• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권3호
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• pp.219-232
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• 2024

In current study, for the first time, Nonlinear Bending of a skew microplate made of a laminated composite strengthened with graphene nanosheets is investigated. A mixture of mechanical and thermal stresses is applied to the plate, and the reaction is analyzed using the First Shear Deformation Theory (FSDT). Since different percentages of graphene sheets are included in the multilayer structure of the composite, the characteristics of the composite are functionally graded throughout its thickness. Halpin-Tsai models are used to characterize mechanical qualities, whereas Schapery models are used to characterize thermal properties. The microplate's non-linear strain is first calculated by calculating the plate shear deformation and using the Green-Lagrange tensor and von Karman assumptions. Then the elements of the Couple and Cauchy stress tensors using the Modified Coupled Stress Theory (MCST) are derived. Next, using the Hamilton Principle, the microplate's governing equations and associated boundary conditions are calculated. The nonlinear differential equations are linearized by utilizing auxiliary variables in the nonlinear solution by applying the Frechet approach. The linearized equations are rectified via an iterative loop to precisely solve the problem. For this, the Differential Quadrature Method (DQM) is utilized, and the outcomes are shown for the basic support boundary condition. To ascertain the maximum values of microplate deflection for a range of circumstances-such as skew angles, volume fractions, configurations, temperatures, and length scales-a parametric analysis is carried out. To shed light on how the microplate behaves in these various circumstances, the resulting results are analyzed.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제91권2호
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• pp.211-225
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• 2024

Soft bending actuators have gained significant interest in robotic applications due to their compliance and lightweight nature. Their compliance allows for safer and more natural interactions with humans or other objects, reducing the risk of injury or damage. However, the nonlinear behaviour of soft actuators presents challenges in accurately predicting their bending motion and force exertion. In this research, a new comprehensive study has been conducted by employing a developed 3D finite element model (FEM) to investigate the effect of geometrical and material parameters on the bending behaviour of a soft pneumatic actuator reinforced with Kevlar fibres. A series of experiments are designed to validate the FE model, and the FE model investigates the improvement of actuator performance. The material used for fabricating the actuator is RTV-2 silicone rubber. In this study, the Cauchy stress was expanded for hyperelastic models and the best model to express the stress-strain behaviour based on ASTM D412 Type C tensile test for this material has been obtained. The results show that the greatest bending angle was achieved for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 1.5 mm and second layer thickness of 1 mm. In comparison, the maximum response force was obtained for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 6 mm and a second layer thickness of 2 mm. Additionally, this research opens up new possibilities for development of safer and more efficient robotic systems that can interact seamlessly with humans and their environment.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.429-440
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• 2006

이 연구의 목적은 두 가지로 대별할 수 있다. 첫째는, 베리오그램 모델링에 기초를 둔 정규크리깅 보간법의 p-적응적 유한요소법으로의 적용성이다. 둘째는, 수정된 초수렴 팻취복구 기법을 사용한 사후오차평가기와 연계된 계층적 p-체눈 세분화의 적응적 유한요소 과정을 제시하는 것이다. 가중치를 부여한 보간기법중의 하나인 정규크리깅 방법은 가우스 적분점에서의 응력데이타로 부터 소위 준정해를 얻는데 적용된다. 가중치를 동일하게 가정하는 종래의 보간기법과는 달리 실험적 및 이론적 베리오그램을 작성한 후 보간을 위한 가중치를 결정하게 된다. 한편, 적응적 p-체눈 세분화는 해석영역의 각 체눈에서 p-차수를 만족할만한 정확도를 얻을 수 있도록 프로그램내에서 자동으로 사후오차평가를 통해 불균등 또는 선택적으로 증가시킨다. 수정된 초수렴 팻취복구기법을 검증하기 위해 극한치를 사용한 새로운 오차평가기가 제안된다. 제안된 알고리즘의 정당성은 선형탄성파괴역학의 대표적 문제들인 중앙균열판, 일변균열 및 양변균열 해석을 통해 테스트되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.185-196
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• 2006

파괴인성은 균열의 개시와 전파에 대한 재료 고유의 상수로서 파괴역학에서 가장 중요한 재료상수 중의 하나이다. 콘크리트의 모드 I 파괴인성 측정에 대하여 RILEM 기술 위원회 89-FMT는 2-파라메타 모델에 근거한 3점 휨 시험법을 제시하였다. 그러나 혼합모드에 대한 시험법은 아직까지 표준으로 제안된 방법이 없는 실정이며, 또한 RILEM에서 제안한 3점 휨 시험법은 실험법이 복잡하다. 따라서 본 연구에서는 굵은골재의 최대치수가 각각 20mm, 40mm이고, 동일한 설계기준강도를 가지는 콘크리트로써 다양한 크기의 브라질리언 디스크를 제작하였다. 그리고 브라질리언 디스크의 모드 I 파괴인성을 RILEM 3점 휨 시험결과와 비교하였다. 비교 결과, 굵은골재의 최대치수에 따른 브라질리언 디스크의 적정 크기(두께, 직경) 및 노치 길이 비를 제시하였다. 또한 모드 I 시험으로부터 결정된 치수의 브라질리언 디스크로 혼합모드 시험을 수행한 결과 디스크 시편은 혼합모드 파괴의 연구 및 시험에 유용함을 알 수 있었다. 모드 I 및 혼합모드 시험에서 브라질리언 디스크의 응력확대계수는 유한요소해석(FEA)으로 구하였으며 FEA의 결과를 검증하기 위하여 5개항 근사법(Five terms approximation)에 의한 결과와 비교하였다.

• 터널과지하공간
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• 제18권6호
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• pp.491-502
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• 2008

터널 주위에 다른 구조물이 인접하여 건설될 때 터널의 구조적인 안정성을 확보하기 위해서는 주변 지반의 일정범위를 원상태로 보전하여야 하며, 이와 같은 범위를 터널의 안전영역이라고 한다. 터널 교차지역에서 새로운 터널이 건설될 때 기존터널의 안정성을 확보하기 위한 주요 요인은 터널간 이격거리, 새로운 터널의 규모 및 굴착방법, 터널 주변지반의 조건, 기존터널의 라이닝 구조와 건전도 등이며, 새로운 터널이 기존터널의 상부에 근접하여 교차하는 경우 기존터널은 새로운 터널 방향으로 기존터널 상부에서 변형이 발생하고, 기존터널 주변지반의 아칭효과 손상, 그리고 새로운 터널에서의 활하중의 영향 등을 받게 된다. 반면에 새로운 터널이 기존터널 하부에서 굴착되는 경우 기존터널은 침하의 영향을 받게 된다. 본 연구는 새로운 터널이 기존터널의 하부에서 굴착될 때 수치해석을 통하여 안전영역을 평가하였으며, 모형실험을 통하여 지반의 거동특성을 파악하였다. 모형실험과 수치해석에 의하여 토압의 변화, 지반변위 및 내공변위를 상호 비교하였으며, 유사한 경향을 보이고 있다.

• Steel and Composite Structures
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• 제1권4호
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• pp.459-480
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• 2001

The damage suffered by steel structures during the Northridge (1994) and Kobe (1995) earthquakes indicates that the fully restrained (FR) connections in steel frames did not behave as expected. Consequently, researchers began studying other possibilities, including making the connections more flexible, to reduce the risk of damage from seismic loading. Recent experimental and analytical investigations pointed out that the seismic response of steel frames with partially restrained (PR) connections might be superior to that of similar frames with FR connections since the energy dissipation at PR connections could be significant. This beneficial effect has not yet been fully quantified analytically. Thus, the dissipation of energy at PR connections needs to be considered in analytical evaluations, in addition to the dissipation of energy due to viscous damping and at plastic hinges (if they form). An algorithm is developed and verified by the authors to estimate the nonlinear time-domain dynamic response of steel frames with PR connections. The verified algorithm is then used to quantify the major sources of energy dissipation and their effect on the overall structural response in terms of the maximum base shear and the maximum top displacement. The results indicate that the dissipation of energy at PR connections is comparable to that dissipated by viscous damping and at plastic hinges. In general, the maximum total base shear significantly increases with an increase in the connection stiffness. On the other hand, the maximum top lateral displacement $U_{max}$ does not always increase as the connection stiffness decreases. Energy dissipation is considerably influenced by the stiffness of a connection, defined in terms of the T ratio, i.e., the ratio of the moment the connection would have to carry according to beam line theory (Disque 1964) and the fixed end moment of the girder. A connection with a T ratio of at least 0.9 is considered to be fully restrained. The energy dissipation behavior may be quite different for a frame with FR connections with a T ratio of 1.0 compared to when the T ratio is 0.9. Thus, for nonlinear seismic analysis, a T ratio of at least 0.9 should not be considered to be an FR connection. The study quantitatively confirms the general observations made in experimental results for frames with PR connections. Proper consideration of the PR connection stiffness and other dynamic properties are essential to predict dynamic behavior, no matter how difficult the analysis procedure becomes. Any simplified approach may need to be calibrated using this type of detailed analytical study.

• 터널과지하공간
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• 제28권6호
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• pp.635-650
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• 2018

최근 국내에 발생된 지진으로 인해 더 이상 한반도가 지진으로부터 안전지대가 아니라는 것이 많은 사람들에게 각인되었다. 경주와 포항에서 발생된 지진은 그 동안 국내에서 내진설계에 기준으로 고려한 지진의 특성과 상이하게 나타났고, 그에 따른 내진설계 방법에 대한 연구 또한 많은 연구자들에 의해 수행되어 지고 있다. 이러한 지진하중에 대한 고려는 주로 기존 상부 구조물에 초점이 맞춰져 있으며, 그에 따른 연구 또한 활발히 이루어지고 있는 실정이다. 하지만, 지반의 구조적 안정성을 확보하기 위해 시공된 네일, 록볼트, 그라운드 앵커 등과 같은 지중구조물에 대한 지진하중으로부터의 구조적 안정성에 대한 고려는 많이 이루어지지 않고 있는 실정이다. 본 연구에서는 풍화암에 정착된 그라운드 앵커에 대해 정하중이 작용할 때와 지진하중이 앵커에 미치는 영향을 분석하였다. 정하중에 의한 영향은 현장 인장시험 결과로, 지진하중 영향은 수치해석을 통해 파악하였다. 그 결과, 앵커에 긴장력 도입으로 인한 반력판의 침하가 발생하는 것으로 나타났으며, 그로 인한 앵커의 축력 감소가 발생하였다. 또한 지진하중에 의해 앵커 정착부의 변위가 증가하였으며, 정착부 길이가 길수록 장주기 지진에 의한 영향이 큰 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.179-193
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• 1994

모든 설계는 정보가 불완전하고 또 불확실성 하에서 이루어지고 있어 재난을 초래할 수도 있다. 구조물 설계시에도 현행 결정론적인 설계방법은 구조물의 안전정도나 신뢰도를 나타내지 못하고 있다. 설계시 모든 사항들은 신뢰도 해석에 근거해 결정하는 것이 바람직하다. 토질에 있어서는 다른 구조재의 성질보다 불확실성이 더 크기 때문에 더 큰 문제를 내포하고 있어 신뢰도 해석에 의거한 설계방법의 연구가 절실한 형편이다. 주동토압에 관계되는 구조물의 신뢰도 해석이나 설계의 과정을 단순화할 수 있도록 확률변수의 수를 줄여 토질의 기본정수로부터 계산되는 토압을 하나의 확률변수로 간주하고 토압의 변동계수 및 분포형태를 구할 필요가 있다. 모의실험을 사용하여 사질토의 Rankine 주동토압들을 계산, 통계처리하고 중선형회귀법을 통해 기본 토질정수와 토압의 변동계수의 관계를 구할 수 있는 회귀식들을 제시하였고 각 기본 토질정수들이 토압의 변동계수에 미치는 영향을 분석하였으며 Pearson system을 이용하여 토압의 분포를 분석한 결과, 기본 토질정수들이 정규분포일 때 토압은 베타분포로 간주해도 무난할 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제16권2호
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• pp.179-188
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• 2006

발파작업시 발생하는 진동 소음은 주변에 존재하는 보안물건에 손상을 입힐 수 있다. 또한, 사람 및 가축에게 정신적으로 피해를 줄 수 있다. 그래서 피해가 예상되는 보안물건의 특성을 고려하여 허용 진동 소음 기준을 설정하여 관리하고 있다. 특히, 어패류는 수중에서 생활하기 때문에 지표면에서 사육되는 동물보다 더욱 진동에 대하여 민감하게 작용하는 것으로 알려져 있다. 본 논문의 현장에서는 발파지점으로부터 약 840m정도 떨어진 지점에 대규모 장어 양식장(이하 양만장)이 존재하고 있다. 그래서, 현장 발파작업시 진동 소음으로 인한 피해가 우려된다. 본 논문에서는 발파 작업을 수행하기 전 설계단계에서 실규모 시험발파를 수행하여 양만장의 발파진동 소음을 측정하였다. 그 결과 발파소음은 설정한 허용기준 이내로 나타났다. 그러나 발파진동이 허용기준을 초과하였다. 따라서, 발파진동에 대해서는 기존의 경험적 방법을 통해 영향검토를 수행하였다. 그리고 새로운 3차원 수치해석방법을 통해검증하였다. 이 검토과정을 간략히 서술하였다. 그리고 양만장과 같이 발파진동 소음에 민감한 보안물건 주변 발파설계시의 발파진동 영향검토 방법을 제안하였다. 또한 발파진동 소음제어 설계방법을 소개하고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제24권4호
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• pp.255-274
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• 2014

본 연구는 강원도 강릉시 소재의 ${\bigcirc}{\bigcirc}$ 석회석 광산에서 2012년 8월 23일 오후 7시경 붕괴된 대규모 암반사면을 대상으로 한다. 붕괴 이전에 사면의 높이는 약 200 m이고 평균경사는 $45^{\circ}$로 형성되어 있다. 사면 붕괴 후 추정된 붕괴량은 $1,500,000m^3$ 정도이다. 사면 붕괴의 원인을 분석하기 위하여 시추, 물리탐사, 지표지질조사, 선구조분석, 공내영상촬영, 입체사진영상촬영, 실내시험 및 현장시험, 년도별 채광현황 및 강우량 분석등의 현장 및 지반조사를 실시하였다. 사면의 안정성을 파악하기 위하여 SMR, 평사투영법, 한계평형법, 연속체 및 불연속체 해석을 수행하였다. 이 결과들로부터 사면붕괴의 원인은 지형, 강우, 암종 및 암질, 불연속면, 석회암 공동이나 단층의 지질구조적 특성 등 여러 요인들이 복합적으로 작용하여 사면활동이 발생한 것으로 추정되지만, 석회암 공동을 고려하지 않을 경우 사면 붕괴는 발생하지 않는 것으로 분석되었다. 석회암 공동을 고려한 연속체 해석에서 사면 안전율이 0.66으로 나타났다. 따라서 대규모 사면붕괴의 근본적인 원인은 단층대를 따라 발달하고 있는 석회암 공동의 영향에 기인하는 것으로 판단된다.