• 한국도로학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.77-83
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• 2015

PURPOSES : In this study, a fracture-based finite element (FE) model is proposed to evaluate the fracture behavior of fiber-reinforced asphalt (FRA) concrete under various interface conditions. METHODS : A fracture-based FE model was developed to simulate a double-edge notched tension (DENT) test. A cohesive zone model (CZM) and linear viscoelastic model were implemented to model the fracture behavior and viscous behavior of the FRA concrete, respectively. Three models were developed to characterize the behavior of interfacial bonding between the fiber reinforcement and surrounding materials. In the first model, the fracture property of the asphalt concrete was modified to study the effect of fiber reinforcement. In the second model, spring elements were used to simulated the fiber reinforcement. In the third method, bar and spring elements, based on a nonlinear bond-slip model, were used to simulate the fiber reinforcement and interfacial bonding conditions. The performance of the FRA in resisting crack development under various interfacial conditions was evaluated. RESULTS : The elastic modulus of the fibers was not sensitive to the behavior of the FRA in the DENT test before crack initiation. After crack development, the fracture resistance of the FRA was found to have enhanced considerably as the elastic modulus of the fibers increased from 450 MPa to 900 MPa. When the adhesion between the fibers and asphalt concrete was sufficiently high, the fiber reinforcement was effective. It means that the interfacial bonding conditions affect the fracture resistance of the FRA significantly. CONCLUSIONS : The bar/spring element models were more effective in representing the local behavior of the fibers and interfacial bonding than the fracture energy approach. The reinforcement effect is more significant after crack initiation, as the fibers can be pulled out sufficiently. Both the elastic modulus of the fiber reinforcement and the interfacial bonding were significant in controlling crack development in the FRA.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.233-240
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• 2019

인장 강도는 복합 재료를 설계하기 위한 필수 변수이므로 개방 홀 인장 시험을 통해 복합 재료의 인장 강도를 측정한다. 그러나 인장 시험을 올바르게 모델링하는 것은 섬유와 매트릭스 손상, 층간분리 및 섬유와 매트릭스 사이의 손상 같은 다양한 손상을 수반하기 때문에 매우 어려운 과제다. 따라서 섬유와 매트릭스 사이의 면내 파괴 및 층간분리를 평가하기 위해 본 연구에서는 점진적 손상 모델을 개발하였다. 하신 손상 모델과 응집 영역 접근법을 층과 층간분리를 모델링하는데 사용하였다. 현재 모델의 결과를 이전에 발표된 실험 및 수치 결과와 비교하여 검증하였다. 이를 통해 유한요소해석에서 층간분리를 무시하면 인장 강도가 과대평가 된다는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2005년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.337-340
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• 2005

The effect of residual stress on fatigue crack growth was investigated in terms of finite element analysis. Simulations were performed on a CT specimen in plane strain. An interface-cohesive element that accounts for damage accumulation due to fatigue along the notch direction has been used. Numerical results show that fatigue crack growth rate slows down when compressive residual stress field exists in front of the crack tip.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권4호
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• pp.413-420
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• 2012

알루미늄 포일 접착강판은 접착제를 이용하여 알루미늄 포일을 드로잉용 GI 강판 위에 접착시킨 강판이다. 알루미늄 포일의 박리현상은 알루미늄 포일 강판의 주된 성형불량 중의 하나이다. 본 연구에서는 가전제품의 외관에 활용되는 알루미늄 포일 접착강판의 박리한계를 규명하였다. 알루미늄 포일 접착강판의 박리는 알루미늄 포일과 강판의 접착강도에 의해 결정된다. 알루미늄 접착강판의 박리와 접착강도와의 관계를 분석하기 위해 CZM 을 활용하여 알루미늄 포일 접착강판의 계면접착력에 따른 알루미늄 포일 박리변형률의 변화를 분석하였다. 해석결과, 박리발생의 주원인은 강판의 변형 중 접착계면에서 발생하는 전단응력에 의해 박리가 발생함을 확인하였다. 또한 알루미늄 포일 접착강판의 계면접착력을 측정하여 강판의 등이축인장모드인 스트레치 변형에 따른 박리가 발생하는 한계변형률을 도출하였다. 도출된 알루미늄 포일 접착강판의 박리 한계는 에릭슨 시험을 통해 검증하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권12호
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• pp.1503-1512
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• 2013

본 논문에서는 cohesive zone 모델을 이용한 유한요소해석에 기초해 압입 파괴인성 평가식을 제시한다. 먼저 Vickers 압입균열해석에 기초해 다양한 물성변수(항복변형률 ${\varepsilon}_o$, 푸아송비 ${\nu}$, 영률 E)의 들이 균열크기에 미치는 영향을 분석하고, 파괴인성을 압입 시 측정되는 최대하중과 균열길이로 나타낼 수 있는 수식을 회귀로 얻었다. 아울러 접촉길이 a, E/H (H: 경도) 등을 추가 압입변수로 선정해 다양한 형태의 파괴인성평가법을 제시했다. 이후 동일 압입하중에서 압입자각 및 압입자 형태와 균열 크기의 관계를 분석해 Vickers 압입 파괴인성평가법을 다양한 압입자 형태로 확장했다. 본 연구에서 제안된 평가식을 이용하면 압입시험으로 얻어지는 데이터로부터 바로 취성재료의 파괴인성을 예측할 수 있다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.817-818
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• 2009

• Composites Research
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• 제29권2호
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• pp.45-52
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• 2016

섬유금속적층판과 같은 하이브리드 소재는 여러 방향의 하중에 의한 접착층의 파괴로 인해 층간분리가 발생할 수 있다. 모든 하중은 수직 방향의 응력과 면내 두 방향의 전단 응력으로 분해할 수 있으며, 이러한 하중은 접착층의 모드 I, II, III 파괴를 일으킨다. 따라서 하중에 의한 층간분리 현상을 예측하기 위해, 접착층의 모드별 임계 에너지 해방률을 도출하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 접착층의 모드 I 임계 에너지 해방률을 측정하기 위해 double cantilever beam 시험을 수행하였으며, 모드 II 임계 에너지 해방률을 측정하기 위해 end-notched flexure 시험을 수행하였다. 또한, 실험으로부터 도출한 임계 에너지 해방률을 ABAQUS의 응집영역모델에 적용하여 유한요소해석을 수행하였으며, 실제 실험 결과와의 비교를 통해 층간분리 현상에 대한 수치해석 기법 적용의 유효성을 입증하였다.

• Computers and Concrete
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• 제9권1호
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• pp.1-19
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• 2012

The size-effect study of various fracture parameters obtained from two parameter fracture model, effective crack model, double-K fracture model and double-G fracture model is presented in the paper. Fictitious crack model (FCM) for three-point bend test geometry for cracked concrete beam of laboratory size range 100-400 mm is developed and the different fracture parameters from size effect model, effective crack model, double-K fracture model and double-G fracture model are evaluated using the input data obtained from FCM. In addition, the fracture parameters of two parameter fracture model are obtained using the mathematical coefficients available in literature. From the study it is concluded that the fracture parameters obtained from various nonlinear fracture models including the double-K and double-G fracture models are influenced by the specimen size. These fracture parameters maintain some definite interrelationship depending upon the specimen size and relative size of initial notch length.

• Steel and Composite Structures
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• 제28권1호
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• pp.111-121
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• 2018

It has been argued that fracture energy of composite laminates depends on their thickness and number of layers. In this paper a modified direct energy balance approach (DEBA) has been developed to evaluate the mode-II shear fracture energy for E-glass/Epoxy laminates from finite element model at an arbitrary thickness. This approach considers friction and damage/plasticity deformations using cohesive zone modeling (CZM) and nonlinear finite element modeling. The presence of compressive stress and resulting friction was argued to be a possible cause for the thickness dependency of fracture energy. In the finite element modeling, CZM formulation has been developed with bilinear cohesive constitutive law combined with friction consideration. Also ply element have been developed with shear plastic damage model. Modified direct energy balance approach has been proposed for estimation of mode-II shear fracture energy. Experiments were performed on laminates of glass epoxy specimens for characterization of material parameters and determination of mode-II fracture energies for different thicknesses. Effect of laminate thickness on fracture energy of transverse crack tension (TCT) and end notched flexure (ENF) specimens has been numerically studied and comparison with experimental results has been made. It is shown that the developed numerical approach is capable of estimating increase in fracture energy due to size effect.

• Advances in nano research
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• 제14권4호
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• pp.363-373
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• 2023

A novel type of steel fiber with a rounded-end shape is presented to improve the bonding behavior of fibers with Carbon Nanotubes (CNT)-reinforced Ultra-High Performance Concrete (UHPC) matrix. For this purpose, by performing a parametric study and using the nonlinear finite element method, the impact of geometric characteristics of the fiber end on its bonding behavior with UHPC has been studied. The cohesive zone model investigates the interface between the fibers and the cement matrix. The mechanical properties of the cohesive zone model are determined by calibrating the finite element results and the experimental fiber pull-out test. Also, the results are evaluated with the straight steel fibers outcomes. Using the novel presented fibers, the bond strength has significantly improved compared to the straight steel fibers. The new proposed fibers increase bond strength by 1.1 times for the same diameter of fibers. By creating fillet at the contact area between the rounded end and the fiber, bond strength is significantly improved, the maximum fiber capacity is reachable, and the pull-out occurs in the form of fracture and tearing of the fibers, which is the most desirable bonding mode for fibers. This also improves the energy absorbed by the fibers and is 4.4 times more than the corresponding straight fibers.