과학과 기술의 발달로 복합재료, 합금, 고강도 탄소섬유, 고분자 재료 등 지능형 소재가 개발되고 있다. 다양한 엔지 니어링 분야에서 이러한 첨단 재료의 응용을 연구하기 위해 전 세계적으로 광범위한 연구가 진행되고 있다. 초탄성 형상기억합 금(SSMA)은 깃발 모양의 히스테리시스 거동을 가지며 추가적인 열처리 없이 응력 완화로 인한 잔류 변형이 거의 없는 신뢰성 이 높은 내진 재료이다. 그러나 공학 문제에서 SSMA 효율성을 연구하기 위한 수치 모델의 개발은 여전히 어려운 작업이다. 본 연구에서는 SSMA 인장시험의 실험결과를 통해 유한요소해석 프로그램인 Abaqus와 수치해석 프로그램인 OpenSEES를 이용하여 재료 모델을 구현한 후 해석결과의 거동 특성 및 에너지 소산을 분석하였다.
PURPOSES : The purpose of this study was to quantitatively evaluate the variability of LiDAR performance indicators, such as intensity and Number of Point Cloud(NPC), according to various environmental factors and material characteristics.
METHODS : To consider the material characteristics of road safety facilities, various materials (Reference Material(RM), reflective sheet, matte sheet, granite, plastic, and rubber) were used in a darkroom, and the performance indicators of LiDAR were repeatedly measured in terms of changes in the measurement distance, rainfall, and angle of observation.
RESULTS : In the case of standard reflective materials, the intensity measurement value decreased as the measurement distance and rainfall increased. The NPC showed a tendency to decrease as the measurement distance increased, regardless of rainfall intensity. For materials with high-intensity values, it was found that rainfall intensity and color had negligible effect on the change in intensity compared with the measurement distance. However, for materials with low-intensity values, it was found that the measurement distance, rainfall intensity, and color all had a significant effect on the change in intensity.
CONCLUSIONS : For materials with high-intensity values, it was found that rainfall and color had negligible effect on change in intensity compared with the measurement distance. However, for materials with low-intensity values, the measurement distance, rainfall, and color all had a significant effect on the change in intensity value.
PURPOSES : Owing to industrial development, the occurrence of continuous environmental damage such as abnormal weather is accelerating because of a rapid increase in carbon emissions. Therefore, various efforts are expended worldwide to realize a low-carbon ecofriendly society. In the construction industry, various efforts have been realized to reduce environmental pollution such as greenhouse gas emissions, for example by introducing eco-friendly materials and reducing industrial waste. In this study, an asphalt pavement technology that can reduce production and construction temperatures by more than 60 °C is developed to reduce the amount of carbon generated in the asphalt industry.
METHODS : The performance of a half-warm asphalt binder developed using thermoplastic elastomers and low-temperature additives was assessed. In addition, the change in the quality of a mixture due to the use of the half-warm asphalt binder was evaluated.
RESULTS : As the amount of thermoplastic elastomer used increases, the performance grade of the asphalt binder increases as well. When 3% or more of the elastomer is incorporated, the target performance grade of the asphalt binder is satisfied. In addition, by incorporating the thermoplastic elastomer and a low-temperature additive, the overall moisture and rutting resistance increased even at relatively low production and compaction temperatures.
CONCLUSIONS : Additional measures to stabilize quality and improve economic feasibility will present a new paradigm for investigations into eco-friendly asphalt concrete pavements.
PURPOSES : In this study, to improve the quality and construction performance of backfill materials for road excavation and restoration, the basic properties of rapid-hardening materials and stone sludge are analyzed to propose an optimal mix design.
METHODS : To utilize rapid-hardening materials and stone sludge as controlled low-strength materials for pipeline construction in downtown areas, specimens were prepared for each compounding condition of fast-hardening materials. Flow, slump, and compressive strength tests were performed at various setting times. Subsequently, the physical and mechanical characteristics of the rapid-hardening backfill material for each mixing factor were analyzed.
RESULTS : When ultrafast hardening cement and stone sludge are used, a setting time exceeding 30 min is required for a water–binder (W/B) ratio of 200% or higher. Considering the economic feasibility of ultrafast hardening cement, a W/B of 300% is considered the most suitable when high-performance superplasticizer and retarders are mixed. A flow test was performed on the rapid-hardening backfill material and the results show that if the mixing time exceeds 10 min, then the fluidity decreases rapidly, which necessitates a higher amount of superplasticizer. When ultrafast hardening cement is used, the initial strength (based on 4 h) is 0.7 MPa or higher for all formulations at a W/B ratio of 300%, and the compressive strength decreases slightly as the amount of superplasticizer is increased by 0.1%.
CONCLUSIONS : Based on the fluidity and strength of the backfill material, which is composed of a rapid-hardening material and stone sludge, the most optimal performance is achieved when ultrafast-hardening cement with a W/B ratio of 300% is used in addition to a highperformance fluidizing agent 0.3% (wt./B) and retarder 0.2% (wt./B).
PURPOSES : In this study, we propose a mini-trench method, which involves using warm mix Guss mastic asphalt as a backfill material and an installation temperature of 160 ℃. The method is verified via a heat transfer analysis of a pavement using the finite element method.
METHODS : First, the density, thermal conductivity, and specific heat required for heat transfer analysis were determined based on previous studies. Subsequently, the boundary conditions for convection and radiation to perform the heat transfer analysis were determined. The pavement temperature, which is the initial condition of the analysis, was determined based on the summer pavement temperature distribution using the temperature prediction program of the Korean pavement Research Program. Heat transfer analysis was performed by determining the temperature of the backfill material based on 160 °C and 200 °C for the heat load temperatures. The temperature change was observed on the backfill surface, and the temperature change of the conduit was observed directly.
RESULTS : When the pavement surface temperature for traffic opening is 50 °C, the backfill thickness ranges from 50 to 250 mm, the warm mix Guss mastic asphalt requires 2 h to 5 h, 15 min until traffic opening, and the hot mix Guss mastic asphalt requires 2 h, 30 min to 6 h, 40 min until traffic opening. The limit temperature of the conduit evaluated based on KS C 8454 shows that the warm mix Guss mastic asphalt does not satisfy the standard when the backfill concrete cover is 50 mm thick, whereas the hot mix Guss mastic asphalt does not satisfy the standard when the concrete cover is 50 and 100 mm thick.
CONCLUSIONS : The backfill depth of the mini-trench using warm mix Guss mastic asphalt as a backfill material should be less than 100 mm, considering the traffic opening time. Meanwhile, the thickness of the backfill concrete should be 100 mm or less.
생체용 마그네슘 합금은 전연성 부족과 열에 의한 팽창률 변화가 심하여 2mm 이하의 판재를 만드는 것이 매우 어려움 문제이다. 이를 해결하기 위해 압연 방식, 세이퍼 방식, 밀링 방식 등의 다양한 방법이 존재할 수 있다. 압연 방식을 적용하여 실험을 진행하였으나 Mg 합금은 전연성, 취성의 문제로 인해 파괴되는 현상이 발생하였다. 그리고 세이퍼 방식은 가공시 충격이 발생하는 단속절삭이기 때문에 표면에 자국이 남게 되고 시험편이 휘어지는 현상이 발생하는 문제가 발생하였다. 최종적으로 밀링 방식으로 전환하여 가공실험을 수행해 본 결과 매우 만족할 만한 결과값을 얻게 되었고, 이 결과는 절삭조건을 절삭회전수 1000rpm, 이송속도 127mm/rev, 절삭깊이 0.5mm로 엔드밀 사용하여 가공하였을 때 Ra = 0.44㎛의 표면거칠기값을 얻게 되었다. 본 논문에서는 생체 마그네슘 합금재료로 미소판재를 가공하였을 때 매우 좋은 표면을 유지하며 2mm 이하의 미소 두께를 지속적으로 가공이 가능하도록 하였으며, 다양한 절삭조건, 2날과 4날 엔드밀 날수 변화 등을 통해 최적의 가공조건을 알아보는 실험을 진행하였다.
In this study, additive manufacturing of a functionally graded material (FGM) as an alternative to joining dissimilar metals is investigated using directed energy deposition (DED). FGM consists of five different layers, which are mixtures of austenitic stainless steel (type 316 L) and low-alloy steel (LAS, ferritic steel) at ratios of 100:0 (A layer), 75:25 (B layer), 50:50 (C layer), 25:75 (D layer), and 0:100 (E layer), respectively, in each deposition layer. The FGM samples are successfully fabricated without cracks or delamination using the DED method, and specimens are characterized using optical and scanning electron microscopy to monitor their microstructures. In layers C and D of the sample, the tensile strength is determined to be very high owing to the formation of ferrite and martensite structures. However, the elongation is high in layers A and B, which contain a large fraction of austenite.
우수한 역학적 성능을 가진 생물체의 구조를 모방하여 고성능의 복합재료를 개발하려는 노력이 최근 활발히 이뤄지고 있다. 진주 층 구조는 구성재료 대비 월등히 높은 파괴인성을 지닌다는 점에서 촉망받는 자연 모사 구조 중 하나이다. 하지만, 진주층 모사 구조의 형상이 변형될 때 구조의 충격성능이 어떻게 달라지는지에 관한 연구는 아직 충분히 진행되지 않았다. 본 연구에서는 무작위로 변형 된 진주층 모사 복합재의 수치모델을 개발하고 충격성능을 분석하였다. 먼저, 균일한 진주층 모사 패턴에서 플레이트 판의 평면 크기 를 무작위로 변형하는 알고리즘을 개발하고 이를 활용하여 불균일한 진주층 패턴 모사 구조를 모델링하였다. 그 후, 낙하충격 시뮬레 이션을 수행하고 해당 모델의 충격거동을 에너지 흡수율과 본 미세스 응력 분포, 충격력-시간 그래프를 활용하여 평가하였다. 수치해 석결과를 바탕으로, 충돌 범위 주변 플레이트 판의 기하학적 형상이 불균일할수록 진주층 모사 구조의 내충격성이 저하됨을 입증하 였다. 이러한 진주층 모사 형상에 대한 심층적인 이해는 진주층 모사 구조의 최적설계를 수립하는 데 효율적으로 활용될 수 있을 것으 로 기대된다.
선박의 건조공정 중 강재의 절단과 곡 가공, 용접에 있어 화염의 사용은 필수적이다. 현재 조선소의 강재 절단과 가공 과정에서 는 아세틸렌이 화염 연료로 가장 많이 사용되고 있지만, 폭발 사고의 위험성과 상대적으로 적은 발열량의 한계로 최근에는 프로판 연료의 활용이 증가하고 있다. 하지만 프로판 연료는 상대적으로 가공 속도가 느리고, 가공 시 슬래그의 발생빈도가 높아 품질이 저하된다. 대체 연료로써 프로필렌이 주목받으며 가공 속도와 품질향상에 대한 기대가 증가하고 있다. 프로필렌은 발열량이 우수한 연료로 강재 가공 간 생산성과 가공 품질의 우수성을 갖추고 있다. 이에 본 논문에서는 프로판, 프로필렌 화염을 이용한 철판 가공 시 각 연료의 연소 특성을 분 석 및 비교하였다. 프로필렌 화염을 이용한 철판 가공 시 배출되는 온실가스와 유해가스를 프로판 연료의 배출량과 비교하여 저감효과를 실험적으로 확인하였다. 또한, 가공 연료에 따른 입열량이 선박용 강재의 기계적 강도 변화에 미치는 영향을 알아보기 위해 열 분포실험과 인장시험을 수행하였다. 실험 결과로, 대체 연료인 프로필렌을 사용할 때 프로판 연료에 비해 온도분포가 고르게 나타났다. 기계적 강도 실 험 결과로 인장강도의 저하는 관찰되지 않았으나, 변형률은 감소하는 경향을 보였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 향후 실제 조선소의 강재 가공 및 절단과정에 적용하였을 때, 발생하는 문제점에 대한 분석 및 보완연구를 수행할 예정이다.
국내 주요 사회기반시설의 70% 이상이 철근콘크리트 구조물로 구성되어 있다. 최근 다양한 사회적ㆍ환경적 변화로 인한 내하력 저하 및 노후화 진행이 발생됨에 따라 섬유강화 복합소재(FRP)를 활용한 유지보수 수요 및 비용이 급격히 증가되 고 있다. 이에 따라 보다 경제적이고 효율적으로 FRP 보강재를 활용함에 있어서 성능을 예측할 수 있는 방법이 요구된다. 본 연구에서는 CFRPㆍBFRP 복합재료를 실험 대상으로 선정하고 성능을 결정하는 주요 인자인 섬유/수지 함침률을 54.3%, 43.9%, 39% 3가지로 분류하여 성능을 평가하고 이를 활용하여 FRP의 성능을 예측할 수 있는 모델식을 개발하고자 하였다. 매개변수에 따른 성능평가 결과, 두 섬유 모두 함침률이 낮아질수록 재료성능 또한 감소되는 것이 확인되었으며, 특히 BFRP의 경우 39%의 함침률에서 감소폭이 CFRP 대비 더 큰 것으로 나타났다. 실험 결과와 기존의 예측 모델식과의 성능 비교를 통해 약 15%의 오 차가 나타나는 것을 확인하였으며, 이에 따른 보정계수를 산정하여 예측 모델식을 재정립하였다.