tensile stress at the interface was investigated for rubber molds with various elastic moduli under perfect bonding condition. The variations of the elastic energy density of a rubber mold and the maximum principal stress of a powder compact were calculated for several interfacial strengths at the interface during unloading.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.519-525
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• 2009

본 연구에서는 복합재료 적층판에서 균열 생성 및 전파로 이루어지는 계면박리 현상을 모사하기 위하여 응집영역모델을 사용하였다. 응집영역모델을 고려한 유한요소해석을 수행하기 위하여 응집요소를 수식화하였으며, 상용유한요소 프로그램인 Abaqus의 사용자 정의 서브루틴 UEL로 구현하였다. 제안된 응집요소의 타당성과 유효성을 평가하기 위하여 복합재료 적층판의 이중외팔보(double cantilever beam) 시험과 ENF(end notched flexure) 시험결과와 유한요소해석 결과를 비교하였다. 해석 결과는 거시적인 하중-변위 곡선을 비교적 잘 예측하였다. 또한 응집요소를 이용한 유한요소해석시 탄성계수와 응집요소의 크기가 구조물의 하중-변위 곡선에 미치는 영향을 수치적으로 연구하였다. 균열 전파 경로의 격자 의존성을 최소화하고 하중-변위 곡선에 나타나는 지그-재그 현상을 제거하기 위하여 균열 선단에서 충분히 작은 응집요소가 사용되어야 한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권12호
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• pp.1453-1463
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• 2013

본 연구에서는 유한요소해석과 압입시험으로 압입자 형상이 압입균열특성에 미치는 영향을 조사했다. 본 논문에서는 Lee 등(2012)이 제시한 cohesive zone 모델특성 및 균열생성, 진전을 위한 해석조건에 기초해 다양한 균열해석을 수행했다. 우선, 사각뿔 및 삼각뿔 압입균열 시험과 해석을 비교해 해석모델의 유효성을 검증했다. 아울러 비대칭 압입자에 의한 압입시, 압입하부에서 비대칭 균열의 발생여부를 해석적으로 관찰했다. 최종적으로 압입발생 균열수와 균열길이 관계를 조사했다. 균열수와 균열길이 관계 및 동일 압입자형상(압입자 모서리수)에서 압입자각에 따른 균열길이 변화를 이용하면, 특정 압입자 형태의 압입시험에서 얻은 균열길이 만으로 다양한 압입자 형태의 균열길이를 예측할 수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권5호
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• pp.297-304
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• 2019

본 논문에서는 접착영역 모델을 이용하여 2상 리튬이온 충전 시 실리콘 음극 전극의 균열진전 해석을 수행하였다. 리튬화 실리콘은 결정질 실리콘에 비해 부피가 약 3배 이상 크므로 리튬이온 충전 시 외각의 리튬화 실리콘에 매우 큰 압축력이 작용하여 압축항복이 발생한다. 리튬이온 충전 시 외각의 리튬화 실리콘은 압축항복 후에 내부의 결정질 실리콘이 리튬화 실리콘으로 상 변이하면서 발생하는 부피 팽창으로 인해 인장력이 작용한다. 이러한 인장력으로 인해 발생하는 균열진전을 접착영역 모델을 이용하여 모사하였다. 사용한 접착영역 모델은 PPR 포텐셜 기반 접착영역 모델로 하나의 포텐셜을 사용하여 복합모드에 대해서도 에너지 소산에 일관성을 지니고 있다. 유한요소 수치해석 모델로 2상 리튬이온 충전 시 모서리 균열진전을 모사한 결과가 실제 실험결과와 일치함을 확인하였고, 균열 팁에서의 최대 인장응력의 각도를 분석하여 실제 실험처럼 균열진전 방향이 회전할 것을 예측할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제33권5호
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• pp.474-481
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• 2009

Fracture models and criteria of adhesive with two parameters, namely $G_C$ and ${\sigma}_{max}$, have been developed to describe the fracture process of adhesive joints. Cohesive zone model(CZM) is a representative two parameter failure criteria approach. In CZM, ${\sigma}_{max}$ is a critical, limiting maximum value of the stress in the damage zone ahead of the crack and is assumed to have some physical significance in adhesive failure. Based on CZM and finite element analysis method, the relationship between fracture load and adhesive properties, as $G_{IC)$ and $({\sigma}_{max})_I$, was investigated in adhesively bonded joint tensile test and T-peel test. The two parameters in tensile mode loading were evaluated by using the relationship. The value of $G_{\IC}$ evaluated by proposed method showed close agreement with analytical solution for tapered double cantilever beam(TDCB) test which proposed in an ASTM standard.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.121-125
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• 2018

본 연구에서는 굴곡 계면을 따른 균열 진전을 응집 요소를 사용하여 유한요소 해석을 수행하였고 균열 선단에서 복합 모드 하중을 고려하기 위하여 BK 법칙을 적용하였다. 정현파 굴곡 계면을 갖는 이중 외팔보에 하중을 부여하고 복합 모드 응집 법칙에서 응집 강도와 응집 에너지에 따른 하중-변위 선도의 변화를 알아보았다. 응집 강도가 커지면 응집 영역 크기가 상대적으로 작아지고 균열 진전에 따른 하중-변위 선도에 굴곡이 나타나는 것을 보여 주었으며 인장과 전단 응집에너지 비율에 따라 하중의 증가와 하중-변위 선도에 굴곡이 나타나는 것을 보여주었다. 또한 굴곡 계면의 형상에 따른 균열 진전 거동의 영향을 분석하였는데 균열의 형상비가 커지면 균열 진전을 위한 더 큰 균열 분리 에너지가 요구되는 것을 보여 주었다. 굴곡 계면의 형상과 응집 법칙을 변화시켜 파괴 인성을 크게 향상시킬 수 있으며 균열 진전 거동을 변화시킬 수 있게 된다.