• Geomechanics and Engineering
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• 제21권3호
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• pp.259-268
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• 2020

The synthetic rock mass (SRM) were used to investigate the influence of specimen size on the mechanical properties of jointed rock mass. The SRM were established based on parallel bond model (PBM) and smooth joint model (SJM) and the scaled rock specimens were sampled in two SRMs considering three sampling locations. The research results show that the smaller the initial fracture density is, the greater the uniaxial compressive strength (UCS), elastic modulus (E) is when compared with the same sampling location. The mechanical properties of rock specimens obtained by different sampling methods in different SRMs have different scale effects. The strength of rock specimens with more new cracks is not necessarily less than that of rock specimens with fewer new cracks and the failure of rock is caused by the formation of macro-fracture surface.

• 대한기계학회논문집A
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• 제30권1호
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• pp.32-41
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• 2006

We analyzed the non-Newtonian and non-isothermal flow in the melt conveying zone in co-rotating and counter-rotating screw extruder system with the commercial code, STAR-CD, and compared the mixing performance with respect to screw speed and rotating direction. The viscosity of fluid was described by power-law model. The dynamics of mixing was studied numerically by tracking the motion of particles in a twin screw extruder system. The extent of mixing was characterized in terms of the residence time distribution and average strain. The results showed that high screw speed decreases the residence time but increases the shear rate. Therefore higher screw speed increases the strain and has better mixing performance. Counter-rotating screw extruder system and co-rotating screw extruder has the similar shear rate with the same screw speed in spite of different rotating direction. However, the counter-rotating screw has good mixing performance, which is resulted from longer residence time than that of co-rotating screw extruder.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권6호
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• pp.1810-1820
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• 2021

Study of single bubble behavior under rolling motions can prove useful for fundamental understanding of flow field inside the modern small modular nuclear reactors. The objective of the present study is to simulate the influence of rolling conditions on single rising bubble in a liquid using multiphase Moving Particle Semi-implicit (MPS) method. Rolling force term was added to 2D Navier-Stokes equations and a computer program was written using C language employing OpenACC to port the code to GPU. Computational results obtained were found to be in good agreement with the results available in literature. The impact of rolling parameters on trajectory and velocity of the rising bubble has been studied. It has been found that bubble rise velocity increases with rolling amplitude due to modification of flow field around the bubble. It has also been concluded that the oscillations of free surface, caused by rolling, influence the bubble trajectory. Furthermore, it has been discovered that smaller vessel width reduces the impact of rolling motions on the rising bubble. The effect of liquid viscosity on bubble rising under rolling was also investigated and it was found that effects of rolling became more pronounced with the increase of liquid viscosity.

• 대한조선학회논문집
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• 제54권6호
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• pp.470-475
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• 2017

Since the intake air of gas turbine engine of marine purpose contains water particles, inertial separator for separating the air and water particles are provided. Saw type and wave type separator are now used to separate inflow water particle from the gas. In this paper, the design parameters of saw type separator are studied by numerical simulations. Using the commercial CFD program, Star-CCM+, Lagrangian-Eulerian method was used to perform the analysis of two phase flow of the mist in the air. This method solves Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations in Eulerian framework for the continuous phase, while solves equation of motion for individual particles in Lagrangian framework. Lagrangian multiphase method was applied to monitor the particles of different sizes and shapes and to verify collision between particles by chasing particles. Water particles were injected through injectors located at the inlet of the separator and escape mode was used which assumes that the particles attached on the surface of inertial separator were removed from the simulation, effectively escaping the solution domain. Through the numerical computations with the inlet condition of constant water particle size in the wetness fraction of 85%, efficiency of eliminating the water particle and the pressure drop between the inlet and outlet were examined.

• Geomechanics and Engineering
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• 제31권5호
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• pp.461-476
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• 2022

Research studies on the scale effect on triaxial strength of intact rocks are scarce, being more common those in uniaxial strength. In this paper, the authors present and briefly interpret the peak and residual strength trends on a series of triaxial tests on different size specimens (30 mm to 84 mm diameter) of an intact granitic rock at confinements ranging from 0 to 15 MPa. Peak strength tends to grow from smaller to standard-size samples (54 mm) and then diminishes for larger values at low confinement. However, a slight change in strength is observed at higher confinements. Residual strength is observed to be much less size-dependent. Additionally, this study introduces preliminary modelling approaches of these laboratory observations with the help of three-dimensional particle flow code (PFC3D) simulations based on bonded particle models (BPM). Based on previous studies, two modelling approaches have been followed. In the first one, the maximum and minimum particle diameter (D_max and D_min) are kept constant irrespective of the sample size, whereas in the second one, the resolution (number of particles within the sample or ϕ_v) was kept constant. Neither of these approaches properly represent the observations in actual laboratory tests, even if both of them show some interesting capabilities reported in this document. Eventually, some suggestions are provided to proceed towards improving modelling approaches to represent observed scale effects.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.147-156
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• 2008

콘크리트의 일축압축실험에서 축하중이 발생함에 따라 새로운 균열이 발생하고 이 균열의 확장이 파괴의 주된 원인이 되는 경우가 대부분인데 이는 입자 결합 모델에서 입자간의 결합이 파괴되어 해석 대상체의 균열 모사와 유사하게 해석될 수 있어 콘크리트의 표준 공시체에 대하여 일축압축실험의 모사 가능성을 연구하였다. 그러나 입자 결합 모델은 해석 대상체를 입자간의 집합체로 모사하기 때문에 입자간의 결합을 결정하는 미시변수에 의해서 해석 대상의 거시물성이 변하게 되어 이들 변수간의 정량적인 관계를 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서 사용된 접촉 결합 모델에서는 총 8개의 미시변수가 있어 이들 변수와 일축압축실험결과 나오는 거시물성-탄성계수, 일축압축강도, 포아송비-와 콘크리트의 압축파괴거동에 관련이 있는 균열 개시 응력과 일축압축강도와의 비로서 5개의 거시물성에 대하여 부분배치법 및 회귀분석을 통하여 이들 간의 정량적인 관계를 도출하였고 그 결과 일축압축강도를 가정한 가상시료 및 조사 자료로부터 얻은 일축압축강도를 비교적 잘 모사할 수 있었다. 또한 해석을 수행한 공시체의 응력-변형률 곡선이나 응력 수준별 균열 발생의 빈도 및 파괴거동을 관찰한 결과 일반적인 콘크리트의 일축압축하중 하에서의 파괴거동과 상당부분 유사함을 보여 입자 결합 모델을 이용하여 콘크리트 공시체에 대한 일축압축실험을 잘 모사할 수 있다고 본다.

• 터널과지하공간
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• 제14권1호
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• pp.54-68
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• 2004

본 연구에서는 경제성장기에 고층 구조물 시공에서 널리 사용된 철근콘크리트(RC, Reinforced Concrete) 구조물을 대상으로 발파해체 축소모형실험을 수행하고 전산실험결과와 이를 비교하였다. 발파해체 공법으로는 파괴거동을 비교적 쉽게 확인할 수 있는 점진붕괴공법을 적용하였으며, 축소모형실험은Hobbs(1969)에 의한 축소율의 개념에 따라 차원해석을 실시하여 축소된 강도특성을 계산하였다. 사용재료로는 석고, 모래, 물의 혼합액을 콘크리트 대용으로 사용하였다. 모래와 석고의 중량 비를 다양하게 변화시키면서 이에 따른 강도의 변화를 측정하고 최적의 강도 값을 갖는 배합 비를 결정하였다. 또한 연성을 가지고 있으며 축소강도로 비교할 때 철근과 유사한 특성을 지니는 땜용 납선을 철근대용 재료로 사용하였다. 수치해석 프로그램으로는 요소의 파괴거동을 육안으로 확인할 수 있는 개별 요소법(DEM Distinct Element Method)에 의해 수행되는 상용코드인 PFC2D(Particle Flow Code 2-Dimension)을 사용하였다. 모형의 제작은 실내에서 미리 양생된 부재들을 현장으로 옮겨 연결부만을 타설하여 일체화시키는 방법으로 이루어졌다. 먼저 3차원 무근 콘크리트 라멘 구조의 모형을 설계하고 그 축소 모형을 발파해체하여 그 거동을 촬영하였다. 이를 수치적인 해석과 비교하는 과정을 통해 2차원 해석이라는 한계성은 존재하지만 대체로 유사한 형태의 거동을 보임을 알 수 있었다. 사전해석의 경험과 RC 보의 실내 굴곡 실험결과를 근거로 하여 RC 구조모형의 발파해체 사전해석을 실시하였다. 시차는 200㎳로 하여 점진적으로 붕괴되도록 설계하였다. 모형실험과는 달리 2차원 해석이라는 한계에도 불구하고 900㎳까지 매우 유사한 거동을 보이며 붕괴되었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권7호
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• pp.57-65
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• 2011

본 연구에서는 3차원 개별요소해석 코드인 Particle Flow Code, $PFC^{3D}$(Itasca)를 이용, 조립재료의 실내 삼축압축시험에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행하였으며, 해석 모델과 개별요소를 대상으로 다양한 상사 조건에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행, 그 결과를 통해 각각의 스케일 조건이 최종 수치 모델링 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 3차원 개별요소 수치 모델링은 기존 2차원 모델링 대비 별도의 간극률 환산 없이 정확한 초기 조건 구현이 가능했으며, 응력-변형 및 체적변화 거동, 강도정수등에 있어 실내시험 결과와 유사한 수치 해석적 예측이 가능하였다. 해석 모델과 개별요소에 대한 다양한 상사비 조건별 수치 모델링 결과, 3차원 해석 시의 안정적 예측결과 도출 및 수치 시험실 활용에 대한 적정성을 확보하되, 해석시간 단축 및 해석 효율성 확보를 위해서는 해석 모델과 개별요소에 대한 적정 상사비 결정이 필요함을 알 수 있었다. 해석 모델의 크기와 개별요소의 입경크기를 변화시켜 개별요소 수치모델링을 수행한 결과, 대부분의 경우 전체적인 응력-변형 거동에 차이가 발생하였지만, 점착력과 내부 마찰각의 강도정수는 $D_{mod}/D_{gmax}$ < 10 조건에 유사한 결과를 보였으며, 개별요소 방법이 수치 시험실 기법을 이용한 강도정수 산정에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국물환경학회지
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• 제32권3호
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• pp.243-252
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• 2016

In cases of water pollution accidents, accurate prediction for arrival time and concentration of contaminants in a river is essential to take proper measures and minimize their impact on downstream water intake facilities. It is critical to fully understand the behavior characteristics of contaminants on river surface, especially in case of oil spill accidents. Therefore, in this study, the effects of main parameters of advection and diffusion of contaminants were analyzed and validated by comparing the results of Lagrangian particle tracking (LPT) simulation of Environmental Fluid Dynamic Code (EFDC) model with those of Global Position System (GPS)-equipped drifter experiment. Prevention scenario modeling was accomplished by taking cases of movable weir operation into account. The simulated water level and flow velocity fluctuations agreed well with observations. There was no significant difference in the speed of surface particle movement between 5 and 10 layer modeling. Therefore, 5 layer modeling could be chosen to reduce computational time. It was found that full three dimensional modeling simulated wind effects on surface particle movements more sensitively than depth-averaged two dimensional modeling. The diffusion range of particles was linearly proportional to horizontal diffusivity by sensitivity analysis. Horizontal diffusivity estimated from the results of GPS-equipped drifter experiment was 0.096 m²/sec, which was considered to be valid for applying the LPT module in this area. Finally, the scenario analysis results showed that particle movements could be stagnant when discharge from the upstream weir was reduced, implying the possibility of securing time for mitigation actions such as oil boom installation and wiping oil contaminants. The outcomes of this study can help improve the prediction accuracy of particle tracking simulation to establish the most suitable mitigation plan considering the combination of movable weir operation.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.321-336
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• 2012

암반 절리면과 같이 입자와 연속체 평면의 접촉면에서의 전단거동은 전체 구조물의 거동을 지배할 수 있다. 암반설계의 효율을 높이기 위해서는 입자와 연속체 평면의 접촉면 전단거동 메커니즘에 대한 기초적인 이해와 접촉면 전단강도를 정확하게 산정하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 연속체 평면의 표면 파쇄가 미치는 영향을 알아보기 위하여 개별요소법 수치해석 프로그램인 $PFC^{2D}$를 사용하였다. 표면 거칠기는 매끄러운 평면, 중간 거칠기 평면, 거친 평면의 세 가지로 구분하였다. 입자의 형상은 원형의 one ball 모델과 삼각형 형상의 3 ball 모델로 구성하였다. 평면은 파쇄가 불가능한 경계요소 연속체 모델과 파쇄가 가능한 입자요소 연속체 모델로 각각 구성하였다. 수치해석 결과, 입자요소 모델의 결합강도가 작을수록 파쇄가 빨리 발생하여 큰 결합강도를 가진 연속체 모델보다 작은 접촉면 전단강도를 보였다. 돌출부의 파쇄가 발생한 후, 접촉면 전단강도는 수렴하는 경향을 보이며, 결합강도가 클수록 돌출부의 파쇄가 적게 발생하였다. 또한 경계요소 연속체 모델이 입자요소 연속체 모델보다 큰 접촉면 마찰각을 나타냈고, 모든 입자 모델에서 연속체의 표면 거칠기가 거칠수록 큰 접촉면 마찰각이 나타났다. 이러한 결과로부터 연속체 평면의 거칠기 및 평면 파쇄가 입자와 평면의 접촉면 전단거동 특성에 미치는 영향을 확인하였다.