• Composites Research
• /
• 제37권3호
• /
• pp.155-161
• /
• 2024

질화붕소나노튜브와 탄소나노튜브는 가장 대표적인 1차원 나노구조체로, 기존의 금속 및 세라믹재료에 비해 매우 뛰어난 물성을 가지고 있음이 알려지면서 다기능성 경량복합재의 강화재로 가장 큰 주목을 받아왔다. 각각 저 차원 무기나노소재와 유기나노소재를 대표하는 이들 나노구조는 우열을 가리기 어려울 정도로 뛰어난 기계적강성과 강도 그리고 열전도 특성을 가지고 있다. 따라서 구조용 복합소재 및 방열 복합재 분야에서 이 두 나노튜브의 강화효과는 고분자기지와 혼합되면서 형성되는 재료 간 계면 물성이 어떠한가에 의해 크게 영향을 받게 된다. 본 논문에서는 질화붕소나노튜브와 탄소나노튜브가 복합재 내 기지와 형성하는 계면 물성에 대한 비교 연구 사례를 통해 두 나노튜브의 강화효과에 대해 고찰한다. 기계적특성을 좌우할 수 있는 계면에서의 하중전달 특성을 튜브의 인발거동과 분자모델링을 통한 상호작용 에너지를 통해 분석한 결과와 더불어, 나노튜브에 결함이 존재하는 경우 두 나노튜브가 보이게 되는 상반되는 계면특성변화에 대해 점탄성 거동을 예시로 하여 소개한다.

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

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제20권1호
• /
• pp.23-33
• /
• 2008

철근콘크리트 연속보에서 모멘트재분배는 철근콘크리트 부재 설계의 효율성과 경제성을 높일 수 있는 매우 유익한 현상이다. 그러나 모멘트재분배 현상에 의한 구조적 거동을 이해하기 위해서는 인장증강 효과, 모멘트재분배와 보 처짐 관계, 균열과 유효 강성 등이 고려된 모멘트재분배 현상에 대해 실험적인 검증이 요구된다. 따라서 이번 연구에서는 인장증강 효과가 모멘트재분배 현상에 미치는 영향을 실험을 통해 검증하기 위해 실제 사용되는 보의 크기를 고려하여 폭 250 mm, 높이 350 mm, 길이 7,000 mm로 하고, 인장증강 효과와 관련있는 철근과 콘크리트의 비부착 구간의 위치를 변수로 하여 총 6개의 철근콘크리트 연속보를 제작하였다. 실험 결과 철근 비부착 구간의 위치에 따라 시험체의 모멘트재분배율이 다르게 측정되었으며, 특히 부모멘트와 정모멘트 발생 지점에 모두 비부착 구간이 있는 경우에는 모멘트재분배 현상이 생기지 않는 것으로 관찰되었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제22권3호
• /
• pp.381-388
• /
• 2010

이 논문에서는 내진상세가 적용되지 않은 RC골조의 지진 거동 특성을 파악하였다. 해석 대상 건물은 내진 규준의 적용을 받지 않고 중력하중만을 고려하여 설계되었다. 원형철근이 주철근으로 사용되었으며, 부재는 낮은 수준의 전단력을 견딜 수 있는 최소한의 스터럽이 사용되어 코어 부분의 구속효과는 거의 없다. 평면비정형성을 가진 건물의 경우, 푸쉬오버 해석을 통해서는 비틀림으로 인한 평면상에서 연단부의 손상집중을 파악할 수 없으므로 비선형 동적해석을 사용하는 것이 바람직하다. 섬유요소를 이용한 비선형 동적해석은 양방향 지진하중과 비틀림 거동의 영향을 받는 RC골조의 거동을 성공적으로 예측할 수 있었다. 하지만, 보다 진보된 응답 예측을 위해서는 부착 미끄러짐과 같은 보-기둥 접합부의 국부거동을 정밀하게 나타내는 모델링 요소의 개발이 필요하다.

• 한국지구과학회지
• /
• 제35권1호
• /
• pp.29-40
• /
• 2014

콘크리트 도로 하부의 이상대를 찾기 위해 전기비저항 탐사를 수행하였다. 콘크리트의 접지저항효과를 줄이기 위해 전기전도성이 좋은 매질과 평판 전극을 이용하였다. 전기비저항 탐사 결과를 분석하고 같은 장소에서 수행한 지하투과레이더 탐사, 충격응답기법, 다중채널 표면파 탐사 결과와 비교하였다. 전기비저항 탐사 결과는 함몰과 포장 구간에서 높은 비저항 분포를 보였으며, 지하투과레이더 탐사 결과는 보강으로 인한 형태를 보였다. 또한 충격응답기법과 전기비저항 탐사 결과의 비교를 통하여 보강 구간에서의 높은 동적강성도가 높은 비저항 분포의 원인임을 확인하였다. 동일한 장소에서 수행한 전기비저항 탐사와 다중채널 표면파 탐사 결과를 공동 크리깅한 결과, 지구통계학적 복합 해석이 각 지구물리 탐사결과에 대한 개별적인 분석보다 더 명확하게 이상대를 확인 할 수 있었다. 이 연구는 지구물리 탐사에 기초한 의사결정 과정에서 지구통계학을 이용한 복합 해석 결과의 활용 가능성을 제시한다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제18권11호
• /
• pp.747-754
• /
• 2017

본 논문은 강관과 콘크리트가 함께 축력에 저항하는 합리적인 콘크리트 강관구조형식에 대해 무피복상태에서 내화성능을 높이는 연구이다. 콘크리트 강관구조는 내부 콘크리트로 인한 열저항 성능이 매우 우수하지만, 국내에서는 일정시간 동안 내화성능을 확보하도록 규정하고 있는 내화구조시스템으로 피복처리가 되지 않는 상태에서는 활발하게 적용되지 못하고 있다. 따라서 콘크리트충전 강관구조 기둥의 구조성능을 향상시키기 위하여 강관 내측면에 부착하는 리브요소를 개발하고 그것의 효과적인 형상을 개발하는 연구로서 콘크리트 강관기둥 내측면에 Corrugated Rib를 부착하여 구조적압축 및 좌굴 저항능력을 향상시키는 CFT 시스템을 개발하고자 한다. 이에 대한 연구 결과, 강관 내면 부착 리브의 적용으로 내화시 CFT 기둥의 내력상승에 의한 좌굴방지를 확인하였고, 내화성능기준 또한 만족하였다. 따라서 본 연구를 통해 개발된 강재리브(Corrugate rib)구조 보강재를 활용한 CFT의 공법은 내화피복 없이 구조 및 내화성능을 만족시키는 것으로 판단된다. 향후 rib의 다양한 형태를 변수로 하는 연구와 공장생산에서 공정을 효율화 시키고, 경제성 있는 시스템으로 활용할 수 있도록 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제16권3호
• /
• pp.1585-1593
• /
• 2015

3차원 구조 알루미늄 판재(엠보싱 판재)는 표면적이 증가되어 방열효과가 뛰어나고 가공경화에 의해 굽힘강성 증가효과가 있으므로 자동차 열차단 부품에 널리 사용된다. 그러나 엠보싱 판재는 평판의 판재와 비교하면 기계적 특성이 상이하고 또한 3차원 형상으로 인해 프레스 가공에 있어서 많은 제약이 따른다. 본 연구에서는 프레스 가공공정을 대신하여 최근 신제품의 디자인 검증과 시생산에 널리 채용되고 있는 점진성형공정을 대상으로 엠보싱된 판재의 성형특성을 평가하였다. 본 연구에서 채용한 공구형상을 이용한 사각 원뿔의 점진성형 결과, 엠보싱된 판재의 경우가 평판의 경우보다 더 큰 기울기를 갖는 사각 원뿔을 파단없이 성형할 수 있음을 보였다. 이는 점진성형공정에서 CNC 공구의 이동경로(tool path)하에서 공구가 엠보싱 판재의 산과 골을 눌러 복원시키면서 재료의 소성변형을 증가시키기 때문이다. 또한 공구의 이동경로가 내향 경로보다 외향 경로인 경우가 보다 큰 기울기의 제품을 성형할 수 있지만 스프링 백의 발생으로 제품의 표면품질은 열세에 있음을 보였다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제14권6호
• /
• pp.851-863
• /
• 2002

철근의 부식에 의해 발생하는 부식생성물은 부피팽창으로 인하여 주위의 콘크리트에 압력을 가한다. 이 팽창압은 철근 주의의 콘크리트에 인장응력이 생기게 하며 결국 콘크리트의 피복에 균열을 발생시킨다. 콘크리트 피복의 균열발생은 콘크리트 구조물의 사용수명을 감소시킬 뿐만 아니라 안전성에도 영향을 미친다. 본 연구의 목적은 콘크리트 피복에 균열을 일으키는 임계부식량을 조사하는 것이다. 이를 위하여 포괄적인 실험 및 이론적 연구를 수행하였다. 주요 실험변수로는 콘크리트의 강도와 피복두께이고 부식량의 증가에 따른 콘크리트 피복 표면의 인장변형률을 측정하였다. 철근 팽창에 의한 팽창압의 계산에 공극 및 균열 속으로 흡수되는 부식생성물을 고려하였다. 본 연구를 통하여 균열을 일으키는 임계부식량은 콘크리트 압축강도가 커짐에 따라 증가한다는 사실을 확인하였다. 부식층 내의 팽창압과 변형 사이의 관계를 유도하였으며 부식생성물층의 강성을 결정하였다. 팽창압과 변형 사이의 관계를 설명하기 위하여 압력을 유발하지 않는 변형량의 개념을 도입하였다. 본 연구에서 제안된 이론은 실험결과와 잘 일치하며 콘크리트 구조물의 내구성 설계에 기초가 될 수 있을 것이다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제16권2호
• /
• pp.249-260
• /
• 2004

철근콘크리트 교각의 소성힌지 구간에서의 축방향철근의 겹침이음은 내진성능면에서 바람직하지 않으나, 축방향철근의 겹침이음을 피하는 철근상세가 현실적으로 어려운 실정이며 현행 도로교설계기준에는 축방향철근 겹침이음 금지에 관한 특별한 설계기준이 없는 상태이다. 본 연구는 반복하중을 받는 철근콘크리트 원형교각의 축방향철근 연결상세에 따른 내진성능을 평가하기 위해 축방향철근 연결상세에 따른 7개 그룹 총 21개의 원형나선철근 기둥 시험체에 대한 준정적실험을 수행하였다. 실험결과 축방향철근이 겹침이음 되어있는 시험체의 경우, 단일 축방향철근으로 구성된 시험체보다 낮은 내진성능을 나타내었으며 특히, 모든 축방향철근이 겹침이음 되어있는 경우 내진성능이 상당히 저하되었다. 그러나, 축방향철근을 기계적 연결장치로 연결한 시험체의 경우 단일축방향철근 상세를 가지는 시험체와 유사한 내진성능을 나타내었다. 본 연구의 최종목적은 철근콘크리트 교각의 시공성 향상을 위한 축방향철근 연결상세의 제시 및 한정연성 내진설계를 위한 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단계별 축방향철근 연결상세에 따른 성능 및 손상평가를 위한 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이며, 극한변위, 극한드리프트비율, 변위연성도, 응답수정계수, 등가점성감쇠비, 잔류변형지수, 유효강성 등의 주요 내진성능평가 변수들에 대한 분석결과를 나타내었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제19권2호
• /
• pp.241-250
• /
• 2007

폭발하중을 받는 콘크리트 구조물을 섬유 복합재 등의 보강 재료를 사용하여 보강하는 경우에는 강성 증가와 함께 적절한 연성을 확보할 수 있어야 한다. 그러나, 폭발하중을 받는 구조물의 설계 및 해석에 일반적으로 사용되는 기존의 근사적이며 단순화 모델은 보강 재료에 대한 효과를 정확히 반영할 수 없을 뿐 아니라 해석 결과의 정확성 및 신뢰성에 문제가 제기되어왔다. 또한, 동적 하중에 대한 콘크리트와 철근의 응답은 정적 하중에 대한 응답과 상이하기 때문에 기존의 정적, 준정적하에서 정의된 재료물성값들을 폭발하중에 대한 응답 계산에 사용하는 것은 부적절하다. 따라서, 본 연구에서는 명시적(explicit) 해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 매우 빠른 재하속도를 갖는 폭발하중에 대하여 강도 증진 및 변형률 속도 효과가 반영된 재료 모델을 포함하고 있는 정밀 HFPB(high fidelity physics based) 유한요소해석 기법을 제시하였다. 제시된 해석적 기법을 통하여 탄소섬유 복합재와 유리섬유 복합재를 사용하여 보강된 콘크리트 벽체의 폭발하중에 대한 거동을 해석하였으며, 이를 보강하지 않은 벽체의 해석 결과와 비교함으로써 보강 성능 분석을 실시하였다. 해석 결과 보강에 따른 최대 처짐이 약 $26{\sim}28%$ 감소하는 보강 성능을 확인하였으며, 제안된 해석 기법이 보강 재료와 보강 기법의 유효성을 평가하는데 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.