• Computers and Concrete
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• 제26권5호
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• pp.451-465
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• 2020

This paper presents experimental and numerical investigations on mechanical properties of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with four types of steel fibers; micro steel (MS), crimped (C), round crimped (RC) and hooked-end (H), in two fiber contents of 1% and 2% (by volume) and two lengths of 13 and 30 mm. Compression, direct tension, and four-point bending tests were carried out on four types of specimens (prism, cube, dog-bone and cylinder), to study tensile and flexural strength, fracture energy and modulus of elasticity. Results were compared with UHPC specimens without fibers, as well as with available equations for the modulus of elasticity. Specimens with MS fibers had the best performance for all mechanical properties. Among macro fibers, RC had better overall performance than H and C fibers. Increased fibers improved all mechanical properties of UHPFRC, except for modulus of elasticity, which saw a negligible effect (mostly less than 10%). Moreover, nonlinear finite element simulations successfully captured flexural response of UHPFRC prisms. Finally, nonlinear regression models provided reasonably well predictions of flexural load-deflection behavior of tested specimens (coefficient of correlation, R² over 0.90).

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.169-176
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• 2015

현재까지 발표된 크기효과법칙은 보통중량 콘크리트에 기반하고 있어 파괴특성이 다른 경량골재 콘크리트에서는 그 활용성이 의문시되고 있다. 따라서 이 연구에서는 콘크리트의 기건단위질량이 압축강도의 크기효과에 미치는 영향을 예측할 수 있는 모델을 개발하고 기존 연구결과들을 모아 데이터베이스화하였다. 그리고 비선형 파괴역학에 근거한 Ba${\check{z}}$ant와 Kim and Eo의 예측모델 및 이 연구에서 제안한 식에 대한 실험상수들을 결정한 후, 상호 비교 분석하였다. 그 결과, 콘크리트의 기건단위질량을 고려한 본 연구의 예측모델이 Ba${\check{z}}$ant와 Kim and Eo의 예측모델보다 경량골재 콘크리트에 대한 실험결과를 더 잘 예측하고 있음을 알 수 있었다.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제3권1호
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• pp.23-37
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• 2010

Concrete is a heterogeneous material consisting of coarse aggregate, mortar matrix and interfacial zones at the meso level. Though studies have been done to interpret the fracture process in concrete using meso level models, not much work has been done for simulating the macroscopic behaviour of reinforced concrete structures using the meso level models. This paper presents a procedure for the mesoscopic analysis of reinforced concrete beams using a modified micro truss model. The micro truss model is derived based on the framework method and uses the lattice meshes for representing the coarse aggregate (CA), mortar matrix, interfacial zones and reinforcement bars. A simple procedure for generating a random aggregate structure is developed using the constitutive model at meso level. The study reveals the potential of the mesoscopic numerical simulation using a modified micro truss model to predict the nonlinear response of reinforced concrete structures. The modified micro truss model correctly predicts the load-deflection behaviour, crack pattern and ultimate load of reinforced concrete beams failing under different failure modes.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제84권2호
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• pp.285-293
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• 2022

Lumped damage mechanics (LDM) is a recent nonlinear theory with several applications to civil engineering structures, such as reinforced concrete and steel buildings. LDM apply key concepts of classic fracture and damage mechanics on plastic hinges. Therefore, the lumped damage models are quite successful in reproduce actual structural behaviour using concepts well-known by engineers in practice, such as ultimate moment and first cracking moment of reinforced concrete elements. So far, lumped damage models are based in the strain energy equivalence hypothesis, which is one of the fictitious states where the intact material behaviour depends on a damage variable. However, there are other possibilities, such as the energy equivalence hypothesis. Such possibilities should be explored, in order to pursue unique advantages as well as extend the LDM framework. Therewith, a lumped damage model based on the energy equivalence hypothesis is proposed in this paper. The proposed model was idealised for reinforced concrete structures, where a damage variable accounts for concrete cracking and the plastic rotation represents reinforcement yielding. The obtained results show that the proposed model is quite accurate compared to experimental responses.

• 콘크리트학회지
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• 제8권6호
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• pp.223-234
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• 1996

본 논문에서는 단조증가하중을 받는 철근 및 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 비선형거동, 즉 탄성, 비탄성, 극한영역에 이르기까지의 모든 하중이력에 대한 응력-변형도 관계와 균열의 진행 및 철근 및 텐던과 콘트리트의 응력과 변형도 등을 정확히 해석할 수 잇는 해석법의 제시를 목적으로 한다. 이러한 목적을 위하여 본 연구에서는 재료적 및 기하학적 비선형성을 고려하였다. 기하학적 비선형성은 Von Karman의 가정에 기본을 둔 total Lagrangian formulation에 의해 고려하였으며 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 중에 있는 철근 및 텐던모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산균열모델을 사용하였으며, 철근 및 텐던에 대해서는 1축 응력상태로 가정하여 등가의 분산분포된 철근 및 텐던층으로 모델화하였다. 본 논문에서 제안한 해석방법의 타당성을 검증하기 위하여 몇 개의 실험치를 해석치와 비교.검토한 결과, 본 논문의 해석방법에 의하면 철근 및 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 비선형거동을 보다 정확하게 예측할 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제7권2호
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• pp.29-36
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• 1987

초기균열을 갖는 대부분의 구초체는 부재크기가 증가함에 따라 강도가 저하한다. 이러한 현상을 크기효과(size effect)라고 한다. 유리, 금속, 콘크리트 동, 구조재료중에서 콘크리트는 비록 초기균열이 없더라도 이 size effect 현상을 보인다. 현존의 크기효과 법칙에 따르면 매우 큰 콘크리트 구조체는 거의 하중을 저하할 수 없다. 그러나 실제로는 초기 균열이 없는 경우 상당한 크기의 응력을 저항할 수 있다. 이러한 현상은 매우 큰 구조체와 작은 구조체는 강도기준의 적용이 합당하고, 그 중간 크기의 구조체는 비선형파괴역학의 적용이 합당함을 말한다. 이 논문에서는 비선형파괴역학에 근거하여 유도된 실험식에, 기존의 실험치를 이용하여 비선형회귀분석올 행하여 실험상수를 정함으로써 일축압축, 할열(splitting)인장 및 전단강도에 대한 실험식을 제시한다.

• Composites Research
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• 제16권5호
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• pp.45-53
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• 2003

본 논문에서는 이차 본딩으로 접착된 복합재료-복합재료 Single-Lap 조인트 시편에 대해 인장 시험 및 수치해석을 통해 그 파손 특성을 조사하였다. 시편시험에서는 시험 중에 CCD 카메라 및 AE 센서를 이용해 초기 균열의 발생 및 진전양상에 대한 시험적인 관찰을 수행하였다. 시편에 대해 기하비선형 유한요소해석 및 VCCT(Virtual Crack Closure Technique)기법을 이용해 시편의 거동 및 변형율에너지방출률을 계산하고 세 가지 관찰된 초기 균열 모드에 대해 파손강도를 계산하였다. 인장시험에서 초기 균열은 모서리 계면 균열, 측면 계면 균열 및 층간 분리 균열의 세 가지 형태로 최종 파손의 60∼90% 하중에서 발생하였다. 주된 파손 모드는 접착제 계면 파손(adhesive failure) 및 적층판의 첫 번째 및 두 번째의 층간 분리 파손이었다. 두꺼운 접착제 층을 갖는 시편들은 초기균열이 낮은 하중에서 발생하였지만 균열진전에 대한 저항성 및 파손하중은 높게 나타났다. 층간분리파손은 주로 두꺼운 접착제의 경우에 발생하였다. 세 가지 초기 균열 모드에 대해 변형률에너지방출률은 Mode I의 G값이 Mode II의 G값보다 크게 계산되었다. Mode I 및 전체 G값은 측면 계면 균열, 모서리 계면 균열, 층간분리 균열의 순서로 크게 계산되었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제50권6호
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• pp.835-852
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• 2014

Despite the availability of other transport methods such as land and air transportations, marine transportation is the most preferred and widely used transportation method in the world because of its economical advantages. In service, ships experience cyclic loading. Hence, it can be said that fatigue fracture, which occurs due to cyclic loading, is one of the most critical failure modes for vessels. Accordingly, this makes fatigue failure prevention an important design requirement in naval architecture. In general, a ship structure contains many structural components. Because of this, structural modeling typically relies on Finite Element Analysis (FEA) techniques. It is possible to increase fatigue performance of the ship structures by using FEA in computer aided engineering environment. Even if literature papers as well as rules of classification societies are available to assess effect of fatigue cracks onto the whole ship structure, analytical studies are relatively scarce because of the difficulties of modeling the whole structure and obtaining reliable fatigue life predictions. As a consequence, the objective of this study is to improve fatigue strength of a mercantile vessel against fatigue loads via analytical method. For this purpose, the fatigue life of the mercantile vessel has been investigated. Two different type of fatigue assessment models, namely Coffin-Manson and Morrow Mean stress approaches, were used and the results were compared. In order to accurately determine the fatigue life of the ship, a nonlinear finite element analysis was conducted considering plastic deformations and residual stresses. The results of this study will provide the designer with some guidelines in designing mercantile vessels.

• 한국지진공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.205-213
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• 2017

The WUF-W moment connection is a pre-qualified connection that can be used for special moment frames specified in current seismic design specifications. Since the stress distribution near the connection varies according to access hole configuration, the cyclic performance of WUF-W connections is strongly affected by the access hole configurations. To evaluate the connection performance according to various access hole configurations, it is expensive to conduct experiments with many connection specimens. Instead, finite element analyses (FEA) can be performed. Throughout the FEA, stress and strain distribution in the connection can be monitored at each loading step. The purpose of this study is to construct nonlinear 3-dimensional FE models for accurately predicting the cyclic behavior of WUF-W connections. For predicting connection fracture using FEA, an appropriate response index detecting the incidence of connection rupture is proposed.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제29권2호
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• pp.95-103
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• 2020

본 논문에서는 경량구조 적용을 위한 구조 접합부 설계를 제시하였다. 압력에 대한 구조 안정성 연구를 위하여 용접부 접합부와 볼트 접합부에 대한 모델을 설계하였다. 확립된 모델의 신뢰성 검증을 위하여, 비선형 해석을 수행하였고, 실험결과와 비교하였을 때 유사한 결과를 확인하였다. 또한 비교연구를 통하여 구조설계 재료와 적합한 용접방법을 선택하였으며, 볼트의 개수와 위치에 따른 파단하중 시뮬레이션을 진행하여 응력에 따른 안정성을 분석하였다. 마지막으로, 접합부 모델을 기반으로 경량 구조를 모델링하고 구조 해석을 수행하였다. 그 결과, 용접부와 볼트체결을 적용하여 설계된 구조가 접합부를 적용하지 않은 구조에 비해 최대응력이 31.4% 감소함을 확인하였다. 이 결과를 토대로, 경량구조의 안정성 해석 시 접합부 모델링의 필요성을 확인하였다.