• Steel and Composite Structures
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• 제25권1호
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• pp.57-65
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• 2017

The fatigue fracture of studs is the main reason for failure of composite beams based on massive engineering practices. Hence, studying the laws of cracks initiation and propagation are of great directive significance. eXtended Finite Element Method (XFEM) is an effective method in solving moving discontinuous problems in recent years. This paper extends our recent work on the fatigue damage analysis of stud shear connectors in the steel and crumble rubber concrete (RRFC) composite beams based on XFEM. The process of crack initiation to failure of the stud is simulated and an effective calculation criteria for the fatigue life of the composite beams is put forward. After the reliability of the numerical analysis is verified based on tests results, the extensive parametric study is conducted concerning effects of different rubber contents, shear connection degrees and the stress amplitudes. Results show that with the increasing rubber contents and shear connection degrees, the fatigue lives of composite beams increase obviously. Furthermore, the relationship between the fatigue life of the stud at the edge of the shear span and the whole composite beams is studied. Finally, the S-N curves of the single stud and the whole composite beams are put forward based on XFEM.

• Advances in biomechanics and applications
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• 제1권1호
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• pp.1-14
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• 2014

In this paper, a simple and accurate finite element model coupled to quasi-brittle damage law able to describe the multiple cracks initiation and their progressive propagation is developed in order to predict the complete force-displacement curve and the fracture pattern of human proximal femur under quasi-static load. The motivation of this work was to propose a simple and practical FE model with a good compromise between complexity and accuracy of the simulation considering a limited number of model parameters that can predict proximal femur fracture more accurately and physically than the fracture criteria based models. Different damage laws for cortical and trabecular bone are proposed based on experimental results to describe the inelastic damage accumulation under the excessive load. When the damage parameter reaches its critical value inside an element of the mesh, its stiffness matrix is set to zero leading to the redistribution of the stress state in the vicinity of the fractured zone (crack initiation). Once a crack is initiated, the propagation direction is simulated by the propagation of the broken elements of the mesh. To illustrate the potential of the proposed approach, the left femur of a male (age 61) previously investigated by Keyak and Falkinstein, 2003 (Model B: male, age 61) was simulated till complete fracture under one-legged stance quasi-static load. The proposed finite element model leads to more realistic and precise results concerning the shape of the force-displacement curve (yielding and fracturing) and the profile of the fractured edge.

• 한국기계가공학회지
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• 제21권2호
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• pp.123-129
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• 2022

Quartz (SiO2) has high abrasion and heat resistances and excellent chemical and mechanical properties; therefore, it is used in various industries, such as machinery, chemistry, optics, and medicine. Quartz is a high-hardness and brittle material and is classified as the topmost difficult-to-cut material, which is because of the cracking or chipping at the edge during processing. Corner wear, such as cracks and chippings that occur during cutting, is a major cause for the deterioration in the machining quality. Therefore, many researchers are investigating various techniques to process quartz effectively. However, owing to the mechanical properties of quartz, most studies have been conducted on grinding, micromachining, and microdrilling. Few studies have been conducted on quartz processing. The purpose of this study was to analyze the machining characteristics according to the machining factors during the slot machining of quartz using a cubic boron nitride (CBN) tool and to select the optimal machining conditions using the Taguchi method. The machining experiment was performed considering three process variables: the spindle speed, feed rate, and depth of cut. The cutting force and surface roughness were analyzed according to the processing conditions.

• Composites Research
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• 제23권2호
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• pp.1-9
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• 2010

본 연구는 실린더 내부가 경사가능재료로 코팅된 두꺼운 벽을 가진 실린더의 겉보기 파괴인성치를 해석한 것이다. 실린더는 내부로부터 반경방향의 단일 모서리 균열이 내재되어 있으며, 균열면과 내면에는 내압을 받고 있는 것으로 가정하였다. 소결온도로부터 냉각 결과 균일한 열팽창계수로 인해 실린더에는 비적합 고유스트레인이 생성되었다. 기존의 연구에서 소개된 응력확대계수 평가법에 기초해 겉보기 파괴인성치를 계산하였다. 본 연구에서는 TiC/$Al_{2}O_{3}$ FGM 코팅된 실린더를 사용하였고 겉보기 파괴인성치의 수치적인 결과를 도식화하였다. 재료분포프로파일, 실린더 벽 두께, 적용온도와 코팅두께등이 겉보기 파괴인치에 미치는 영향이 상세히 조사되었으며, 이러한 모든 인자는 실린더의 겉보기 파괴인성치를 조절하는데 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.

• 한국도로학회논문집
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• 제11권2호
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• pp.141-149
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• 2009

본 연구는 줄눈콘크리트 포장의 줄눈부에서 종 방향으로 발생하는 균열인 T형 균열의 발생 원인을 수치해석을 통해 분석하기 위하여 수행되었다. 이를 위해 다웰바를 포함한 줄눈콘크리트 포장 슬래브의 유한요소해석 모델을 개발하였으며 이러한 모델에 환경하중을 재하하여 슬래브에 발생하는 응력 분포를 분석하였다. 슬래브의 컬링 시 다웰바의 영향을 분석하기 위하여 우선 다웰바가 없을 경우의 슬래브 컬링 거동을 분석하였다. 그리고 다웰바가 슬래브 컬링 시 T형 균열을 유발할 수 있는 횡방향 응력 분포에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 시공오차로 인해 다웰바의 설치 깊이가 슬래브 중간 깊이에 위치하지 않을 경우 슬래브에 발생하는 응력 집중 현상에 대해서도 분석을 수행하였다. 연구 결과, 다웰바가 슬래브 중간 깊이에 제대로 시공되어 있을 경우에는 슬래브에 발생하는 횡방향 응력에는 거의 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다. 하지만 다웰바가슬래브 중간 깊이보다 표면 쪽으로 치우쳐 위치하게 되면 슬래브의 컬링에 의해 슬래브표면에 횡방향응력이 집중되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 이러한 응력 집중은 슬래브와 다웰바의 접촉 성질에 따라 다르게 나타났으며 여러 다웰바들 중 높이가 다르게 장착된 다웰바의 위치가 슬래브의 안쪽에 존재할수록 이러한 다웰바 위치에서의 응력 집중현상이 매우 크게 나타났다. 따라서 줄눈콘크리트 포장에서 T형 균열 발생을 억제하기 위해서는 시공 시 다웰바가설계위치에 정확히 장착되도록 주의를 기울여야 할 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.184-196
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• 2019

본 연구에서는 화강암 시편에서 수압 파쇄법에 의해 생성된 미세균열의 3차원 형상을 X-ray CT 영상과 딥러닝을 이용하여 추출하였다. 실험으로 생성된 미세균열은 X-ray CT 영상 상에서 일반적인 영상처리방법으로는 추출하기 매우 어렵고 육안으로만 관찰이 가능한 형태를 지닌다. 하지만 본 연구에서 제안한 합성곱 신경망(Convolutional neural network) 기반 인코더-디코더(Encoder-Decoder) 구조의 딥러닝 모델을 통해 미세균열을 정량적으로 추출할 수 있었다. 특히 픽셀 단위의 미세균열 추출을 위해 인코딩 과정에서 소실되는 정보를 디코딩 과정으로 직접 전달하는 디코더 모델을 제안하였다. 또한, 딥러닝 기반 신경망 학습에 필요한 데이터의 수를 증가시키기 위해 이미지의 분할(Division), 회전(Rotation), 그리고 반전(Flipping) 등으로 데이터를 생성하는 영상 증대 방법을 적용하였으며 이때 최적의 조합을 확인하였다. 최적의 영상 학습 데이터 증대 방법을 적용하였을 때 검증 데이터뿐만 아니라 테스트 데이터에서의 성능 향상을 확인하였다. 학습 데이터의 원본 개수가 딥러닝 기반 신경망의 균열 추출 성능에 미치는 영향을 확인하고 딥러닝 기술을 사용하여 성공적으로 미세균열을 추출하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제24권4호
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• pp.354-361
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• 2004

SH파의 균열 산란장 해석을 위하여 먼저 균열개구변위(COD)를 미지수로 하는 경계적분방정식(BIE)을 수립하였다. 폭 2a의 고립된 2차원 균열(slit)에 임의의 각도로 입사하는 시간조화 평면파에 대하여 COD를 주파수 ka의 함수로 구하였으며, 다른 연구 결과와 잘 일치함을 확인하였다. 초음파 비파괴평가에서 중요한 변수로 취급되는 원거리 산란음장을 두 가지 방법으로 구하였다. 펄스-에코 모드에서 Kirchhoff 근사법과 BIE-COD에 기초한 엄밀해의 결과를 입사각도와 주파수의 함수로 계산하고 서로 비교하였다. SH파가 균열면에 수직으로 입사/반사한 경우 산란음장은 최대가 되고, 두 방법은 정확히 일치하였다. 수직입사에서 멀어질수록 산란진폭은 모두 급격히 감소하며, Kirchhoff 근사법은 엄밀해와 차이를 보였다. 시간 영역의 원거리 산란진폭 거동을 구하기 위하여 대역폭을 갖는 중심주파수 10MHz를 곱하고, 퓨리에 역변환으로 시간영역 신호를 계산하였다. 경사 입사시에 시간영역의 진폭은 좌우 균열 선단에 의해 분리되며, 두 신호 사이의 시간 간격은 균열의 크기와 관련된다 엄밀해와 비교할 때 Kirchhoff 근사법은 정확한 시간 간격을 제공하나, 동일한 크기의 균열 선단 신호를 제공하는 부정확함이 있다.

• 한국결정성장학회지
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• 제28권1호
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• pp.38-43
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• 2018

수처리에 사용되는 세라믹 분리막은 친환경적이고 낮은 에너지 소비 등의 장점으로 인해 많이 사용되고 있으나, 40 % 이상의 높은 기공률로 인해 수처리 모듈에 적용되는 과정에서 강도에 대한 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 도자기에 사용되는 유약을 이용하여 분리막 끝단의 강도를 향상시키고자 하였다. 분리막의 미세구조 변형을 최소화하기 위하여 낮은 소성온도에서 사용되는 저온용 유약 조성 4가지를 선정하였다. 저온용 유약을 이용하여 코팅 후 열팽창 계수 차이로 크랙 발생이 관찰되었다. 따라서 유약의 열팽창 계수를 cordierite와 petalite를 첨가하여 제어하였다. 코팅 후 세라믹 분리막의 압축강도는 $27N/m^2$에서 $117N/m^2$ 증가하였으며, 이는 깨지기 쉬운 세라믹 분리막의 단점을 충분히 보완할 수 있을 것으로 판단된다.

• 보존과학회지
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• 제35권6호
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• pp.621-630
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• 2019

목판 제작과정에서 갈라짐이나 뒤틀림을 줄이고 목재를 부드럽게 하여 조각을 쉽게 하기 위해서 소금물에 삶는다. 본 연구에서는 포화염수에 연화 처리한 목재의 물리적 특성 변화와 소금이 목판 제작시 사용된 금속부에 미치는 영향을 관찰하였다. 목판 시편을 제작 후 포화염수와 물에 각각 12시간 연화 처리한 결과 포화염수에 연화 처리한 시편은 물에 연화 처리한 시편보다 장기간의 건조기간이 소요되었으며 세포 내부에도 소금이 침투되는 것을 확인할 수 있었다. 동 못과 철 못을 시편에 박아 고습 환경에 노출 시킨 결과 포화염수에 삶은 시편이 물에 삶은 시편보다 소금의 흡습성으로 인해 중량이 증가하였으며 못의 부식 또한 활발히 일어나 목재에 손상을 주는 현상이 관찰되었다. 이는 최근에 금속구가 결구된 목판의 테두리와 마구리 부분에서 나타나는 손상과 유사한 형태로 목재 세포 내의 소금이 금속 부식에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제23권9호
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• pp.1269-1278
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• 2013

Crack remediation on the surface of cement mortar using microbiological calcium carbonate ($CaCO_3$) precipitation (MICP) has been investigated as a microbial sealing agent on construction materials. However, MICP research has never acknowledged the antifungal properties of calcite-forming bacteria (CFB). Since fungal colonization on concrete surfaces can trigger biodeterioration processes, fungi on concrete buildings have to be prevented. Therefore, to develop a microbial sealing agent that has antifungal properties to remediate cement cracks without deteriorative fungal colonization, we introduced an antifungal CFB isolated from oceanic islands (Dokdo islands, territory of South Korea, located at the edge of the East Sea in Korea.). The isolation of CFB was done using B4 or urea-$CaCl_2$ media. Furthermore, antifungal assays were done using the pairing culture and disk diffusion methods. Five isolated CFB showed $CaCO_3$ precipitation and antifungal activities against deteriorative fungal strains. Subsequently, five candidate bacteria were identified using 16S rDNA sequence analysis. Crack remediation, fungi growth inhibition, and water permeability reduction of antifungal CFB-treated cement surfaces were tested. All antifungal CFB showed crack remediation abilities, but only three strains (KNUC2100, 2103, and 2106) reduced the water permeability. Furthermore, these three strains showed fungi growth inhibition. This paper is the first application research of CFB that have antifungal activity, for an eco-friendly improvement of construction materials.