• Structural Engineering and Mechanics
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• 제48권1호
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• pp.41-56
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• 2013

Initiation and growth of delamination is a great concern of designers of composite structures. Interface elements with de-cohesive constitutive law in the content of continuum damage mechanics can be used to predict initiation and growth of delamination in single and mixed mode conditions. In this paper, an interface element based on the cohesive zone method has been developed to simulate delaminatoin growth of post-buckled laminate under fatigue loading. The model was programmed as the user element and user material by the "User Programmable Features" in ANSYS finite element software. The interface element is a three-dimensional 20 node brick with small thickness. Because of mixed-mode condition of stress field at the delamination-front of post-buckled laminates, a mixed-mode bilinear constitutive law has been used as user material in this model. The constitutive law of interface element has been verified by modelling of a single element. A composite laminate with initial delamination under quasi-static compressive Loading available from literature has been remodeled with the present approach. Moreover, it will be shown that, the closer the delamination to the free surface of laminate, the slower the delamination growth under compressive fatigue loading. The effects of laminate configuration on delamination growth are also investigated.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제31권1호
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• pp.25-38
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• 2009

Local failure of a primary structural component induced by direct air-blast loading may be itself a critical damage and lead to the partial or full collapse of the building. As an extensive research to mitigate blast-induced hazards in steel frame structure, a state-of-art analytical approach or high-fidelity computational nonlinear continuum modeling using computational fluid dynamics was described in this paper. The capability of the approach to produce reasonable blast pressures on a steel wide-flange section column was first evaluated. Parametric studies were conducted to observe the effects of section sizes and boundary conditions on behavior and failure of columns in steel frame structures. This study shows that the analytical approach is reasonable and effective to understand the nature of blast wave and complex interaction between blast loading and steel column behavior.

• Coupled systems mechanics
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• 제7권2호
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• pp.211-232
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• 2018

In this work we present an upscaling technique for multi-scale computations based on a stochastic model calibration technique. We consider a coarse-scale continuum material model described in the framework of generalized standard materials. The model parameters are considered uncertain, and are determined in a Bayesian framework for the given fine scale data in a form of stored energy and dissipation potential. The proposed stochastic upscaling approach is independent w.r.t. the choice of models on coarse and fine scales. Simple numerical examples are shown to demonstrate the ability of the proposed approach to calibrate coarse scale elastic and inelastic material parameters.

• 터널과지하공간
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• 제14권4호
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• pp.248-260
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• 2004

응력 증가에 의한 취성 암석의 손상은 미세균열의 개시로부터 시작하여 각 개별 균열들의 전파 및 결합에 의해 거시적인 파괴면을 발생시킨다. 전통적으로 암반의 손상 및 파괴현상을 설명하기 위해 거시적인 파괴 기준이나 탄소성 모델과 같은 연속체적인 접근법이 주류를 이루어왔다. 하지만 개별적인 균열들의 개시와 전락 과정을 명시적으로 고려할 수 있다면 현상론적인 관점에서 보다 실제에 가까운 암석 손상 및 파괴 과정을 재현할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 암석의 균열 진전 모델링을 위해 개발된 경계요소 코드인 FRACOD를 이용하여 암석의 손상 및 파괴 과정을 모사한 결과를 제시한다. 수치일축압축시험을 통해 개발된 모델의 적정성을 검증하고 암반의 치수효과를 고려한 현실적인 암석 파괴 과정을 재현하였다. 또한 이러한 접근법의 적용 사례로서, 실제 굴착이 진행중인 심부 수갱 암반 주변에서 심도와 암반 특성에 따라 균열 진전과 이에 따른 암반 손상의 범위를 예측한 결과를 제시하였다. 이 접근법은 취성도가 큰 암반에서 발생하는 안정성 문제에 대한 공학적인 해법을 찾는데 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권4호
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• pp.191-197
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• 2018

폴리머 폼은 다공성을 가장 큰 특징으로 하는 재료이기 때문에, 본 연구에서 비가역 열역학 관점을 기반으로 폴리머 폼의 기공 성장 및 합체를 고려한 손상 탄성 구성방정식을 개발하였으며, 개발된 구성방정식은 unilateral 손상의 효과를 고려하였다. 유한요소해석의 적용을 위해 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS의 사용자 서브루틴 UMAT을 이용하여 제안된 구성방정식을 수치적으로 구현하였다. 비선형 유한요소해석 결과와 폴리머 폼의 인장 시험 결과와 비교를 통해 제안된 손상 모델의 유효성을 검증하였으며, 제안된 구성방정식의 재료모델상수가 손상에 미치는 영향에 대해 분석하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제25권2호
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• pp.92-100
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• 2011

The main goal of this paper is to provide the theoretical background for the fracture phenomena in marine structural steels. In this paper, various fracture criteria are theoretically investigated: shear failure criteria with constant failure strain and stress triaxiality-dependent failure strain (piecewise failure and Johnson-Cook criteria), forming limit curve failure criterion, micromechanical porosity failure criterion, and continuum damage mechanics failure criterion. It is obvious that stress triaxiality is a very important index to determine the failure phenomenon for ductile materials. Assuming a piecewise failure strain curve as a function of stress triaxiality, the numerical results coincide well with the test results for smooth and notched specimens, where low and high stress triaxialities are observed. Therefore, it is proved that a failure criterion with reliable material constants presents a plastic deformation process, as well as fracture initiation and evolution.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권4호
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• pp.409-424
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• 2023

Response of the pipeline crossing fault is considered as the large strain problem. Proper estimation of the pipeline response plays important role in mitigation studies. In this study, an advanced continuum modeling including material non-linearity in large strain deformations, hardening/softening soil behavior and soil-pipeline interaction is applied. Through the application of a fully nonlinear analysis based on an explicit finite difference method, the mechanics of the pipeline behavior and its interaction with soil under large strains is presented in more detail. To make the results useful in oil and gas engineering works, a continuous pipeline of two steel grades buried in two clayey soil types with four different crossing angles of 30°, 45°, 70° and 90° with respect to the pipeline axis have been considered. The results are presented as the fault movement corresponding to different damage limit states. It was seen that the maximum affected pipeline length is about 20 meters for the studied conditions. Also, the affected length around the fault cutting plane is asymmetric with about 35% and 65% at the fault moving and stationary block, respectively. Local buckling is the dominant damage state for greater crossing angle of 90° with the fault displacement varying from 0.4 m to 0.55 m. While the tensile strain limit is the main damage state at the crossing angles of 70° and 45°, the cross-sectional flattening limit becomes the main damage state at the smaller 30° crossing angles. Compared to the stiff clayey soil, the fault movement resulting 3% tensile strain limit reach up to 40% in soft clayey soil. Also, it was seen that the effect of the pipeline internal pressure reaches up to about 40% compared to non-pressurized condition for some cases.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제6권4호
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• pp.291-302
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• 2004

발파압력이 발파공 주위 암반에 발생시키는 암반손상을 연속체 손상역학과 사용자 부프로그램을 이용한 수치해석을 통하여 분석하였다. 암반의 이방성 특성을 적용한 이방성 발파압력을 산출하였으며, 이를 이용하여 이방성 암반손상을 분석하였다. 또한 등방성 암반손상에 대해서도 분석하였다. 자연 암반이 가지고 있는 초기손상을 함께 고려하여 암반손상을 분석하였다. 등방성 암반손상의 매개변수 분석결과, 발파압력과 탄성계수가 암반손상에 가장 크게 영향을 미쳤다. 또한 이방성 암반손상의 매개변수 분석결과, 발파압력이 이방성 암반손상에 가장 크게 영향을 미쳤으나 탄생계수는 이방성 암반손상에 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 등방성과 이방성 암반손상을 등방성 암반손상과 비교한 결과, 이방성 암반의 수평방향 암반손상이 약 34% 증가 하였고 수직방향은 12% 감소하는 결과를 얻을 수 있었다. 등방성 암반에 대한 밀장전 조건과 디커플링장전 조건하에 발파로 인한 암반손상을 비교한 결과, 밀장전 조건의 암반손상이 디커플링장전 조건보다 약30배 정도 크게 나타났으며, 밀장전 조건의 발파압력은 디커플링장전 조건보다 10배 이상 큼을 알 수 있었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제14권4호
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• pp.307-314
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• 2018

Strength of loess that experienced cyclic freeze and thaw is of great significance for evaluating stability of slopes and foundations in loess regions. This paper takes the frequently encountered loess in the Northwestern China as the study object and carried out three kinds of laboratory tests including freeze-thaw test, direct shear test and SEM test to investigate the strength behaviors of loess after cyclic freeze and thaw, and the correlation with meso-level changes in soil structure. Results show that for loess specimens at four dry densities, the cohesion decreases with freeze-thaw cycles until a residual value is reached and thus an exponential equation is proposed. Besides, little change in the angle of internal friction was observed as freeze-thaw proceeds. This may depend on the varying of soil structure, based on which a clue can be found from the surface morphology and mesoscopic scanning of loess specimens. Clearly we observed significant changes in surface morphology of loess and it tends to aggravate at higher water contents or more cycles of freeze and thaw. Moreover, freeze-thaw cycling leads to obvious changes in the meso-structure of loess including lowering the particle aggregates and increasing both the proportion of fine particles and porosity area ratio. A damage variable dependent on the ratio of porosity area is introduced based on the continuum damage mechanics and its correlation with cohesion is discussed.

• 지질공학
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• 제4권2호
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• pp.139-151
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• 1994

암반은 서로 다른 입자 및 미소크랙과 같은 미소구조의 개별요소로 구성되어 있다. 이러한 미소구조에 대한 연구는 대심도 지하공간개발과 관련된 지질공학 및 토목공학분야등에 있어서의 관심이 증대되고 있다. 따라서, 단순한 연속체역학에 의한 접근보다는 구성입자들에 대한 역학적성질 및 개별구조요소등이 고려되어야 할 것이다. 그러나, 단순한 유크리드 공간에서 아들 구조를 표현하기는 매우 어렵다. 그래서 Mandelbrot에 의해 자연에 있어서 규칙성이 거의 없는 물체를 정량적으로 표현하기위한 Fractal이론이 개발되었다. 본 연구에는, 크랙의 진전과 응력의 관계를 평가하기위해 미소구조의 기하학적 성질이 Fractal차원에 의해 계산되었다. 암반의 역학적 성질을 평가함에 있어 그 구조의 복잡성을 Fractal이론에 의해 단순화 및 수치화시켜 균질화이론에 적용시키므로서 그 평가를 보다 용이하고 효과적으로 할 수 있다.