• 대한토목학회논문집
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• 제26권3A호
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• pp.447-455
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• 2006

순수변위 비선형 4절점 쉘요소의 정식화를 제안하여 철근 콘크리트, 강재및 복합재료등 범용 목적의 구조물의 해석에 적합하도록 하였다. 기하강성의 정식은 2차 운동역학적 관계를 이용하여 쉘이 중립면에서 정의되었고 이러한 기하강성은 면내응력, 휨 모멘트와 수직 전단력의 형태로 구성되어 두꺼운 판 및 쉘의 해석에 효과적이다. 가정된 자연 변형률 방법을 사용하여 전단잠김 문제를 제거한 복합 쉘 요소는 얇은 판및 쉘의 경우에도 정확한 해를 구할 수 있다. 콘크리트 경우 소성이론 및 탄소성 파괴역학에 근거한 비탄성 해석이 가능하며 강재경우 폰미스의 항복이론과 이바노브의 항복이론을 이용한 소성해석이 가능하다. 복합 재료의 수직전단 강성 행렬은 평형방정식으로부터 유도하여 구성하였다. 본 연구에서 제안한 쉘 요소는 해석 예제들이 참고문헌과 잘 일치하여 정확성이 입증되었으며 범용목적의 박판구조 해석에 적합한 것으로 사료 되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권2호
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• pp.209-220
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• 2023

In this study, a series of three-dimensional numerical analyses were carried out to investigate the penetration performance of a dynamically installed Hall anchor. The advanced coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) technique was adopted to accurately simulate the large soil deformation during the vertical penetration of a Hall anchor. In total, 52 numerical analyses were conducted to investigate the relationship between anchor penetration depth and the initial kinematic energy. Moreover, a sensitivity analysis was performed to investigate the effects of soil shear strength and soil type on the penetration mechanism of a drop anchor under self-weight. There is a monotonic increase in the penetration depth with an increasing anchor weight when the topsoil of the riverbed is not subjected to erosion. On the other hand, all the computed depths significantly increase when soil erosion is taken into consideration. This is mainly due to an enhanced initial kinematic energy from an increased dropping depth. Both depths increase exponentially with the initial kinematic energy. An enhanced shear strength can potentially increase the side resistance and end-bearing pressure around a drop anchor, thus significantly reducing the downward penetration of a hall anchor. Design charts are developed to directly estimate penetration depth and associated plastic zone due to dynamically installed anchor at arbitrary soil shear strength and anchor kinematic energy.

• Geomechanics and Engineering
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• 제35권4호
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• pp.395-409
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• 2023

Long-span suspension bridges have tunnel anchor systems to maintain stable cables. More investigations are required to determine how closely tunnel excavation beneath the tunnel anchor impacts the stability of the tunnel anchor. In order to investigate the impact of the adjacent tunnel's excavation on the stability of the tunnel anchor, a large-span suspension bridge tunnel anchor is utilised as an example in a three-dimensional numerical simulation approach. In order to explore the deformation control mechanism, orthogonal tests are employed to pinpoint the major impacting elements. The construction of an advanced pipe shed, strengthening the primary support. Moreover, according to the findings the grouting reinforcement of the surrounding rock, have a significant control effect on the settlement of the tunnel vault and plug body. However, reducing the lag distance of the secondary lining does not have such big influence. The greatest way to control tunnel vault settling is to use the grout reinforcement, which increases the bearing capacity and strength of the surrounding rock. This greatly minimizes the size of the tunnel excavation disturbance area. Advanced pipe shed can not only increase the surrounding rock's bearing capacity at the pipe shed, but can also prevent the tunnel vault from connecting with the disturbance area at the bottom of the anchorage tunnel, reduce the range of shear failure area outside the anchorage tunnel, and have the best impact on the plug body's settlement control.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제88권2호
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• pp.159-168
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• 2023

Cost-effective high precision hybrid elements are presented in a hierarchical form for dynamic analysis of plates. The costs associated with controlling the vibrations of ferromagnetic plates can be minimized by adequate determination of the amount of electric current and magnetic field. In the present study, the effect of magnetic field and electric current on nonlinear vibrations of ferromagnetic plates is investigated. The general form of Lorentz forces and Maxwell's equations have been considered for the first time to present new relationships for electromagnetic interaction forces with ferromagnetic plates. In order to derive the governing nonlinear differential equations, the theory of third-order shear deformations of three-dimensional plates has been applied along with the von Kármán large deformation strain-displacement relations. Afterward, the nonlinear equations are discretized using the Galerkin method, and the effect of various parameters is investigated. According to the results, electric current and magnetic field have different effects on the equivalent stiffness of ferromagnetic plates. As the electric current increases and the magnetic field decreases, the equivalent stiffness of the plate decreases. This is a phenomenon reported here for the first time. Furthermore, the magnetic field has a more significant effect on the steady-state deflection of the plate compared to the electric current. Increasing the magnetic field and electric current by 10-times results in a reduction of about 350% and an increase of 3.8% in the maximum steady-state deflection, respectively. Furthermore, the nonlinear frequency decreases as time passes, and these changes become more intense as the magnetic field increases.

• Tribology and Lubricants
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• 제39권6호
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• pp.256-261
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• 2023

This study is conducted to evaluate the durability of superhydrophobic surfaces, with a focus on two aspects: contact angle measurement and self-cleaning-performance analysis. Superhydrophobic copper and aluminum surfaces are fabricated using the immersion method and subjected to a rolling wear test, in which a 2 kg weight is placed on a rolling tester, under loaded conditions. To evaluate their durability, the contact angles of the specimens are measured for each cycle. In addition, the surface deformation of the specimens before and after the test is analyzed through SEM imaging and EDS mapping. The degradation of the self-cleaning performance is evaluated before and after the wear test. The results show that superhydrophobic aluminum is approximately 4.5 times more durable than superhydrophobic copper; the copper and aluminum specimens could endure 21,000 and 4,300 cycles of wear, respectively. The results of the self-cleaning test demonstrate that superhydrophobic aluminum is superior to superhydrophobic copper. After the wear test, the self-cleaning rates of the copper and aluminum specimens decrease to 72.7% and 83.4%, respectively. The relatively minor decrease in the self-cleaning rate of the aluminum specimen, despite the large number of wear cycles, confirms that the superhydrophobic aluminum specimen is more durable than its copper counterpart. This study is expected to aid in evaluating the durability of superhydrophobic surfaces in the future owing to the advantage of performing wear tests on superhydrophobic surfaces without damaging the surface coating.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권1호
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• pp.51-69
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• 2024

Currently, composite lining mountain tunnels in China are generally classified based on the [BQ] method for the surrounding rock grade. Increasingly, tunnel field construction is replicated indoors for scale down model tests. However, the development of analogous materials for model tests of composite lining tunnels with different surrounding rock grades is still unclear. In this study, typical Class III and V surrounding rock analogous materials and corresponding composite lining support materials were developed. The whole processes of excavation-support dynamics of the mountain tunnels were simulated. Data on the variation of deformations, contact pressures and strains on the surrounding rock were obtained. Finally, a comparative analysis between model tests and numerical simulations was performed to verify the rationality of analogous material development. The following useful conclusions were obtained by analyzing the data from the tests. The main analogous materials of Class III surrounding rock are barite powder, high-strength gypsum and quartz sand with fly ash, quartz sand, anhydrous ethanol and rosin for Class V surrounding rock. Analogous materials for rockbolts, steel arches are replaced by aluminum bar and iron bar respectively with both shotcrete and secondary lining corresponding to gypsum and water. In addition, load release rate of Class V surrounding rock should be less than Class III surrounding rock. The fenestration level had large influence on the load sharing ratio of the secondary lining, with a difference of more than 30%, while the influence of the support time was smaller. The Sharing ratios of secondary lining in Class III surrounding rock do not exceed 12%, while those of Class V surrounding rock exceed 40%. The overall difference between the results of model tests and numerical simulations is small, which verifies the feasibility of similar material development in this study.

• 폴리머
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• 제25권6호
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• pp.855-865
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• 2001

MOLDFLOW사의 CAE S/W를 사용하여 A사의 TV speaker grille의 최적 성형 조건을 도출하였는데 캐비티 안으로 충전되는 수지의 양을 조절하는 방법 중 flow balance, runner balance, 그리고 이 두 가지를 절충한 세 가지 방법으로 유동과 보압 해석을 수행하였다. 또한 실제로 각각의 온도별 점도와 전단속도를 측정한 결과(local database)를 이용하여 해석하고, standard database에 의한 해석결과와 비교 검토하였다. Speaker grille에서 flow balance는 성형품의 weld line을 최소화함으로써 양호한 외관과 weld line의 기계적 물성 저하를 최소화시켰으나, 제품 중앙부의 과충전으로 인한 과도한 변형이나 gas가 발생하는 단점이 나타났다. Runner balance는 각 gate로부터 사출되는 수지의 양을 균등하게 조절함으로써 flow balance의 단점을 보완하였으나, weld line의 외관과 기계적 물성이 저하하는 단점이 나타났다. 그러나 flow balance와 runner balance를 절충한 형태의 runner의 직경을 변형함으로써 두 방법이 가지는 단점을 보완하였다. 또한 각각의 온도에 대한 점도와 전단속도를 실측한 local database와 기존의 standard database에 의한 해석 결과를 비교한 결과, 실측의 점도가 다소 높게 측정되고 온도 분포의 편차가 넓게 나타났음에도 불국하고 두 data의 해석 결과는 거의 차이가 없음이 확인되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.109-120
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• 2007

대형 대단면 터널의 시공시 지반 변형을 억제시키고 지반의 강성을 증가시키며 차수 및 지수를 확보하기 위해 다양한 사전 보강공법들이 굴착전 막장 천단부 전방에 적용되고 있으나 물성치 결정 및 시공단계 해석에 있어서 여러 오류를 안고 있다. 본 연구에서는 탄성파를 이용하여 사전보강영역의 시간 의존적 강도 및 강성 특성을 분석하는 기법을 제시하였다. 실내실험을 통해 획득한 탄성파속도와 전단강도는 경화시간에 따라 증가하며, 전단강도와 전단강도정수는 탄성파 속도와 일정한 관계를 갖는 것으로 분석된다. 재령에 따른 탄성계수와 점착력을 터널의 시공단계에 따른 시뮬레이션에 적용하여 경시효과가 터널 변위 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 해석결과 $1{\sim}2$일 강도 및 강성을 적용한 결과가 경시효과를 고려한 경우와 갱구부에서 유사한 거동을 하며, 특히 초기 시공부분 및 갱구부에서 터널의 안정성에 큰 영향을 미치는 것으로 분석된다. 본 연구에서 제안된 기법을 통해 향후 사전보강영역의 경시효과를 고려한 터널 거동해석을 위해 실내실험과 수치해석을 병용하여 신뢰성 있는 터널 해석 및 설계를 수행하는 것이 바람직 할 것이다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제9권4호
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• pp.253-262
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• 2006

경제규모의 증대와 더불어 해상물동량이 많아지고 운행하는 선박의 숫자가 증가함에 따라 해상에서의 해난 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 선박의 충돌 사고에 대한 연구는 주로 충돌 사고의 원인 분석에 중점을 두어 왔으나 보다 정확한 분석을 위해서는 역학적인 해석이 더 첨가되어야 한다. 본 연구는 FRP 재질의 어선간의 여러 충돌 상황에서의 시간에 따른 변형 거동에 대한 것이다. 선체에 대한 3차원 기하학적인 모델링을 수행 한 후, 유한요소 모델을 구성하고 역학적인 해석 기법인 유한 요소법을 이용하여 동적 해석을 수행하였다. 7.93톤급의 소형어선과 39톤급의 대형어선을사용하고 두 가지의 충돌각도($90^{\circ},\;135^{\circ}$)와 세 가지의 충돌속력(5, 10, 15 노트)의 조건을 조합하여 해석을 수행하였으며 각각의 경우에 대하여 응력분포와 변형상태를 살펴보았다. 전체적으로 $90^{\circ}$ 충돌 각도에서 $135^{\circ}$ 경우보다 응력이 컸으며, 두 선박이 모두 운항 중에 발생하는 충돌에서 더 큰 최대 응력이 발생하였다. $90^{\circ}$ 충돌각도의 경우 소형어선 간 충돌이나 소형 어선과 대형 어선간의 충돌에서도 충돌하는 전체의 선수부보다 충돌당하는 선체의 측면 부위에서 큰 응력이 발생하였다. $135^{\circ}$ 충돌각도로 정지된 소형 어선과 대형어선이 충돌하는 경우에는 대형 어선에서 치대 응력이 발생하였다. 150 ms의 해석시간인 경우 $90^{\circ}$ 충돌각도에서는 10knot, 15knot 모두 충돌하는 선체나 층돌 당하는 선체에서 파단이 발생하는 것으로 나타났다. 해석 결과는 추후에 부분 별 강도를 고려한 선체의 설계나 충돌사고재구성을 위한 기초 데이터로 사용될 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권1호
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• pp.13-26
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• 2023

최근 급속한 도시화, 인구 과밀화로 지하공간의 개발이 활발해지면서 지하공간의 공사에 따른 지반거동에 대한 관심이 높아지고 있다. 인구밀집도가 크고 건물도 많은 대도시에서의 지표침하는 구조물에 큰 영향을 주고 붕괴의 위험이 있을수 있기에 지하공사로 인한 지반거동에 대한 분석은 필수적으로 진행되어야 한다. 지금까지 터널 굴착 시 지표의 침하 양상과 터널의 변형에 관한 연구가 많이 이루어져 왔으나, 실제 지형 정보를 반영하여 분석을 진행한 경우는 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 FLAC 3D를 활용하여 실제지형과 평면지형에서의 지반거동의 차이를 분석하였다. 지형은 부산의 OO~OO 지하고속도로 구간의 OO역 인근의 지형으로 적용하였으며, 상행선과 하행선을 각각의 Case로 나누어 지형과 터널의 위치에 따라 3차원 수치해석을 수행하였다. 그 결과 지반침하는 산악지형과 같이 표고가 높을수록 크게 발생한다는 것을 확인할 수 있었으며, 터널의 천단침하는 지형 정보를 고려하여 수치해석을 진행하였을 때, 같은 지점에서 지형을 고려하지 않은 경우와 최대 약 10 mm의 차이를 보였으며, 내공변위의 경우 천단침하와 지반침하에 비해 민감도가 적은 것을 알 수 있었다. 수치해석을 통해 현장을 잘 모사하기 위해서는 지형을 고려하는 것뿐만 아니라 상부 구조물을 해석에 반영시켜야 하기 때문에 수치해석에 사용할 건물 데이터에 대한 연구가 진행되어야 할 것이다. 본 연구에서 제시된 GIS 기반 지형 정보를 고려한 수치해석은 터널 굴착공사로 인한 상부 구조물의 거동을 파악하기 위해 더 정확한 지반침하 데이터를 얻는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.