미세구조 특성의 불확실성은 재료 특성에 많은 영향을 준다. 시멘트 기반 재료의 공극 분포 특성은 재료의 역학적 특성에 큰 영향을 미치며, 재료에 랜덤하게 분포되어 있는 많은 공극은 재료의 물성 예측을 어렵게 한다. 공극의 특성 분석과 재료 응답 간의 상관관계 규명에 대한 기존 연구는 통계적 관계 분석에 국한되어 있으며, 그 상관관계가 아직 명확히 규명되어 있지 않다. 본 연구에서는 합성곱 신경망(CNN, convolutional neural network)을 활용한 이미지 기반 데이터 접근법을 통해 시멘트 기반 재료의 역학적 응답을 예측하 고, 공극분포와 재료 응답의 상관관계를 분석하였다. 머신러닝을 위한 데이터는 고해상도 마이크로-CT 이미지와 시멘트 기반 재료의 물성(인장강도)로 구성하였다. 재료의 메시 구조 특성을 분석하였으며, 재료의 응답은 상장균열모델(phase-field fracture model)에 기 반을 둔 2D 직접 인장(direct tension) 유한요소해석 시뮬레이션을 활용하여 평가하였다. 입력 이미지 영역의 기여도를 분석하여 시편 에서 재료 응답 예측에 가장 큰 영향을 미치는 영역을 CNN을 통하여 식별하였다. CNN 과정 중 활성 영역과 공극분포를 비교 분석하 여 공극분포특성과 재료 응답의 상관관계를 분석하여 제시하였다.

When performing finite element analysis using materials with porosity the porosity shows different mechanical properties from the existing mechanical properties of the existing base materials. In this study the equivalent properties were calculated and verified by applying the representative volume element (RVE) method and assuming that the material with porosity is a 2D orthotropic material. In case of finite element analysis using porous material or composite material, it is inefficient to perform the analysis through material modeling. Based on the element volume and element stress values ​​derived using the finite element analysis program, the representative stress values ​​and elastic modulus matrix were calculated using Python. In addition, equivalent properties were derived using the calculated elastic modulus matrix. The pores were simulated by etching a thin plate specimen made of STS304 material in a certain pattern, and the elastic modulus and Poisson's ratio were measured through a UTM and compared with simulation results. It was confirmed that an error of 7.028% for elastic modulus and 10% for Poisson's ratio occurred, and through this, the validity of this simulation was verified.

The demand for materials with porosity is steadily increasing and the need for porous materials is increasing in fields such as chemical engineering and energy storage. In order to minimize trial and error, verifying design validity through finite element method at the design stage has the advantage to verify design validity with low cost. However there are limitations in finite element analysis using porous materials. In this study calculating the equivalent mechanical properties reflecting the porosity was carried out, and the first step was the isotropic elasticity in plane stress condition. The equivalent elastic modulus and the equivalent Poisson's ratio were derived through simulation. Assuming that the voids exist in a two-dimensional symmetrical shape and a constant distribution, the unit cell was defined and the equivalent mechanical properties were calculated. The specimen with same condition were measured through a universal test machine (UTM), the elastic modulus and Poisson's ratio were measured. The similarity between the value obtained through the simulation and the value measured through the experiment was under 5%, so the validity of this simulation was verified. With this result, FEM with porous materials will be used for design.

In in vitro fermentation studies, feed samples can either be included in the in vitro rumen medium using filter bags or can be directly dispersed. The objective of this study was to investigate the effects of different pore sizes of filter bags on the rumen fermentation characteristics in an in vitro system. Corn, soybean meal, and timothy were ground to pass through a 1.0-mm screen and were formulated in the ratio of 70:7:23 based on DM, respectively. The formulated experimental diet (2g/DM) was put in F57 filter bags and R510 nylon bags (Ankom®) which pore sizes were 25 and 50 μm, respectively. An in vitro study was conducted to determine the rumen fermentation characteristics for 3, 6, 12, 24, and 48 h and rumen microbial community at 48 h of incubation. A significantly higher production of gas was observed in the R510 bags than in F57 at all the incubation times (p<0.01). IVDMD (p<0.01) and IVNDFD (p<0.01) were significantly higher, whereas pH (p<0.01) and NH3-N (p<0.01) were lower when R510 bags were used. In the VFA composition, acetate and butyrate were significantly higher (p<0.01) in R510 bags, and propionate and total VFA concentration did not differ (p=0.55 and 0.25, respectively) between F57 and R510 bags. The log copy numbers of bacteria and protozoa did not differ (p=0.69 and 0.94, respectively) between F57 and R510 bags, whereas those of fungi were significantly higher in R510 than in F57 bags (p<0.01). Therefore, the use of R510 may reflect actual rumen fermentation characteristics more precisely than those of F57 because increased gas production, nutrient digestibility and acetate, butyrate proportion were founded in R510.

3D 프린팅의 적층제조를 위한 시멘트 모르타르의 이용은 시멘트의 유동 특성을 개질하기 위한 시멘트 혼화용 폴리 머의 혼입이 필수적이다. 시멘트 모르타르는 점성이 높고 수축이 크기 때문에 적층제조를 위해서는 유동성, 경화속도, 시공성 및 적층특성의 개선이 필요하다. 시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼을 혼입한 시멘트 모르타르는 시멘트 수화물과 공극 사이에 폴 리머 필름이 상호 형성되어 인장강도와 취성이 개선되며 우수한 접착성, 기밀성, 내약품성을 보인다. 최근, 사용편리성이 우수한 Ethylene-vinyl acetate 재유화형 분말수지가 널리 사용된다. 하지만 화재와 같은 고온에서는 재유화형 분말수지를 혼입한 경우에 는 성능저하가 더 크다. 재유화형 분말수지가 시멘트 수화물과 공극에 폴리머 필름을 형성하고 충전하지만 고온에 의해 열분해 되기 때문이다. 본 연구에서는 3D 프린팅의 적층제조를 위해 내열성이 개선된 Ethylene-vinyl chloride 재유화형 분말수지의 혼입률을 달리하여 고온에서의 특성과 열분해에 따른 공극특성을 검토하였다. 연구결과, EVCL 재유화형 분말수지를 혼입한 경우 고온에서 약간의 성능개선을 보였지만 열분해하여 공극률이 커지며, 밀도, 강도가 감소한다. 따라서, 사용조건에 적합한 배합조절 등이 필요하다.

PURPOSES : In this study, a numerical clogging model that can be used to realistically visualize the movement of particles in cylindrical permeability test equipment was proposed based on the system coupling of computational fluid dynamics with the discrete element method and experimental permeability test results. This model can also be used to simulate the interaction of dust particles with bedding particles. METHODS: A 4-way system coupling method with multiphase volumes of the fluid model and porous media model was proposed. The proposed model needs to consider the influence of flow on the dust particles, interaction between the dust particles, and interaction between the dust particles and bedding layer particles. The permeability coefficient of the bedding layer in cylindrical permeability test equipment was not calculated by using the permeability test result, but was estimated by using the particle packing model and Ergun model. RESULTS : The numerical simulation demonstrated a good agreement with the experimental test results in terms of permeability and drain time. Additionally, the initial movement of particles due to the sudden drain hole opening was successfully captured by the numerical model. CONCLUSIONS : A 4-way coupling model was sufficient to simulate the water flow and particle movement in cylindrical permeability test equipment. However, additional tests and simulation are required to utilize the model for more realistic block pavement systems.

PURPOSES : In this study, a series of fundamental falling head permeability tests were conducted on a binary particle mix bedding to determine the minimum water level, bedding layer thickness, and amount of dust that can result in the stable permeability with high repeatability. The determined condition is used to develop a CFD-DEM coupled clogging model that can explain the movement of dust particles in flowing water of a block pavement system. METHODS: A binary particle mixture is utilized to experimentally simulate an ideal bedding layer of a block pavement system. To obtain a bedding layer with maximum packing degree, the well-known particle packing degree model, i.e., the modified Toufar model, was utilized. The permeability of the bedding layer for various water levels, bedding layer thicknesses, and amounts of dust was calculated. The permeability for a small water level drop was also plotted to evaluate the effect of dust on the bedding layer clogging. RESULTS: It was observed that a water level of 100 mm, bedding depth of 70 mm, and dust amount of 0.3 g result in a stable permeability condition with high repeatability. The relationship between the minimum dust amount and surface clogging of the bedding layer was suggested based on the evaluation of the volumetric calculation of the particle and void and the permeability change in the test. CONCLUSIONS: The test procedure to determine the minimum water level, bedding thickness, and dust amount was successfully proposed. The mechanism of clogging on the surface of the bedding layer was examined by relating the volumetric characteristics of dust to the clogging surface.

Recently, copper alloy netting has been proposed as a material for aquaculture facilities that can be set in harsh offshore environments. To design a cage made of copper alloy netting, it is necessary to calculate the flow of water through the netting and force of external sources on the netting. Therefore, this study measured and analyzed the current velocity reduction after passing through the netting and the hydrodynamic forces acting on the netting using copper alloy netting with nine solidity ratios. As a result of the reduction rate of the flow velocity through the netting, the flow reduction rate was increased as the solidity ratio of netting was increased. The flow reduction rate was also increased as the attack angle on the netting was decreased. In analyzing the resistance on the netting, we also discovered that resistance was increased with increase in the flow velocity and solidity ratio. An analysis of the hydrodynamic coefficient acting on the netting is shown that the drag coefficient tends to increase as the attack angle increases. We also analyzed the hydrodynamic coefficient according to the variation of the Reynolds number. When the drag coefficients acting on the netting were analyzed with the different Reynolds numbers, the Reynolds number increased from over 0.3 m/s to a relative constant. Finally, the copper alloy nettings had a smaller velocity reduction rate when comparing the flow velocity reduction rate between copper alloy nettings and nylon nettings.

표층용 아스팔트 혼합물은 공극률 4%로 다져졌을 때 가장 우수한 공용성을 발휘하는 것으로 알려져 있어 밀입도 아스팔트 혼합물은 배합설계시 4%의 공극률이 얻어지는 아스팔트 함량을 최적아스팔트 함량(optimum asphalt content: OAC)으로 결정한다. 그리고 현장에서는 이 밀도의 96% 이상의 다짐도가 얻어지도록 공극률 6∼7%로 다짐한다. 하지만 이 경우 아스팔트 포장으로의 수분 침투방지를 보장할 수 없어 교량포장의 경우 상판에 방수 처리를 하도록 요구하고 있다. 따라서 아스팔트 포장의 공극률을 0%에 가깝도록 다짐하면서도 공용성을 잘 유지할 수 있다면 방수 처리공정을 생략할 수 있고 포장의 수명도 보장 할 수 있어 일거양득일 것이다. 이에 공극률이 0에 가까우면서도 아스팔트 포장으로서의 특성을 유지할 수 있도록 하기 위해서는 바인더특성을 강화하고 그에 맞도록 골재 입도를 조정하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 이렇게 공극률이 0에 가깝도록 개발된 무공극 아스팔트 콘크리트의 중요특성 중 하나인 휨 모드에서의 저온특성으로 유사파괴인성(pseudo fracture toughness: PFT)을 구하여 비교평가 하였다. 이를 위해 보 공시체를 제조하고 영하의 저온에서 3점 휨 시험을 통해 얻어진 하중-처짐 곡선에서 PFT를 구하고 이를 일반 13mm 밀입도 아스팔트(dense-graded asphalt: DGA) 혼합물을 비롯한 개질 SMA 혼합물 등과 비교하였다. 그 결과 무공극 아스팔트 혼합물의 유사파괴인성이 DGA의 4배 이상이 되는 등 가장 우수한 것을 확인 하였다. 이는 고성능의 바인더(PG 82-34)와 그에 맞는 입도조정 때문에 저온 하에서 가장 우수한 파괴인성을 보인 것으로 추정된다. 따라서 큰 균열저항성이 요구되며 방수가 필요한 교면포장 등에 사용할 경우 우수한 성능을 발휘 할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 염제거 특성을 가지는 나노여과, 역삼투 및 정삼투 폴리아마이드 TFC 삼투막의 자유부피(공극) 특성을 양전자 소멸분광법을 이용해 측정하여, 이 결과를 바탕으로 용질제거 특성을 해석해봄으로써 활성층 내 존재하는 공극 특성과 물질이동 기작과의 상관관계를 밝혀냈다. 양전자 소멸분광법으로 측정한 폴리아마이드 삼투막의 공극 크기는 약 0.48 ~ 0.62 nm (지름) 내외로, 분리막 활성층 공극의 크기와 보론 제거율은 반비례함을 확인하였다. 압력기반 여과장치에서 수투과도를 증가시켜 보론 제거 실험을 반복한 결과, 0.6 nm 내외의 상대적으로 큰 공극을 가지는 폴리아마이드 분리막에서 확산이 아닌 대류를 통한 물질이동이 주도적으로 일어남을 확인하였고, 이를 무차원수인 Peclet 수의 변화로 증명했다.

암석의 공극률을 산출하기 위해서는 일반적으로 한국암반공학회에서 정하고 있는 ‘암석의 공극률 및 밀도 측정 표준시험법’이 사용된다. 그러나 건조로를 이용하여 공극률을 구하는 이 같은 표준시험법은 8-24시간이 소요될 뿐만 아 니라, 실험 도중 4시간 간격마다 시료를 꺼내어 무게를 측정해야 하는 번거로움이 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위 해 본 연구에서는 마이크로웨이브 오븐을 이용하여 암석의 공극률을 측정하는 방법을 제안하였다. 마이크로웨이브 오븐 에 무게 모니터링 시스템을 구축하여 무게 측정의 오차 발생 요인과 실험 과정의 번거로움을 줄였다. 건조과정에서 시 료의 온도를 105±3°C 이내로 유지하기 위해 적절한 가열/휴지시간을 설정하였으며, 시료의 무게 변화량이 최초 무게의 0.1% 이내에 들면 모니터링을 중단할 수 있도록 알람 시스템도 구현하였다. 무게 모니터링 데이터에 곡선접합을 실시 하여 시료의 건조무게를 구하고, 이를 이용하여 공극률을 산출하였으며, 이렇게 구한 공극률을 표준시험법으로 구한 공 극률과 비교하였다. 사암을 이용해 실험한 결과, 마이크로웨이브 오븐으로 구한 공극률은 표준시험법으로 구한 공극률 과 최대 0.4%의 오차를 보여 표준시험법의 결과와 유사하였다. 또한 동일 시료를 이용하여 공극률을 반복 측정한 결과 , 표준편차가 최대 0.23% 정도로 정밀도 또한 양호하였다. 따라서 마이크로웨이브 오븐을 사용할 경우 높은 신뢰도로 공극률 산출이 가능할 것으로 판단된다.

본 논문에서는 저차원 확률 함수를 사용하여 연속적인 선형 공극비 기울기를 갖는 기능경사재료 형태의 가상 시편을 제작 하였다. 실제 물 시멘트 비가 다른 두 종류 시멘트 풀 시편의 X-선 CT 단면 이미지를 통해 3차원 공극 분포 모델을 제작하 여 이를 기반으로 가상 시편을 제작하였다. 가상 시편이 두 실제 시편 사이에 위치하도록 공극 분포 특성을 저차원 확률 함 수와 공극비 기울기로 구성하였다. 공극 분포의 기울기는 연속적인 형태의 수직 방향의 선형 공극비 기울기로 구현하며, 이 를 위해 확률적 최적화의 목적 함수로 저차원 확률 함수와 공극비 기울기에 관한 함수를 사용하였다. 가상 시편 내 공극 분 포 특성 확인을 위해 본 연구에서는 투기율 분석을 유한요소해석을 통해 수행하였다. 공극 분포 특성과 투기율 해석 결과를 비교하여 가상 시편이 갖는 공극 분포 특성이 투기율에 미치는 영향을 확인하고, 투기율의 실제 실험 결과와 해석 결과의 비 교를 통해 해석 결과의 타당성을 입증하였다.

PURPOSES: The objective of this study was to determine the relationship between the dielectric characteristics of asphalt mixtures and the air voids present in them using ground penetrating radar (GPR) testing. METHODS : To measure the dielectric properties of the asphalt mixtures, the reflection coefficient method and the approach based on the actual thickness of the asphalt layer were used. An air-couple-type GPR antenna with a center frequency of 1 GHz was used to measure the time for reflection from the asphalt/base layer interface. A piece of aluminum foil was placed at the interface to be able to determine the reflection time of the GPR signal with accuracy. An asphalt pavement testbed was constructed, and asphalt mixtures with different compaction numbers were tested. After the GPR tests, the asphalt samples were cored and their thicknesses and number of air voids were measured in the laboratory. RESULTS: It was found the dielectric constant of asphalt mixtures tends to decrease with an increase in the number of air voids. The dielectric constant values estimated from the reflection coefficient method exhibited a slight correlation to the number of air voids. However, the dielectric constant values measured using the approach based on the actual asphalt layer thickness were closely related to the asphalt mixture density. Based on these results, a regression equation to determine the number of air voids in asphalt mixtures using the GPR test method was proposed. CONCLUSIONS: It was concluded that the number of air voids in an asphalt mixture can be calculated based on the dielectric constant of the mixture as determined by GPR testing. It was also found that the number of air voids was exponentially related to the dielectric constant, with the coefficient of determination, R2, being 0.74. These results suggest that the dielectric constant as determined by GPR testing can be used to improve the construction quality and maintenance of asphalt pavements.

The multi-layer combination provides a very narrow pore size distribution in a specific pore size range. By utilizing the multi-layer design equations developed for each individual layer of known pore properties, it is possible to design the multi-layer microfiltration media precisely to a tailor pore size distribution.

Ultrafiltration membranes are capable of acting as barriers to bacteria, viruses, spores, pollens, colloidal suspensions, high molecular weight solutes, pathogens and pesticides. Pore structure characterization of these include through pore throat diameter, bubble point pore diameter, mean flow pore diameter, pore distribution and liquid permeability. Liquid Liquid Porometery is a novel technique for measuring pores in the Ultrafiltration range without any damage or rupture to the membrane. Liquid Liquid Porometer uses two immiscible & saturated wetting liquids. Pores are filled with first liquid and second liquid is pressurized to displace the first liquid and flow through the pores. The amount of liquid flowing out is measured. Second liquid flow rate and differential pressure are measured. Pore distributions are computed like those in Capillary Flow Porometer.

가속도를 계측하여 부상력을 제어하는 것은 가장 기본적인 자기부상열차의 부상공극 제어기법이다. 이에 이 연구에서는 가속도 되먹임에 기반한 부상공극제어기법을 자기부상열차에 적용하고, 이를 고려한 자기부상열차-가이드웨이 상호작용계의 동적거동 해석기법을 개발한다. 개발된 해석기법을 사용하여 실제 자기부상열차-가이드웨이 상호작용계의 동적해석을 수행하였다. 해석 결과를 통해 가속도 되먹임에 기반한 부상공극제어기법을 적용하여도 현재까지 제안된 자기부상열차 설계 기준을 충분히 만족함을 확인하였다. 즉, 현재 제안된 자기부상열차 가이드웨이 구조물의 설계 기준을 보완하여 안전하면서도 경제적인 구조물의 건설이 가능해질 것으로 예상된다.

PURPOSES : A finite difference model considering snow melting process on porous asphalt pavement was derived on the basis of heat transfer and mass transfer theories. The derived model can be applied to predict the region where black-ice develops, as well as to predict temperature profile of pavement systems where a de-icing system is installed. In addition, the model can be used to determined the minimum energy required to melt the ice formed on the pavement. METHODS : The snow on the porous asphalt pavement, whose porosity must be considered in thermal analysis, is divided into several layers such as dry snow layer, saturated snow layer, water+pavement surface, pavement surface, and sublayer. The mass balance and heat balance equations are derived to describe conductive, convective, radiative, and latent transfer of heat and mass in each layer. The finite differential method is used to implement the derived equations, boundary conditions, and the testing method to determine the thermal properties are suggested for each layer. RESULTS: The finite differential equations that describe the icing and deicing on pavements are derived, and we have presented them in our work. The framework to develop a temperature-forecasting model is successfully created. CONCLUSIONS : We conclude by successfully creating framework for the finite difference model based on the heat and mass transfer theories. To complete implementation, laboratory tests required to be performed.

우리나라는 겨울철 제설제 살포 및 기후변화에 따른 동결융해작용으로 인한 콘크리트 포장의 내구성능 저하, 특히, 스케일링(scaling) 현상이 많이 보고되고 있으며, 이는 교통시설 이용자의 편의성 감소 및 유 지관리 비용의 증대를 초래하게 된다. 콘크리트 포장의 스케일링은 동해 및 염해의 복합작용으로 발생하 는 표면박리, 잔골재의 탈락 등으로 나타나는 콘크리트의 대표적인 성능저하 현상이다. 이러한 콘크리트 의 스케일링 현상은 콘크리트의 강도, 염용액의 종류 및 농도, 연행공기량, 블리딩량 등의 영향을 받는 것 으로 알려져 있다. 뿐만 아니라, 사용되는 결합재의 종류에 따른 콘크리트의 스케일링 현상도 각각 상이 하여 최근, 이에 대한 연구도 국내외적으로 많이 진행되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 콘크리트 포장의 내구성 평가를 위한 일환으로 ASTM C 672에 준하여 스케일링 실험을 실시하였으며, 그 결과를 콘크리트 공극구조와도 비교, 고찰하였다. 결론적으로, 콘크리트의 스케일링 저 항성은 콘크리트의 미세 연행공기량(air entrained micropores)과 비교적 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다.