• 방사성폐기물학회지
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• 제20권4호
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• pp.429-453
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• 2022

Numerical modeling and scenario composition are needed to characterize the geological environment of the disposal site and analyze the long-term evolution of natural barriers. In this study, processes and features of the hydro-mechanical behavior of natural barriers were categorized and represented using the interrelation matrix proposed by SKB and Posiva. A hydro-mechanical coupled model was evaluated for analyzing stress field changes and fracture zone re-activation. The processes corresponding to long-term evolution and the hydro-mechanical mechanisms that may accompany critical processes were identified. Consequently, practical numerical methods could be considered for these geological engineering issues. A case study using a numerical method for the stability analysis of an underground disposal system was performed. Critical stress distribution regime problems were analyzed numerically by considering the strata's movement. Another case focused on the equivalent continuum domain composition under the upscaling process in fractured rocks. Numerical methods and case studies were reviewed, confirming that an appropriate and optimized modeling technique is essential for studying the stress state and geological history of the Korean Peninsula. Considering the environments of potential disposal sites in Korea, selecting the optimal application method that effectively simulates fractured rocks should be prioritized.

• 방사성폐기물학회지
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• 제21권1호
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• pp.23-41
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• 2023

Coupled thermo-hydraulic-mechanical (THM) processes are essential for the long-term performance of deep geological disposal of high-level radioactive waste. In this study, a numerical sensitivity analysis was performed to analyze the effect of rock properties on THM responses after the execution of the heater test at the Kamaishi mine in Japan. The TOUGH-FLAC simulator was applied for the numerical simulation assuming a continuum model for coupled THM analysis. The rock properties included in the sensitivity study were the Young's modulus, permeability, thermal conductivity, and thermal expansion coefficients of crystalline rock, rock salt, and clay. The responses, i.e., temperature, water content, displacement, and stress, were measured at monitoring points in the buffer and near-field rock mass during the simulations. The thermal conductivity had an overarching impact on THM responses. The influence of Young's modulus was evident in the mechanical behavior, whereas that of permeability was noticed through the change in the temperature and water content. The difference in the THM responses of the three rock type models implies the importance of the appropriate characterization of rock mass properties with regard to the performance assessment of the deep geological disposal of high-level radioactive waste.

• 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.

• 소성∙가공
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• 제33권1호
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• pp.18-35
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• 2024

In the present work, the evolution rules for the internal variables including continuum damage factors are obtained using the thermodynamic framework, which are in turn facilitated to derive the elastic-plastic constitutive relation for the particulate composites. Using the Mori-Tanaka scheme, the homogenization on state and internal variables such as back-stress and damage factors is carried out to procure the rate independent plasticity relations. Moreover, the degradation of mechanical properties of constituents is depicted by the distinctive damages such that the phase and interfacial damages are treated individually accordingly, whereas the kinematic hardening is depicted by combining the Armstrong-Frederick and Phillips' back-stress evolutions. On the other hand, the present constitutive relation for each phase is expressed in terms of the respective damage-free effective quantities, then, followed by transformation into the damage affected overall nominal relations using the aforementioned homogenization concentration factors. An emphasis is placed on the qualitative analyses for strain localization by observing the perturbation growth instead of the conventional bifurcation analyses. It turns out that the proposed constitutive model offers a wide range of strain localization behavior depending on the evolution of various internal variable descriptions.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권3호
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• pp.846-854
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• 2024

FEMAXI-ATF is being developed for fuel performance modeling of SiC cladded UO2 fuel with focuses on modeling pellet-cladding mechanical interactions (PCMI). The code considers probability distributions of mechanical strengths of monolithic SiC (mSiC) and SiC fiber reinforced SiC matrix composite (SiC/SiC), while it models pseudo-ductility of SiC/SiC and propagation of cladding failures across the wall thickness direction in deterministic manner without explicitly modeling cracks based on finite element method in one-dimensional geometry. Some hypothetical BWR power ramp conditions were used to test sensitivities of different model parameters on the analyzed PCMI behavior. The results showed that propagation of the cladding failure could be modeled by appropriately reducing modulus of elasticities of the failed wall element, so that the mechanical load of the failed element could be re-distributed to other intact elements. The probability threshold for determination of the wall element failure did not have large influence on the predicted power at failure when the threshold was varied between 25 % and 75 %. The current study is still limited with respect to mechanistic modeling of SiC failure as it only models the propagation of the cladding wall element failure across the homogeneous continuum wall without considering generations and propagations of cracks.

• Advances in nano research
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• 제17권4호
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• pp.335-350
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• 2024

This paper investigates the mechanical behavior of a new type of functionally graded graphene-reinforced nanocomposite (FG-GRNC) doubly-curved laminated shells, referred to as cosine FG-GRNC. The study employs a refined higher-order shear deformation shell theory combined with a modified continuum nonlocal strain gradient theory. The effective Young's modulus of the GRNC shell in the thickness direction is determined using the modified Halpin-Tsai model, while Poisson's ratio and mass density are calculated using the rule of mixtures. The analysis includes two graphene-reinforced distribution patterns-FG-A CNRCs and FG-B CNRCs-along with uniform UD CNRCs. An enhanced Galerkin method is used to solve the governing equilibrium equations for the GRNC nanoshell, yielding closed-form solutions for bending deflection and critical buckling loads. The nanoshell is supported by an orthotropic elastic foundation characterized by three parameters. A detailed parametric analysis is performed to evaluate how factors such as the length scale parameter, nonlocal parameter, distribution pattern, GPL weight fraction, shell thickness, and shell geometry influence deflections and critical buckling loads.

• 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.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제12권5호
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• pp.39-53
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• 2007

일반적으로 균열암반 매질은 수리전도도 혹은 그 난수장이나(연속체 모형), 투수성 균열의 공간적 통계적 분포(불연속균열망 모형)를 이용하여 표현할 수 있다. 본 연구에서는 잘 알려진 균열암반매질의 개념 모형의 실질적 적용성을 검토하기 위하여 충청남도 금산군 남이면 남이자연휴양림 내 한국지질자원연구원 시험부지 내에서 다양한 현장 수리 시험을 적용하고, 그 결과를 비교검토하였다. 본 지역에서 투수성 구간의 수리전도도 값은 $7.67{\times}10^{-10}{\sim}3.16{\times}10^{-6}$ m/sec이며, 산술평균은 $7.70{\times}10^{-7}$ m/sec, 기하평균은 $2.16{\times}10^{-7}$ m/sec이다. 단공 패커 시험의 경우 총 8개의 공에서 총 110개 구간에 대한 시험을 수행하였다. 이 시험 구간 중 불투수성 구간은 총 9개, $1.0{\times}10^{-8}$ m/sec 이하의 수리전도도를 가지는 저투수성 구간은 총 14개로 전반적으로는 투수성이 양호한 것으로 확인되었다. 단공 패커시험을 통해 나타난 수리전도도의 수직적 분포는 단공 유향 유속 시험 결과와 비교적 잘 부합하는 양상으로 나타나고 있다. 하지만, 공간 수리시험의 결과는 전반적으로 투수성이 양호하다는 단공 시험 결과와는 다소 다른 양상을 보인다. 공간시험의 결과는 투수성보다는 연결성을 포함한 균열암반 매질의 투수성/불투수성의 이진법적 특성에 의해 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서 균열암반 매질에서의 지하수 유동에 대한 개념 모형의 현실적이고 합리적인 설정을 위해서는 투수성/불투수성의 이진법적 특성에 대해 어떻게 규명할 것인가에 대한 조사방법과 해석방법에 대한 지속적인 연구가 요구된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.9-16
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• 2018

비선형 유한요소해석 결과를 이용하여 철근콘크리트 부재를 설계를 하고자 할 경우 위험단면에서의 휨모멘트를 산정하여야 한다. 본 논문에서는 연속체 요소를 사용한 철근콘크리트 유한요소해석 결과를 이용한 휨 모멘트 계산식을 제시하고 유한요소의 변위 함수의 차수에 따른 최적의 요소 크기를 제안하였다. 해석으로부터 산출된 응력을 적분하여 구한 휨 모멘트와 정역학적 평형 조건을 이용하여 계산한 휨 모멘트를 비교하였다. 응력을 적분하는 방법에서는 철근에 의한 응력과 콘크리트의 응력을 모두 고려하였다. 또한 유한요소해석으로 산출된 응력의 정확도에 영향을 주는 여러 요인들을 분석하고 적용요소의 변위 함수와 요소 크기를 다르게 설정하여 그 영향을 확인하였다. 해석의 목적이 부재의 거동을 대략적으로 살펴보는 목적이라면 1차 변위 함수를 사용하고 요소 크기가 해석 모델의 단면 높이의 25%정도라도 적절하다고 판단된다. 정확도가 높은 부재의 내력을 도출해야 할 경우에는 2차 변위 함수를 사용하고 요소 크기를 12.5%로 할 것을 제안한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5A호
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• pp.861-872
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• 2006

본 연구에서는 이차원 연속체에 존재하는 점성균열을 무요소법에서 국부 단위분할 원리에 근거하여 정식화하였다. 균열이 한 절점의 영향영역(domain of influence)을 완전히 통과하는 경우 그 절점의 형상함수는 계단함수로 확장되고, 균열 끝이 영향영역 내에 위치하는 경우 특이성이 제거된 가지함수(branch function)로 확장된다. 이러한 해의 영역의 확장은 국부 단위분할 원리를 만족하는 변위계에서만 이루어지므로, 약형 정식화는 표준 Galerkin방법에 의해서 얻어진다. 균열과 상호작용하는 영향영역만 확장되기 때문에, 성긴 형태의 시스템의 행렬을 유지하게 된다. 그러므로 확장에 의해 발생하는 계산비용의 증가는 최소화된다. 동적인 문제에서 균열성장에 관한 조건은 재료안정론으로부터 얻어졌다. 즉, 재료 한 점에서 어느 방향으로든 변형열화가 집중하게 되면, 그 방향에 점성균열을 삽입하여 연속체가 비연속체로 되도록 하였다. 균열의 성장속도도 같은 조건으로부터 자연스럽게 얻어졌다. 전통적인 무요소법보다 더 나은 정확도와 빠른 수렴성을 보이는 것이 확인되었으며, 이 기법의 적용성을 보이기 위해 잘 알려진, 정적 및 동적문제에 적용하였다.