본 연구는 간단한 수치해석적 방법을 통해 연성재료의 파괴를 예측하는 방법을 소개하였다. 응력에 의해 계산된 파괴 변형률을 통해 손상을 계산하는 과정을 다중 관통균열이 있는 평판 인장시험편의 유한요소 해석을 통해 구현하였다. 이 기법은 ABAQUS 에서 제공하는 user-defined subroutine 을 이용하여 구현되었다. 제시된 기법을 적용하여 다중균열 해석을 수행하였고 이 결과를 일본 연구자에 의해 수행된 실험 결과와 비교하였다. 해석결과와 실험결과가 비교적 잘 일치함을 확인하였고 이를 통해 제시된 기법의 타당성을 검증할 수 있었다.
Strain-hardening cement-based composites (SHCC) under cracked condition exhibits remarkable capillary absorption due to water ingress from multiple cracks. Surface treatment using water repellent agents is an effective way for improving water resistance of SHCC, but the water resistance may remarkably decrease when cracks penetrate impregnation depth. Another way is to add water repellent agents directly into the mixture, offering SHCC integral water repellency even if cracks form later. However, although integral water repellent treatment has been proved feasible by previous studies, there is still lack of simulation work on the treated SHCC for evaluating its durability. This study presents a simulation method for capillary absorption of cracked SHCC with integral treatment based on a multi-scale approach proposed in the authors' previous work. The approach deals with water flows in bulk matrix and multiple cracks using two individual transport equations, respectively, whereas water absorbed from a crack to its adjacent matrix is treated as the mass exchange of the two equations. In this study, the approach is enhanced for the treated SHCC by integrating the influencing of water repellency into the two transport equations as well as the mass exchange term. Using the enhanced approach, capillary absorption of water repellent SHCC under cracked condition is simulated, showing much more reduced water ingress than the untreated concrete, which is consistent with total absorption data from previous tests. This approach is also capable of simulating water spatial distribution with time in treated SHCC reasonably.
A recently developed numerical method based on a mixed volume and boundary integral equation method is applied to calculate the accurate stress intensity factors at the crack tips in unbounded isotropic solids in the presence of multiple anisotropic inclusions and cracks subject to external loads. Firstly, it should be noted that this newly developed numerical method does not require the Green's function for anisotropic inclusions to solve this class of problems since only Green's function for the unbounded isotropic matrix is involved in their formulation for the analysis. Secondly, this method takes full advantage of the capabilities developed in FEM and BIEM. In this paper, a detailed analysis of the stress intensity factors are carried out for an unbounded isotropic matrix containing an orthotropic cylindrical inclusion and a crack. The accuracy and effectiveness of the new method are examined through comparison with results obtained from analytical method and volume integral equation method. It is demonstrated that this new method is very accurate and effective for solving plane elastostatic problems in unbounded solids containing anisotropic inclusions and cracks.
앞 동반논문의 이론에서 기술된 기재위에 입혀진 코팅크랙킹의 파괴역학 분석을 4점 굴곡시험을 이용하여 실증하였다. 파괴역학 접근에 의해서 코팅의 다중크랙킹을 예측하여 코팅층에서 새로운 크랙이 생길 때의 변위에너지 방출량(G)을 구하였다. 여러 건조시간과 건조온도의 변화에 따른 금속 및 고분자 기재위에 입혀진 코팅의 변위에 대한 코팅 크랙밀도의 실험데이타가 in-situ 코팅의 파괴인성 값을 구하기 위해 사용되었다. 건조온도가 올라가고 건조시간이 길어짐에 따라 $G_c$는 감소하였다. 본 논문은 코팅의 파괴인성 평가에 있어 4점 굴곡시험이 얼마나 유용한지를 보여주며 in-situ 코팅인성을 구하는 방법을 제시하였다.
원자력 발전소의 주요 계통 재료로 사용되는 오스테나이트계 스텐레스강에 대한 초음파탐상은 초음파 에너지가 전파될 경우 재질 자체가 갖는 여러 문제점으로 인하여 결함 위치나 크기 측정에 많은 문제점을 야기한다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 이해하기 위하여 여러가지 경우를 가정하여 선 추적(ray tracing) 기법을 사용한 컴퓨터 모의(simulation)를 실시하였다. 우선 종파를 사용하여 모재에 초음파가 입사하여 진행할 시 어느정도의 휘어짐이 발생하는지를 계산하였으며 재질 특성상 용접부와 모재가 큰 차이를 보이지 않는 경우와 원자로 노즐 부위와 같이 서로 다른 금속으로 용접된 경우에 결함이 존재한 경우를 가정하여 계산하였다.
This study simulates the flexural behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) beams reinforced with steel and glass fiber-reinforced polymer (GFRP) rebars. For this, micromechanics-based modeling was first carried out on the basis of single fiber pullout models considering inclination angle. Two different tension-softening curves (TSCs) with the assumptions of 2-dimensional (2-D) and 3-dimensional (3-D) random fiber orientations were obtained from the micromechanics-based modeling, and linear elastic compressive and tensile models before the occurrence of cracks were obtained from the mechanical tests and rule of mixture. Finite element analysis incorporating smeared crack model was used due to the multiple cracking behaviors of structural UHPFRC beams, and the characteristic length of two times the element width (or two times the average crack spacing at the peak load) was suggested as a result of parametric study. Analytical results showed that the assumption of 2-D random fiber orientation is appropriate to a non-reinforced UHPFRC beam, whereas the assumption of 3-D random fiber orientation is suitable for UHPFRC beams reinforced with steel and GFRP rebars due to disorder of fiber alignment from the internal reinforcements. The micromechanics-based finite element analysis also well predicted the serviceability deflections of UHPFRC beams with GFRP rebars and hybrid reinforcements.
The mechanical damage of concrete is normally attributed to the formation of microcracks and their propagation and coalescence into macroscopic cracks. This physical degradation is caused from progressive and hierarchical damage of the microstructure due to debonding and slip along bimaterial interfaces at the mesoscale. Their growth and coalescence leads to initiation of hairline discrete cracks at the mesoscale. Eventually, single or multiple major discrete cracks develop at the macroscale. In this paper, from this conceptual model of mechanical damage in concrete, the computational efforts were made in order to characterize physical cracks and how to quantify the damage of concrete materials within the laws of thermodynamics with the aid of interface element in traditional finite element methodology. One dimensional effective traction/jump constitutive interface law is introduced in order to accommodate the normal opening and tangential slips on the interfaces between different materials(adhesion) or similar materials(cohesion) in two and three dimensional problems. Mode I failure and mixed mode failure of various geometries and boundary conditions are discussed in the sense of crack propagation and their spent of fracture energy under monotonic displacement control.
Filling materials poured into precast member joint are subjected to restraint stress by the precast member and joint reinforcement. The induced stress will likely cause cracks at early ages and performance degradation of the entire structure. To prevent these issues and design reasonable joints, it is very important to analyze and evaluate the restrained shrinkage cracks of filling materials at various restraint conditions. In this study, a new time zero-that defines the shrinkage development time of a filling material-is proposed to calculate the accurate amount of shrinkage. The tensile stresses and strengths at different ages were compared through the ring test (AASHTO PP34) to evaluate the crack potential of the restrained filling materials at various restraint conditions. The mixture which contained an expansive additive and a shrinkage reducing agent exhibited high resistance to shrinkage cracking owing to the high-drying shrinkage compensation effect. The high-performance, fiber-reinforced cement composite, and ultra-high-performance, fiber-reinforced cement composite yielded very high resistance to shrinkage and cracking owing to the pull-out property of steel fibers. To this end, multiple nonlinear regression analyses were conducted based on the test results. Accordingly, a modified tensile stress equation that considered both the geometric shape of the specimen and the intrinsic properties of the material is proposed.
군용항공기는 다양한 임무의 수행을 통한 비행시간 누적과 예상 불가능한 외기 환경에 의한 복합적인 요인으로 구조적으로 취약한 부위에서 피로균열이 발생할 수 있다. 피로 균열은 점차 진전되어 극심한 경우 해당 구조가 파괴될 위험이 있으며 이는 비행 안전성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 항공기 주익과 동체의 연결부위를 보호하기 위해 장착한 페어링 내부의 지지대에서 주기검사 중 균열 현상을 개선하기 위한 일련의 품질개선에 관한 연구를 수행하였다. 균열의 원인파악을 위해 주익 조립 공정에 따른 예하중 발생 여부에 대해 조사하고 파단면 분석을 수행하였다. 또한, 균열의 재발방지를 위해 지지대의 설계를 개선하는 방안을 제시하였고, 응력 및 피로 수명해석을 통해 구조 건전성을 검증하였다.
본 연구는 결함을 지닌 구조체의 거시적인 역학적 거동을 손상역학이론에 근거하여 해석할 수 있는 손상모델을 개발하고 이를 손상을 입은 구조체에 적용하여 손상된 구조체의 전체거동을 해석적으로 규명하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 수정된 2차손상텐서를 이용하였으며, 유효응력을 통해서 산정된 손상응력을 절점에 작용하는 추가의 하중 항으로 고려할 수 있고 균열면의 성질을 반영할 수 있는 유한요소해석 알고리즘을 개발하였다. 개발된 알고리즘은 실험치 및 횡등방성 이론에 의한 이론치와의 비교·검증을 통하여 그 신뢰성을 검토하였다. 선형탄성 가정 하에서 균열을 지닌 구조체에 개발된 알고리즘을 적용하여 해석한 결과, 균열의 방향과 균열군에 따른 손상된 구조체의 거동을 정량적으로 추정할 수 있었다. 개발된 모델을 균열이 존재하는 암반의 굴착문제와 파쇄대를 지니고 있는 지하구조체 문제에 적용해 본 결과, 손상으로 인해 야기되는 구조체의 전체 거동상의 차이를 규명할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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