• 한국기계가공학회지
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• 제17권5호
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• pp.143-148
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• 2018

3D printing has been expanding beyond the bio/nano field to the automobile and aviation industries. 3D-printing technology has to overcome real problems to have economic value compared to its unlimited usability. Typically, the difference in mechanical strength along the lamination direction requires sufficient research to ensure reliability. In this paper, we study the anisotropic properties of ABS based on the stacking method of FDM 3D printing. Specifically, the mechanical properties of ABS material are determined through a tensile test and 3-point bending test, and the in-plane orthotropic properties are ascertained.

• Geomechanics and Engineering
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• 제21권1호
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• pp.63-71
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• 2020

Strength anisotropy is a typical feature of thin-bedded rock masses and their strength will be degraded subjected to water immersion effect. Such effect is crucial for the operation of hydropower plant because the impoundment lifts the water level of upstream reservoir and causes the rock mass of nearby slopes saturated. So far, researches regarding mechanical property of natural thin-bedded rock masses and their strength variation under water immersion based on field test method are rarely reported. This paper focuses on a thin-bedded stratified rock mass and carries out field test to investigate the mechanical property and strength variation characteristics. The field test is highlighted by samples which have a large shear dimension of 0.5 m*0.5 m, representing a more realistic in-situ situation than small size specimen. The test results confirm the anisotropic nature of the concerned rock mass, whose shear strength of host rocks is significantly larger than that of bedding planes. Further, the comparison of shear strength parameters of the thin-bedded rock mass under natural and saturated conditions show that for both host rocks and bedding planes, the decreasing extent of cohesion values are larger than friction values. The quantitative results are then adopted to analyze the influence of reservoir impoundment of a hydropower plant on the surrounding rock mass stability of diversion tunnels which are located in the nearby slope bank. It is evaluated that after reservoir impoundment, the strength degradation induced incremental deformations of surrounding rock mass of diversion tunnels are small and the stresses in lining structure are acceptable. It is therefore concluded that the influences of impoundment are small and the stability of diversion tunnels can be still achieved. The finings regarding field test method and its results, as well as the numerical evaluation conclusions are hoped to provide references for rock projects with similar concerns.

• 터널과지하공간
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• 제26권5호
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• pp.363-374
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• 2016

여러 가지 이유로 단일시험편에서 평면이방성 암석의 5개의 독립적 탄성상수를 결정해야 할 경우, Saint-Venant 근사식은 오랫동안 매우 유용하게 사용되어 왔다. 본 논문은 이 경험적 수식이 겉보기 탄성계수로 표현되는 수식으로 전환될 수 있음을 탄성이론에 근거한 수학적 전개를 통하여 밝히고 있다. 이렇게 전환된 수식은 이방성 각도에 단조증가하는 특성을 갖고 있으며, 이방성 암반의 초기응력측정에 유용하게 사용될 것이다. 문헌의 자료를 분석한 결과, $G^2$의 측정값은 각도와 관계없이 일정한 크기이며, Saint-Venant 근사식에 의하여 유도된 값보다 작은 것으로 분석되었다. 이러한 감분은 층상의 경계면에서 미끄러짐에 의하여 발생하는 것으로 판단되며, 미끄러짐에 의한 감소비율은 층상의 결합상태와 암석의 강도에 따라 유추될 수 있다. 이러한 분석들이 향후에 계속되어 자료가 누적된다면 감소비율을 규정할 수 있고, Saint-Venant 근사식의 수정을 통하여 단일시험편으로부터 탄성상수를 결정할 수 있을 것이다.

• 지질공학
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• 제33권4호
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• pp.573-586
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• 2023

절리성 암반은 절리 또는 연약면에 의해 역학적인 이방성이 발현될 수 있으며 절리성 암반의 강도 및 변형 특성에 대한 이해는 지질공학 현장에서 주된 관심사이다. 본 연구는 마찰재료로 채택된 석고를 이용하여 단일절리를 포함하는 시료를 성형하고 진삼축시험을 통하여 진삼축 조건의 강도 및 변형 특성을 고찰하였다. 동일한 조건에서 수행한 개별요소법 기반의 삼차원 수치해석은 진삼축시험을 통하여 검증되었으며 타당성이 확보되었다. 수치해석 결과는 절리의 방향성과 더불어 현장의 주응력 조건이 절리성 암반의 강도 및 변형 특성 연구에 있어서 필수적인 요소임을 지시한다. 수치해석을 통하여 절리의 경사각 변화에 따라 산정한 횡등방성 암반의 강도는 중간주응력이 강화함에 따라 유의미한 증가를 나타내며, 증가의 폭은 절리의 경사 조건에 큰 영향을 받는다. 또한, 절리의 경사방향과 두 수평 주응력 방향 간의 상대적인 관계는 횡등방성 암반의 강도특성을 좌우하는 요인이다. 두 개의 절리군을 포함하는 암반의 강도는 경사가 더욱 급한 절리군이 전체 암반의 강도를 좌우한다. 두 절리군 중 한 절리군의 연속성이 짧아 암교 효과를 발휘하면 연속성이 상대적으로 긴 절리군의 방향성이 전체 암반의 강도를 좌우할 수 있다. 절리성 암반에 대한 기존의 삼차원 파괴기준식은 적용성 측면에서 한계도 있지만, 수치해석이 이를 보완하는 데 유용하게 활용될 수 있다.

• Composites Research
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• 제15권6호
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• pp.38-43
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• 2002

쾌속조형(Rapid Prototyping)기술은 다양한 형태치 재료를 사용하여 초기모형을 제작할 수 있다. Stratasys사의 FDM은 플라스틱 재료로 조형물을 제작하는 대표적인 쾌속조형공정이다. 또한 FDM으로 제작된 부품들은 하중을 받는 구조용 재료로도 사용된다. FDM은 약 300$\mu$m 두께의 가는 필라멘트의 형태의 일정한 방향으로 재료를 적층하므로, FDM으로 제작된 부품들은 이방성 재료의 성질을 나타낸다. 본 연구에서는 FDM 부품의 인장강도를 예측하기 위한 해석방법을 제시하고자 한다. 복합재를 위한 Classical Lamination Theory를 사용하여 컴퓨터 코드를 작성하였다. FDM 제품의 파괴를 예측하기 위하여 계산펀드에 Tsai-Wu failure criterion 이론을 도입하였다. 해석방법에 의해 예상되는 인장강도와 실제 실험으로 얼은 수치를 비교하였다. 예상치가 측정치에 근사한 값을 보이므로 본 계산식의 타당성이 입증되었다. 덧붙여서 FDM의 강도계산과 설계규칙이 웹기반의 제안서비스(FDMAS)에서 제공된다.

• 대한금속재료학회지
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• 제48권2호
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• pp.109-115
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• 2010

In the present study, a Zr-based amorphous alloy matrix composite reinforced with tungsten porous foam was fabricated without pores or defects by liquid pressing process, and its microstructures and mechanical properties were investigated. About 69 vol.% of tungsten foam was homogeneously distributed inside the amorphous matrix, although the matrix of the composite contained a small amount of crystalline phases. The compressive test results indicate that the composite was not fractured at one time after reaching the maximum compressive strength, but showed considerable plastic strain as the compressive load was sustained by tungsten foam. The tungsten foam greatly improved the strength (2764 MPa) and ductility (39.4%) of the composite by homogeneously dispersing the stress applied to the matrix. This was because the tungsten foam and matrix were simultaneously deformed without showing anisotropic deformation due to the excellent bonding of tungsten/matrix interfaces. These findings suggest that the liquid pressing process is useful for the development of amorphous matrix composites with improved strength and ductility.

• Composites Research
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• 제34권1호
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• pp.51-56
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• 2021

석탄 핏치의 전구체인 콜타르를 바인더 및 함침재로 이용하여 벌크흑연을 제조할 수 있는 가능성을 검토하고자 하였다. 충전재로 천연흑연을 이용하였으며, 천연흑연과 콜타르를 혼합 및 성형한 후 탄화 열처리를 실시하였다. 탄화 열처리 후 함침-재탄화를 5회 실시하여 밀도, 기공율, 압축강도, 그리고 이방성비를 측정하였다. 탄화체의 최고 밀도는 1.76 g/㎤였고, 기공율은 최소 15.6%로써 공정 제어에 의해 조절이 가능하였다. 압축강도는 최고 20.3 MPa이 얻어졌다. 탄화체의 이방비는 최대 0.34로써 강한 이방성 탄화체를 얻을 수 있었다. 따라서 콜타르를 바인더 및 함침재로 이용하여 벌크 형태의 인조흑연 제조가 가능하다는 것을 확인하였다. 또한 탄화체의 이방성을 조절하여 전기적, 기계적 방향 특성을 조절한다면 적절한 재료 설계를 통하여 다양한 분야에 응용할 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.375-387
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• 2004

팻취 보강된 철근콘크리트 구조물 해석을 위한 p-version 비선형 유한요소 모델이 제시되었다. 이방성 적층평판이론에 기초를 둔 제안된 모델은 Total Lagrangian기법에 기초한 von Karman의 대변형-소변형률 이론과 증분소성이론(incremental theory of plasticity)을 적용하였다. 콘크리트의 경화법칙(hardening rule)과 그에 따른 파괴기준을 고려하고, 단부 계면 층분리 모델(plate-end interfacial debonding model) 즉, 보강판 끝 부분에서의 콘크리트 탈락에 대한 기준으로서 Oehlers Model과 Raoof and Zhang Model을 사용하였다. 콘크리트는 두께 방향으로 층상화기법(layered model)이 이용되며, 철근과 보강판은 환산층(smeared reinforcing layer)으로 계산되도록 하였다 적분형 르장드르 다항식이 형상함수로 사용되며, 절점에서의 응력값 산출을 위해 Gauss Lobatto 수치적분법을 사용하였다. 본 연구의 목적은 p-version 유한요소법을 사용하여 RC구조물에 대한 수피해의 정확도 및 모델의 단순성을 높인 수 있도록 하였다. 따라서, 철근과 콘크리트모델에 대한 이론적 근거는 기존의 연구문헌에 근거를 두었으며, 수치해석의 적정성은 팻취 보강된 RC보와 슬래브에 대한 문헌의 실험치 및 해석치와 비교 분석되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.5-14
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• 2010

본 연구에서는 지반의 응력상태와 동하중을 실제 지반 및 지진하중과 가장 가깝게 모사하기 위하여 여러 압밀 응력비(K) 조건으로 시료를 구속시킨 후 실지진 하중을 이용해 진동삼축시험을 수행하였다. 시험시 시료는 액상화가 발생 가능한 상대밀도 50%의 주문진 표준사를 사용하였다. 시험은 K를 0.5~1.0까지 변화 시키며 구속된 시료에 Ofunato 지진파와 Hachinohe 지진파를 사용하여 축하중을 변화 시키며 진동삼축시험을 수행하여 과잉간극수압비의 발현 정도에 따라 액상화 저항강도를 판단하였다. 연구 결과 K값이 클수록 과잉간극수압비의 발현이 크게 되었고, 다른 조건이 같을 때 등방구속된 시료에서 과잉간극수압비의 발현이 가장 잘되었다. 즉, 등방 구속된 시료가 이방 구속된 시료보다 동일 조건에서 액상화 저항강도가 더 크다는 사실에 반하는 것을 알 수 있었다. 시험 결과 값을 이용하여 K에 따른 최대과잉간극수압비를 유도할 수 있었고, 그것을 유효구속압과 축차 하중을 이용하여 선형으로 정규화 하였으며, 등방 구속된 시료의 액상화 저항강도로부터 이방 구속된 시료의 액상화 저항강도를 구할 수 있는 보정계수를 제안하였다.

• Composites Research
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• 제34권2호
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• pp.77-81
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• 2021

복합재료의 높은 비강도와 비강성으로 인해 복합재료는 다양한 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 탄소 섬유 강화 복합재는 많은 기계적인 구조물에 널리 사용된다. 또한 이방성 특성을 갖는 탄소 섬유 강화복합재는 금속 재료와 달리 섬유 방향에 따라 피로 거동을 이해하는 것은 구조 설계에 있어서 매우 중요하다. 따라서 본 논문에서는 비낌 축(off-axis) 시편에 따라 복합재료의 피로 수명에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 이를 위해 복합재료의 비낌 축 시편(0°, 10°, 30°, 45°, 60°, 90°)에 대해 인장 및 피로 시험을 수행하였다. 피로 시험 결과, 복합재의 피로 강도는 섬유 방향이 0도로부터 조금 벗어날수록 피로 강도가 크게 감소하였으며 많이 벗어날수록 적게 감소하였다. 이는 적층 각이 커질수록 섬유의 하중을 지지하는 역할이 감소했기 때문이다. 또한 복합재의 피로 선도에 비낌 축 각도를 평준화하는 피로 강도 비율을 도입하여 피로 수명의 경향을 분석하였다. 피로강도 비율(Ψ)-피로 수명 선도를 이용하여 적층 각도와 관계없이 피로 수명을 단일선으로 표현하였다. 피로 강도비율을 통해 평준화된 피로 선도를 이용하면 2개 이상의 비낌 축 각도를 가지는 복합재의 피로 선도만으로도 임의의 다른 비낌 축 각을 가진 동일한 복합재의 피로 수명 곡선의 도출이 가능하다.