• Interaction and multiscale mechanics
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• 제5권3호
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• pp.229-265
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• 2012

Hygroexpansion of wood is a known and undesired characteristic in civil engineering. When wood is exposed to changing environmental humidity, it adsorbs or desorbs moisture and warps. The resulting distortions or - at restrained conditions - cracks are a major concern in timber engineering. We herein present a multiscale model for prediction of the macroscopic hygroexpansion behavior of individual pieces of softwood from their microstructure, demonstrated for spruce. By applying poromicromechanics, we establish a link between the swelling pressure, driving the hygroexpansion of wood at the nanoscale, and the resulting macroscopic dimensional changes. The model comprises six homogenization steps, which are performed by means of continuum micromechanics, the unit cell method and laminate theory, all formulated in a poromechanical framework. Model predictions for elastic properties of wood as functions of the moisture content closely approach corresponding experimental data. As for the hygroexpansion behavior, the swelling pressure has to be back-calculated from macroscopic hygroexpansion data. The good reproduction of the anisotropy of wood hygroexpansion, based on only a single scalar calibration parameter, underlines the suitability of the model. The multiscale model constitutes a valuable tool for studying the effect of microstructural features on the macroscopic behavior and for assessing the hygroexpansion behavior at smaller length scales, which are inaccessible to experiments. The model predictions deliver input parameters for the analysis of timber at the structural scale, therewith enabling to optimize the use of timber and to prevent moisture-induced damage or failure.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권4호
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• pp.519-529
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• 2022

Sandwich structures with the superior mechanical properties such as high stiffness and strength-to-weight ratio, good thermal insulation, and high energy absorption capacity are used today in aerospace, automotive, marine, and civil engineering industries. These structures are composed of moderately stiff, thin face sheets that withstand the majority of transverse and in-plane loads, separated by a thick, lightweight core that resists shear forces. In this research, the finite element technique is used to simulate a sandwich panel with a truss core under axial compressive stress using ABAQUS software. A review of past experimental studies shows that the bondline between the core and face sheets plays a vital role in the critical failure load. Therefore, this modeling analyzes the damage initiation modes and debonding between face sheet and core by cohesive surface contact with traction-separation model. According to the results obtained from the modeling, it can be observed that the adhesive stiffness has a significant influence on the critical failure load of the specimens. To achieve the full strength of the structure as a continuum, a lower limit is obtained for the adhesive stiffness. By providing this limit stiffness between the core and the panel face sheets, sudden failure of the structure can be prevented.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.1-7
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• 2017

일반적으로 구조물에 폭발, 충돌, 지진과 바람 등과 같이 짧은 시간에 큰 하중이 작용하게 되면 구조물은 국부적으로 재료의 대변형(large deformation), 대회전(large rotation), 대변형률(large strain)등이 발생하게 된다. 이와 같은 현상을 해석하려면 전산연속체 역학에 기초하여 유체-구조물 상호작용 등을 고려할 수 있는 하이드로코드(Hydrocode)의 도움이 필요하다. 또한, 폭발로 인해 발생되는 순간 동역학적인 폭발 메커니즘은 매우 복잡하기 때문에 폭발실험을 병행하여 거동을 예측하는 것이 합리적인 방법이지만 막대한 비용과 시설이 요구되므로 한계가 있는 것도 사실이다. 따라서 본 논문에서는 하이드로코드인 AUTODYN을 사용하여 폭발해석한 결과를 기수행된 철근콘크리트 슬래브의 폭발실험 결과와 비교하여 폭발해석 방법의 타당성을 검토하였고, 동일한 폭발해석 모형에 대하여 철근 배근간격, 피복두께의 변화 및 수직철근 유무에 따른 폭발 손상도를 비교검토하였다. 검토한 결과, 철근의 배근간격에 대한 철근콘크리트 슬래브 두께의 비가 커질수록, 지름이 큰 철근보다 지름이 작은 철근을 많이 사용할수록, 마지막으로 수직철근을 배근할수록 콘크리트 구조물의 내폭성능이 향상됨을 알 수 있었다.

• 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.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.37-44
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• 2019

결합 기반 페리다이나믹 모델은 간단한 재료 모델을 통해 취성 재료의 다양한 동적 파괴 특성을 확인할 수 있었지만, 다양한 재료 구성 모델을 표현하는데 많은 한계점이 나타났다. 특히, 절점 간 결합이 서로 독립적으로 작용하여 포아송 비가 고정되고 전단 변형이 표현되는 않는 문제점이 있다. 상태 기반 페리다이나믹 모델은 보다 일반화되고 엄밀한 재료 모델링이 가능하며, 모든 결합의 변형 정보를 통해 각 절점의 거동이 계산되기 때문에 결합 기반 모델에서 표현하지 못한 전단 변형까지도 표현 가능하다. 본 연구에서는 상태 기반 페리다이나믹 모델을 통해 재료 모델을 구성하고, 소성 흐름 법칙으로부터 재료의 완전 소성 거동을 표현할 수 있도록 간단한 재료 모델을 구성한다. 평판 수치 예제를 통해 구성된 완전 소성 재료 모델을 검증하고 응력 변형 곡선을 확인한다. 또한 비국부 접촉 모델링을 통해 서로 다른 두 물체가 충돌하는 현상을 모사하여, 화강암반 모델의 고속 충돌 파괴 해석을 수행하고 결과분석 및 실험현상과 비교한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권10호
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• pp.1057-1068
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• 2014

2개의 상으로 구성된 입자 강화 복합재에 대한 균질화와 내부 상태 변수에 대해 2차 미분항이 포함된 비구역적 이론을 적용하여 탄소성 구성 방정식을 제안하였다. 열역학과 소성 포텐셜을 통해 내부 상태 변수에 대한 전개식 또한 본 논문에 포함되었다. 연속체 결함 모델을 이용, 결함 인자에 따른 물성 저하 현상도 감안되었으며 이중 후방응력이 조합된 전개식 또한 제시하였다. 일부 예에 대한 수치해석 결과, 비구역적 변수의 영향이 증가할수록 전단밴드는 감소하나 반면 특정 후방응력 전개가 지배적일수록 소성변형 집중이 증가함이 관찰되었다. 더욱이 두 개의 강소성 상으로 이루어진 복합재의 경우 강성이 높은 게재물의 비중이 증가함에 따라 전단밴드 형성이 용이한 것으로 나타났다. 그 밖에 제어변수들의 변화에 따른 전단밴드 형성에 대한 분석 결과는 Rice 소성 불안정성 분석결과와 잘 일치함 또한 밝혀졌다.