• Geomechanics and Engineering
• /
• 제34권6호
• /
• pp.683-696
• /
• 2023

The destruction and fracture of rock masses are crucial components in engineering and there is an increasing demand for the study of the influence of rock mass heterogeneity on the safety of engineering projects. The numerical manifold method (NMM) has a unified solution format for continuous and discontinuous problems. In most NMM studies, material homogeneity has been assumed and despite this simplification, fracture mechanics remain complex and simulations are inefficient because of the complicated topology updating operations that are needed after crack propagation. These operations become computationally expensive especially in the cases of heterogeneous materials. In this study, a heterogeneous model algorithm based on stochastic theory was developed and introduced into the NMM. A new fracture algorithm was developed to simulate the rupture zone. The algorithm was validated for the examples of the four-point shear beam and semi-circular bend. Results show that the algorithm can efficiently simulate the rupture zone of heterogeneous rock masses. Heterogeneity has a powerful effect on the macroscopic failure characteristics and uniaxial compressive strength of rock masses. The peak strength of homogeneous material (with heterogeneity or standard deviation of 0) is 2.4 times that of heterogeneous material (with heterogeneity of 11.0). Moreover, the local distribution of parameter values can affect the configuration of rupture zones in rock masses. The local distribution also influences the peak value on the stress-strain curve and the residual strength. The post-peak stress-strain curve envelope from 60 random calculations can be used as an estimate of the strength of engineering rock masses.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제84권4호
• /
• pp.437-452
• /
• 2022

For the first time, the higher-order shear and normal deformable plate theory (HOSNDPT) is used for the vibration and flutter analyses of the multilayer functionally graded graphene platelets reinforced composite (FG-GPLRC) plates under supersonic airflow. For modeling the supersonic airflow, the linear piston theory is adopted. In HOSNDPT, Legendre polynomials are used to approximate the components of the displacement field in the thickness direction. So, all stress and strain components are encountered. Either uniform or three kinds of non-uniform distribution of graphene platelets (GPLs) into polymer matrix are considered. The Young modulus of the FG-GPLRC plate is estimated by the modified Halpin-Tsai model, while the Poisson ratio and mass density are determined by the rule of mixtures. The Hamilton's principle is used to obtain the governing equations of motion and the associated boundary conditions of the plate. For solving the plate's equations of motion, the Galerkin approach is applied. A comparison for the natural frequencies obtained based on the present investigation and those of three-dimensional elasticity theory shows a very good agreement. The flutter boundaries for FG-GPLRC plates based on HOSNDPT are described and the effects of GPL distribution patterns, the geometrical parameters and the weight fraction of GPLs on the flutter frequencies and flutter aerodynamic pressure of the plate are studied in detail. The obtained results show that by increasing 0.5% of GPLs into polymer matrix, the flutter aerodynamic pressure increases approximately 117%, 145%, 166% and 196% for FG-O, FG-A, UD and FG-X distribution patterns, respectively.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제89권3호
• /
• pp.225-238
• /
• 2024

In this paper, a quasi-3D hyperbolic shear deformation theory for the bending responses of a functionally graded (FG) porous micro-beam is based on a modified couple stress theory requiring only one material length scale parameter that can capture the size influence. The model proposed accounts for both shear and normal deformation effects through an illustrative variation of all displacements across the thickness and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the micro-beam. The effective material properties of the functionally graded micro-beam are assumed to vary in the thickness direction and are estimated using the homogenization method of power law distribution, which is modified to approximate the porous material properties with even and uneven distributions of porosity phases. The equilibrium equations are obtained using the virtual work principle and solved using Navier's technique. The validity of the derived formulation is established by comparing it with the ones available in the literature. Numerical examples are presented to investigate the influences of the power law index, material length scale parameter, beam thickness, and shear and normal deformation effects on the mechanical characteristics of the FG micro-beam. The results demonstrate that the inclusion of the size effects increases the microbeams stiffness, which consequently leads to a reduction in deflections. In contrast, the shear and normal deformation effects are just the opposite.

• 방사성폐기물학회지
• /
• 제15권3호
• /
• pp.239-256
• /
• 2017

방사성폐기물 지층 처분을 위한 부지 선정 과정에서 심층 처분장의 안전성을 평가하는데 필요한 입력 자료를 제공하기 위해 부지특성조사를 수행한다. 본 논문에서는 부지특성조사를 선도하여 수행하였던 해외 사례를 분석하고, 국내에서 방사성폐기물 처분을 위해 수행해야 할 부지특성조사 방법을 제안하고자 하였다. IAEA가 고려하는 부지특성조사 방법은 단계별 부지특성조사로 본 논문에서 소개된 해외의 경우도 이 방법을 따르고 있는데, 부지특성조사는 시기별, 조사 항목별로 다수의 지역에서 개략적인 부지의 정보를 도출하는 예비 부지특성조사와 조사 결과 선정된 지역에서 보다 자세한 부지특성자료를 생산하기 위한 상세 부지특성조사로 구분할 수 있다. 특히, 상세 부지특성조사 단계에서는 조사지역에 장심도 시추공을 굴착하여 심부 영역에 대한 지질 특성을 바탕으로, 수리지질, 수리-지화학, 암석역학, 열, 용질이동에 대한 특성을 도출해야 한다. 단계별 부지특성조사를 통해 도출된 부지 고유의 지질환경 특성은 부지특성모델로 구축되어야 하는데, 이를 종합하여 해석해야 비로소 조사지역의 부지특성을 이해하고, 지층 처분에 보다 유리한 부지를 최종 후보지역으로 선정할 수 있는 것이다. 해외 사례를 살펴본 결과, 부지특성조사 단계에 소요되는 시간은 대략 7~8년이 소요될 것으로 예상되나, 이를 계획하고 수행하는 시스템이 뒷받침 되지 않을 경우 보다 지연될 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
• /
• 제32권1호
• /
• pp.78-92
• /
• 2022

본 연구에서는 스마트 마이닝 기술의 수준을 체계적이고 구조화된 방법으로 평가할 수 있는 스마트 마이닝 기술 수준 진단평가 모델을 제안하였다. 이를 위해 스마트 마이닝의 성숙도를 정의하였으며, 제조업에서 활용되는 스마트 공장 진단평가 모델(KS X 9001-3)을 참조하여 스마트 마이닝 기술 수준 진단평가 모델의 세부평가항목 도출하였다. 기존의 체계를 유지하면서 기존 46개의 세부평가항목을 광업에 적합하도록 수정하였으며 추진전략, 프로세스, 정보시스템과 자동화, 성과 부문에서 총 29개의 세부 평가 항목을 도출하였다. 이를 토대로 스마트 마이닝 기술 수준 진단평가 설문지를 설계하였고, 국내의 철광산을 연구지역으로 설정한 다음 스마트 마이닝 기술 수준을 평가하였다. 연구지역의 스마트화 수준은 레벨 2로 나타났으며, 일반 제조업의 평균 스마트 수준과 비교했을 때 40% 정도 낮은 수준에 있음을 유추할 수 있었다. 또한, 개발된 모델을 이용하여 스마트 마이닝의 도입, 운영, 고도화의 단계별로 광산의 취약한 부분을 인지하고 투자 및 개선 방향을 제시할 수 있었다.

• Coupled systems mechanics
• /
• 제13권3호
• /
• pp.201-217
• /
• 2024

This study aims to develop a new model to obtain the minimum area in circular isolated footings with eccentric column taking into account that the surface in contact with the ground works partially in compression, i.e., a part of the contact area of the footing is subject to compression and the other there is no pressure (pressure zero). The new model is formulated from a mathematical approach based on a minimum area, and it is developed by integration to obtain the axial load "P", moment around the X axis "M_x" and moment around the Y axis "M_y" in function of σ_max (available allowable soil pressure) R (radius of the circular footing), α (angle of inclination where the resultant moment appears), y₀ (distance from the center of the footing to the neutral axis measured on the axis where the resultant moment appears). The normal practice in structural engineering is to use the trial and error procedure to obtain the radius and area of the circular footing, and other engineers determine the radius and area of circular footing under biaxial bending supported on elastic soils, but considering a concentric column and the contact area with the ground works completely in compression. Three numerical problems are given to determine the lowest area for circular footings under biaxial bending. Example 1: Column concentric. Example 2: Column eccentric in the direction of the X axis to 1.50 m. Example 3: Column eccentric in the direction of the X axis to 1.50 m and in the direction of the Y axis to 1.50 m. The new model shows a great saving compared to the current model of 44.27% in Example 1, 50.90% in Example 2, 65.04% in Example 3. In this way, the new minimum area model for circular footings will be of great help to engineers when the column is located on the center or edge of the footing.

• 한국지진공학회논문집
• /
• 제7권6호
• /
• pp.101-108
• /
• 2003

실험장비의 용량 제약, 경제적인 이유 등으로 지진하중에 대한 구조물의 동적 거동을 연구할 경우, 보편적으로 축소모형이 많이 적용되고 있다. 그러나 구조물의 지진응답은 비탄성 거동을 나타내기 때문에 거동예측이 복잡함에도 불구하고, 축소모형의 지진실험 결과로부터 원형구조물의 지진응답을 유추하기 위한 상사법칙의 연구는 미비한 실정이다. RC구조물의 축소모형 제작 시 상사율이 커지면 상대적으로 부가질량이 증가하며, 또한 굵은 골재 크기의 영향으로 원형구조물과 축소모형의 제작에 동일한 재료를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 따라서 동일한 재료를 사용하지 않을 경우, 상사법칙은 기하학적인 상사율과 재료적인 등가탄성계수비에 의존하게 된다. 본 연구에서는 원형구조물과 축소모형에 각각 적용되는 normal-concrete와 micro-concrete의 재료 비선형성을 파악하기 위해 압축강도시험을 수행하여, 재료의 거동구간을 등가의 다단계로 나누어 등가탄성계수비를 적용시킴으로써 지진손상의 정도를 고려할 수 있는 Equivalent multi-phase similitude law를 유도하였다. 이러한 상사법칙을 적용한 유사동적실험 알고리즘을 구축하여 수치해석적인 검증을 수행하여 유사동적실험의 적용성을 확인하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제32권6호
• /
• pp.502-517
• /
• 2022

TBM의 활용이 증가하면서 최근 국내외에서 머신러닝 기법으로 TBM 데이터를 분석하여 디스크커터의 교환주기 예측 및 굴진율을 예측하는 연구가 증가하고 있다. 본 연구에서는 굴진 시 획득되는 기계 데이터와 지반 데이터를 기반으로 최근에 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 머신러닝 기법들 중 회귀 모델을 접목하여 슬러리 쉴드 TBM 현장의 디스크 커터 마모 예측을 하였다. 디스크 커터 마모 예측을 위해서 Training과 Test 데이터를 7:3으로 분할하였으며, 최적의 파라미터를 선정을 위해서 분할 교차검증을 포함하는 그리드 서치를 활용하였다. 그 결과, 앙상블 계열의 그레디언트 부스팅 모델이 결정계수가 0.852, 평균 제곱근 오차가 3.111로 좋은 성능을 보여주었고 특히 학습성능과 더불어 학습속도에서 우수한 결과를 보여주었다. 현재 도출된 결과로 볼 때, 슬러리 쉴드 TBM의 기계데이터와 지반정보가 포함된 데이터를 활용한 디스크 커터 마모 예측 모델의 적합성은 높다고 보인다. 추가적으로 지반조건의 다양성과 디스크 마모 측정 데이터양을 늘리는 연구가 필요한 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회지
• /
• 제9권3호
• /
• pp.127-135
• /
• 1997

본 연구에서는 콘크리트의 피로균열 성장거동을 구명하기 위하여 쐐기쪼갬실험( WST)을 수행하였다. 연구의 주안점인 피로균열 성장거동의 주요영향인자는 콘크리트의 강도로서 28,60,118 MPa 등 3가지의 강도를 변수로 택하였다. 한편, 응력비를 6,13%의 2가지로 변화시켜 그 영향을 관찰하였다. 소정의 응력비을 주기 위하여 최고피로하중수준을 75~85%, 최저응력수준을 5~10%로 각각 유지하였다. 피로실험전에 균열개구변위( CMOD)컴플라이언스 보정 실험을 수행한 후, 그 결과인 균열길이와 컴플라이언스의 관계를 피로실험 중에 균열길이를 예측하는데에 이용하였다. 또한 CMOD컴플라이언스 보정법의 타당성을 검증하기 위하여 선형탄성 파괴역학( LEFM) 및 염색법에 의하여 예측된 균열길이와 비교하였다. 실험결과에 의하여 선형탄성 파괴역학에 근거한 피로균열 성장속도 모델(da/dN- K1 관계)을 제시하였고 콘크리트의 강도가 증가함에 따라 피로균열의 성장속도가 빨라지는 것으로 평가되었다. 또한 응력비가 피로균열 성장속도에 영향을 미치는 것으로 나타났는데 강도가 증가함에 따라 그 정도가 감소하는 경향을 보였다. LEFM 과 염색법 의하여 예측된 균열길이와 비교하여 본 결과 CMOD컴플라이언스 보정법이 쐐기쪼갬실험(WST)에 적용될 수 있음이 검증되었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제14권1호
• /
• pp.69-77
• /
• 2004

암석의 시간 의존 변형거동은 암석의 가장 근본적인 역학적 성질 중의 하나이며, 크립거동의 특성과 메커니즘에 대한 연구는 지하 암반 구조물의 장기적 안정성을 평가하는데 필수적이라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 국내 화강암을 대상으로 단축압축하중 하에서 크립시험을 실시하였고, 수분과 응력 수준을 달리하여 각각의 조건에 따른 크립 특성을 비교, 분석하였다. 크립시험 결과 화강암은 1차, 2차 및 3차로 확연히 구분된 크립거동을 보였다. 1차 크립거동은 대체로 24시간 내에 종결되었으며, 2차 크립 변형률은 단축압축강도에 대한 재하응력의 비율이 증가함에 따라 증가하였다. 일정 응력하에서 화강암의 최대강도는 시간에 따라 감소하는 경향을 보였다. 완전 포화된 시료는 자연 건조된 시료보다 훨씬 큰 크립 변형량 및 변형률을 보였으며, 포화시료의 파괴강도 및 파괴시간은 급격히 감소하였다. 본 연구의 크립시험 결과를 버거모델(Burger's model) 및 이전 연구자들에 의해 제안된 두 개의 경험적 모델에 적용하여 크립의 유동상수를 구하였다. 세 개의 모델 모두 화강암의 크립거동을 잘 나타내었으나, 그 중 버거모델이 실험결과와 가장 잘 일치하였다. 각각의 모델에서 결정된 유동상수들은 함수량과 응력 수준에 영향을 받았다. 또한 본 실험결과에 기초하여 자연건조 및 완전 포화된 화강암 시료에 대하여 응력 수준과 시간의존변형의 경험적 관계식을 유도하였다.