• Structural Engineering and Mechanics
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• 제73권5호
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• pp.487-500
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• 2020

Stiffeners can be utilised to enhance the strength of thin-walled wind turbine towers in engineering practise, thus, structural performance of wind turbine towers by means of different stiffening schemes should be compared to explore the optimal structural enhancement method. In this paper two alternative stiffening methods, employing horizontal or vertical stiffeners, for steel tubular wind turbine towers have been studied. In particular, two groups of three wind turbine towers of 50m, 150m and 250m in height, stiffened by horizontal rings and vertical strips respectively, were analysed by using FEM software of ABAQUS. For each height level tower, the mass of the stiffening rings is equal to that of vertical stiffeners each other. The maximum von Mises stresses and horizontal sways of these towers with vertical stiffeners is compared with the corresponding ring-stiffened towers. A linear buckling analysis is conducted to study the buckling modes and critical buckling loads of the three height levels of tower. The buckling modes and eigenvalues of the 50m, 150m and 250m vertically stiffened towers were also compared with those of the horizontally stiffened towers. The numbers and central angles of the vertical stiffeners are considered as design variables to study the effect of vertical stiffeners on the structural performance of wind turbine towers. Following an extensive parametric study, these strengthening techniques were compared with each other and it is obtained that the use of vertical stiffeners is a more efficient approach to enhance the stability and strength of intermediate and high towers than the use of horizontal rings.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권2호
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• pp.197-215
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• 2021

Under a severe environment of multiple hazards such as earthquakes and winds, the life-cycle performance of engineering structures may inevitably be deteriorated due to the fatigue effect caused by long-term exposure to wind loads, which would further increase the structural vulnerability to earthquakes. This paper presents a framework for evaluating the lifetime structural seismic performance under the effect of wind-induced fatigue considering different sources of uncertainties. The seismic behavior of a high-rise steel-concrete composite frame with buckling-restrained braces (FBRB) during its service life is systematically investigated using the proposed approach. Recorded field data for the wind hazard of Fuzhou, Fujian Province of China from Jan. 1, 1980 to Mar. 31, 2019 is collected, based on which the distribution of wind velocity is constructed by the Gumbel model after comparisons. The OpenSees platform is employed to establish the numerical model of the FBRB and conduct subsequent numerical computations. Allowed for the uncertainties caused by the wind generation and structural modeling, the final annual fatigue damage takes the average of 50 groups of simulations. The lifetime structural performance assessments, including static pushover analyses, nonlinear dynamic time history analyses and fragility analyses, are conducted on the time-dependent finite element (FE) models which are modified in lines with the material deterioration models. The results indicate that the structural performance tends to degrade over time under the effect of fatigue, while the influencing degree of fatigue varies with the duration time of fatigue process and seismic intensity. The impact of wind-induced fatigue on structural responses and fragilities are explicitly quantified and discussed in details.

• Advances in concrete construction
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• 제13권1호
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• pp.45-69
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• 2022

This paper investigates the shear behavior of reinforced concrete haunched beams (RCHBs) without stirrups. The research objective is to study the effectiveness of the ideal steel fiber (SF) ratio, which is used to resist shear strength, besides the influence of main steel reinforcement, compressive strength, and inclination angles of the haunched beam. The modeling and analysis were carried out by Finite Element Method (FE) based on a software package, called Atena-GiD 3D. The program of this study comprises two-part. One of them consists of nine results of experimental SF RCHBs which are used to identify the accuracy of FE models. The other part comprises 81 FE models, which are divided into three groups. Each group differed from another group by the area of main steel reinforcement (A_s) which are 226, 339, and 509 mm². The other parameters which are considered in each group in the same quantities to study the effectiveness of them, were steel fiber volumetric ratios (0.0, 0.5, and 1.0)%, compressive strength (20.0, 40.0, 60.0) MPa, and the inclination angle of haunched beam (0.0°, 10.0°, and 15.0°). Moreover, the parametric analysis was carried out on SF RCHBs to clarify the effectiveness of each parameter on the mechanical behavior of SF RCHBs. The results show that the correlation coefficient (R²) between shear load capacities of FE proposed models and shear load capacities of experimental SF RCHBs is 0.9793, while the effective inclination angle of the haunched beam is 10° which contributes to resisting shear strength, besides the ideal ratio of steel fibers is 1% when the compressive strength of SF RCHBs is more than 20 MPa.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권2호
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• pp.139-151
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• 2022

The mechanical properties of expansive soil are very unstable, highly sensitive to water, and thus easy to cause major engineering accidents. In this paper, the expansive soil foundation pit project of the East Huada Square in the eastern suburb of Chengdu was studied, the moisture content of the expansive soil was considered as an important factor that affecting the mechanics properties of expansive soil and the stability of the non-equal-length double-row piles in the foundation pit support. Three groups of direct shear tests were carried out and the quantitative relationships between the moisture content and shear strength τ, cohesion c, internal friction angle φ were obtained. The effect of cohesion and internal friction angle on the maximum displacement and the maximum bending moment of piles were analyzed by the finite element software MIDAS/GTS (Geotechnical and Tunnel Analysis System). Results show that the higher the moisture content, the smaller the matrix suction, and the smaller the shear strength; the cohesion and the internal friction angle are exponentially related to the moisture content, and both are negatively correlated. The maximum displacement and the maximum bending moment of the non-equal length double-row piles decrease with the increase of the cohesion and the internal friction angle. When the cohesion is greater than 33 kPa or the internal friction angle is greater than 25.5°, the maximum displacement and maximum bending moment of the piles are relatively small, however, once crossing the points (the corresponding moisture content value is 24.4%), the maximum displacement and the maximum bending moment will increase significantly. Therefore, in order to ensure the stability and safety of the foundation pit support structure of the East Huada Square, the moisture content of the expansive soil should not exceed 24.4%.

• 대한치과교정학회지
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• 제31권2호통권85호
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• pp.209-223
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• 2001

치조골 결손을 갖는 환자의 상악전치부 압하(intrusion)시 필수적인 pure intrusion을 위해 three-piece base arch appliance와 후방견인력의 적용이 필요하게 된다. Three-piece base arch appliance를 적용한 상악전치부 압하시의 상악 6전치, 치근막 및 치조골의 3차원 유한요소모델을 제작하였다. Three-piece base arch appliance를 이용한 상악 전치부압하시 치아 수에 따른 저항중심의 위치, 치조골 흡수에 따른 pure intrusion을 위한 후방견인력 변화 양상, 그리고 이때의 치조골 높이에 따른 저항중심의 수직적, 수평적 위치 변화의 상관관계에 대해 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 치축 경사도와 치조골 높이가 정상이고, 압하시 three-piece base arch appliance를 이용한 경우 압하 하중점이 전후방적으로 저항중심을 통과하기 위한 조건은 다음과 같다. 1) 2 전치군(중절치군)을 대상으로 한 경우에는 중절치 브라켓 원심면에서 후방 6mm 지점으로, 측절치 브라켓 전방 1/3부위에 위치 하였다. 2) 4 전치군(중절치와 측절치군)을 대상으로 한 경우에는 측절치 브라켓 원심면에서 후방 5mm지점으로, 측절치와 견치 브라켓 사이 공간의 후방 2/3부위에 위치하였다. 3) 6 전치군(중절치, 측절치와 견치군)을 대상으로 한 경우에는 견치 브라켓 원심면에서 후방 7mm 지점으로, 제 1소구치 브라켓 중앙부위에 위치하였다. 4) 치아 수 증가에 따른 저항중심의 후방이동을 관찰할 수 있었고, 4 전치군 보다 6 전치군에서 후방 이동량이 크게 나타났다. 2. 치조골 높이가 정상일 때, pure intrusion을 위한 후방견인력을 적용할 경우 수직 압하점은 저항중심과 같거나 약간 전방에 위치했다. 3. 동일한 압하력과 압하점 적용시 치조골 상실 증가에 따른 압하시 pure intrusion을 위한 후방견인력 변화는 다음과 같다. 1) 2 전치군과 4 전치군의 후방 견인력은 6 전치군의 후방 견인력에 비해 낮게 나타났다. 2) 치조골이 상실됨에 따라 각 치아군 후방견인력은 증가됨을 보였다. 4. 상악 전치부 치아군과 치조골 높이에 따른 저항중심의 수평적, 수직적 위치간 상관관계는 다음과 같다. 1) 2 전치군일 때, 치조골 상실에 따른 저항중심의 수직적 위치변화에 대한 수평적 위치 변화가 가장 크게 나타났다. 치아 수가 증가할수록 치조골 상실에 따른 저항중심의 수직적 위치 변화에 대한 수평적 위치변화는 작아지는 경향을 보였다. 2) 치조골 상실량이 커짐에 따라서는, 치아 수에 관계 저항중심의 수직적 위치변화에 대해 수평적 위치변화가 커졌다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권3호
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• pp.171-182
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• 2004

본 연구에서는 의료 영상과 유한요소 해석을 이용하여 골절된 척추체의 치료를 위해 골 시멘트를 주입하는 추체 성형술(vertebroplasty)에 영향을 미치는 여러 인자들에 대해 생체 역학적으로 분석하여 평가하고자 하였다. 의료 영상을 통해 구현된 모델들은 분석하고자 하는 인자에 대하여 크게 단분절과 다분절 유한요소 모델의 2 가지 형태로 구분하였다. 단분절 유한요소 모델을 통해 골다공증의 정도, 주입된 골 시멘트의 양, 골 시멘트의 주입량 및 환자에게 주입된 골 시멘트 양의 적절성을 평가하였으며, 골 시멘트의 주입이 척추체의 구조적 안정성에 미치는 효과를 분석하기 위하여 척추체 상종판에 수직 압축하중을 가하여 이때의 최대 수진 변위량을 분석하였다. 또한 단분절 척추체의 강성도(stiffness) 값을 산출한 뒤, 정상 상태의 척추체의 강성도 값으로 정규화 하였다. 다분절 유한요소 모델의 경우, 압박 골절 상태를 적용하여 척추 만곡의 변화가 인체에 미치는 영향을 분석하기 위하여 골절의 정도를 3 가지로 구현하였으며, 모델의 최상부에 압축 하중을 가한 후의 척추 만곡의 변화 정도를 분석하였다. 추체 성형술에 대한 다양한 인자들에 대한 분석 결과, 추체 성형술을 통해 환자의 골밀도가 상대적으로 높은 경우(BMD 50mg/$m\ell$이상)와 환자의 척추체 망상골 부피의 약 15%에 해당하는 골 시멘트 주입 시 가장 큰 척추체의 구조적 안정성의 증가 효과를 가져올 것으로 예측되었다. 또한 척추 골절이 미치는 영향에 대한 분석 결과, -2.8$^{\circ}$의 정상적인 후만곡을 가지는 T12∼L2 운동 분절이 골절의 모델링 후 약 9∼17$^{\circ}$의 큰 전만곡을 가지게 되었으며 이러한 척추 만곡의 변화는 동일한 하중 하에서 급격한 척추 만곡의 변화를 야기하는 것으로 나타났다. 또한 골절의 정도가 심할수록 척추 변형은 더욱 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과들로부터, 전반적으로 추체 성형술은 골 시멘트의 주입량 또는 골밀도에 상관없이 약화된 척추체의 자체의 구조적 안정성의 증가 효과를 가져왔으며 골절로 인해 추체의 높이가 손상되었을 경우 이를 회복하는 것이 중요한 인자의 하나임을 나타내는 결과로 사료되어진다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.63-72
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• 2020

본 연구의 목적은 원자로 1400(APR 1400) 원자력 발전소(NPP)의 원자로 격납건물(RCB) 내진성능에 대해 상이한 수치모델과 지진 주파수 성분의 영향을 평가하는 것이다. 집중 질량 막대 모델(lumped-mass stick model, LMSM)과 3차원 유한요소모델(three-dimensional finite element model, 3D FEM)의 두 가지 수치 모델이 시간이력해석을 수행하기 위해 개발되었다. LMSM은 기존의 집중 질량 보-요소를 사용하여 SAP2000으로 구성하였으며, 3D FEM은 각기둥 입체-요소를 사용하여 ANSYS로 작성되었다. 저주파수 및 고주파수 성분을 고려한 두 그룹의 지진파를 시간이력해석에 적용하였다. 저주파수 지진파의 응답스펙트럼을 NRC 1.60의 설계 스펙트럼과 일치되도록 조정하여 작성하였으며, 고주파수 지진파는 10Hz ~ 100Hz의 고주파수 범위를 갖도록 생성하였다. RCB의 지진응답은 다양한 높이에서 층응답스펙트럼으로 검토하였다. 수치해석 결과, 저주파수 지진에 의한 구조물의 FRS 결과는 두 수치 모델에서 매우 유사한 결과를 보였다. 하지만, 고주파수 지진에 의한 LMSM의 FRS 결과는 고차 고유 주파수 영역에서 3D FEM과 큰 차이를 보였으며, RCB의 낮은 높이에서 명확한 차이를 보였다. 3D FEM이 정확한 구조물의 응답을 나타내는 것으로 가정한다면, RCB의 LMSM은 고주파수 지진에 의한 FRS 결과의 고차 고유 주파수 영역에서 일정 수준의 불일치성을 내포하고 있다.

• 대한치과보철학회지
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• 제46권4호
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• pp.381-395
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• 2008

서론: 임플랜트와 자연치가 혼재하는 증례에 있어서 보철물의 연결여부와 그 결과에 대해 논쟁이 많이 있어왔다. 본 연구에서는 임플랜트와 자연치를 이중관으로 연결했을 경우에 치조골 내에서 임플랜트 주변 조직의 하중에 대한 응력의 양상을 분석하여 자연 치와 임플랜트를 연결하는 보철물의 방식으로 이중관의 사용가능성을 비교 분석하고자 하였다. 연구재료 및 방법: 실험군으로서는 한 개의 자연치아와 한 개의 임플랜트를 이중관으로 연결한 모델을 사용하고, 대조군으로 두 개의 임플랜트를 이중관으로 연결한 모델을 사용하여 응력분포의 차이를 비교분석하였다. 임플랜트와 자연치 각각 통상적인 금합금을 사용하여 내,외관을 모델링한 후 각각의 외관을 연결한 구조를 형성한다. 내관과 외관은 $6^{\circ}$의 경사도 (taper)로 형성하고 내외관 사이의 공간을 인정하여, 하중을 가했을 경우 내외관 사이에 합금의 마찰력과 변위를 계산하여, 그 결과가 골내 임플랜트의 응력 분포에 영향을 줄 수 있도록 실험모델을 형성하였다. 하중은 일반적인 저작력의 크기로 임플랜트 부위와 자연치 부위에 각각 부여하여 응력의 차이를 비교하였으며, 최종적으로 대조군과의 차이를 비교하고자 하였다. 하중 조건은 임플랜트와 자연치아 사이, 임플랜트 후방, 전방부 자연치아의 사이에 하중을 가하였으며, Load case 1, 2, 3로 분류하였다. 실험을 위해서 ANSYS Version 8.1을 사용하여 3차원 유한 요소 분석을 시행하였다. 연구성적: 지대주에 가해지는 응력 - 최대 응력은 실험군이 대조군에 비해 각각 2.4 (Load Case1), 1.02 (Load Case2), 0.46 (Load Case3)배 높게 나타났으며,Load Case3의 경우 대조군의 최대응력이 더욱 높게 나타났는데, 이것은 전치부 치아의 경우 하중을 효과적으로 분산하기 때문인 것으로 보인다. 악골내에 가해지는 응력 - 악골내에서 최대 응력은 실험군이 대조군에 비해 각각 1.69 (Load Case1), 1.26 (Load Case2), 1.93 (Load Case3) 배 크게 나타났다 결론: 임플랜트와 자연치아가 혼재된 경우, 이중관으로 상부 보철물을 연결한 경우, 임플랜트만으로 구성된 대조군에 비해, 임플랜트 및 임플랜트 식립 부위의 악골에 가해지는 최대 응력은 1.02 에서 2.4배 가량 높게 나타났다. 자연치아의 움직임이 임플랜트의 경부 및 악골 내에 응력을 집중시킨 것으로 보이며, 자연치아가 있는 악골부위에서는 응력이 거의 발생하지 않았다. 본 실험의 경우 자연치아와 임플랜트에서 모든 하중을 받는 것으로 계산하였고, 실제 가철성 의치에서 나타나는 점막의 영향을 배제하였기 때문에, 실제 임상에서는 후방 임플랜트에 미치는 최대 응력의 크기는 2.4배 이하일 것으로 추정할 수 있다. 앞으로, 실제 임상에 적용하였을 경우, 임플랜트에 미치는 영향 및 자연치아에 미치는 결과에 대한 연구가 필요할 것이다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권6호
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• pp.53-60
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• 2008

일반적으로 연속경간을 가지는 강합성 I-형강 교량에 있어서 내부 지점 부근에서 상대적으로 큰 부모멘트가 발생하므로, 이에 경제적인 단면 활용을 위하여 변단면을 적용하여 휨강도를 증가시킨다. 본 연구에서는 기존 횡-비틀림 좌굴식에 관한 연구를 토대로 하여 비탄성 구간에 있는 계단식 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도를 유한요소해석프로그램 ABAQUS(2007)를 이용하여 산정하고, 간편한 설계식을 제안하고 있다. 양단 및 일단 계단식 단면변화를 가지는 보에 대해서 고려하였으며, 플랜지 길이방향 비, 너비방향 비, 두께의 비로 계단식 I형보를 나타내었다. 해석에 사용된 단면매개변수는 각각 27가지 및 36가지 조합이며, 비탄성 횡-비틀림 거동을 고려하기위하여 잔류응력 및 초기결함을 고려한 비선형해석을 실시하였는데, Pi와 Trahair(1995)가 고려한 잔류응력의 형상과 국내 I형강 표준 치수 허용치에 근거하여 부재 길이의 0.1%를 초기제작오차로 고려하였다. 해석모델의 양쪽 끝단에는 모멘트하중을 재하하였다. 개발 제한된 식은 선형 모멘트 하중이 작용할 때 적용가능한 식으로 경제적이고 합리적인 설계에 적극 활용될 수 있을 것이며, 다양한 하중을 받는 계단식 단면 변화보의 비탄성 좌굴강도 연구에 활용될 수 있을 것이다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제32권spc8호
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• pp.2941-2948
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• 2011

A nanogap formed by a metal nanoparticle and a flat metal substrate is one kind of "hot site" for surface-enhanced Raman scattering (SERS). The characteristics of a typical nanogap formed by a planar Au and either an Au and Ag nanoparticle have been well studied using 4-aminobenzenethiol (4-ABT) as a probe. 4-ABT is, however, an unusual molecule in the sense that its SERS spectral feature is dependent not only on the kinds of SERS substrates but also on the measurement conditions; thus further characterization is required using other adsorbate molecules such as 1,4-phenylenediisocyanide (1,4-PDI). In fact, no Raman signal was observable when 1,4-PDI was selfassembled on a flat Au substrate, but a distinct spectrum was obtained when 60 nm-sized Au or Ag nanoparticles were adsorbed on the pendent -NC groups of 1,4-PDI. This is definitely due to the electromagnetic coupling between the localized surface plasmon of Au or Ag nanoparticle with the surface plasmon polariton of the planar Au substrate, allowing an intense electric field to be induced in the gap between them. A higher Raman signal was observed when Ag nanoparticles were attached to 1,4-PDI, irrespective of the excitation wavelength, and especially the highest Raman signal was measured at the 632.8 nm excitation (with the enhancement factor on the order of ${\sim}10^3$), followed by the excitation at 568 and 514.5 nm, in agreement with the finite-difference timedomain calculation. From a separate potential-dependent SERS study, the voltage applied to the planar Au appeared to be transmitted without loss to the Au or Ag nanoparticles, and from the study of the effect of volatile organics, the voltage transmission from Au or Ag nanoparticles to the planar Au also appeared as equally probable to that from the planar Au to the Au or Ag nanoparticles in a nanogap electrode. The response of the Au-Ag nanogap to the external stimuli was, however, not the same as that of the Au-Au nanogap.