PURPOSES : Concrete, which is a construction material, is the most widely used compression material; however, unlike steel, it exhibits nonlinear material characteristics. Therefore, to examine the behavior of structures under the nonlinear conditions of concrete materials, one must select an appropriate numerical-analysis technique and a reasonable material model. When performing the nonlinear numerical analysis of a structure using general-purpose structural analysis software, the stress–strain curve or the Mohr–Coulomb failure criterion is typically employed to consider the nonlinear material characteristics. In this study, an efficient nonlinear numerical analysis is conducted by defining the stress–strain curves and Mohr–Coulomb parameters applicable to Strand7 to examine and design the stability of reinforced concrete structures. METHODS : This study was conducted by improving existing data. Based on the tensile region of the concrete stress–strain curve presented in a simple shape and the results of the splitting test, the proposed Mohr–Coulomb parameter was improved based on regulations stipulated in the design standards of concrete structures. The characteristics and usability of the improved material models were examined using concrete splitting tensile and bending models. RESULTS : A yield area distribution similar to that of the reference data is obtained when the Mohr–Coulomb material model is used in the numerical analysis of the concrete splitting tension, thus confirming the validity of the model. In the Mohr–Coulomb material model, nonlinear resistance continues even after the maximum reaction force occurs. However, when the stress–strain curve material model is applied, at the moment the maximum reaction force occurs, the material yields and begins to be damaged. In addition, by applying the Mohr–Coulomb material model to the bending numerical-analysis model, the magnitude of stress in the tensile region from the initial stage exceeds the yield stress defined in the stress–strain curve. CONCLUSIONS : Based on a series of examples, the usability of the proposed concrete stress–strain curve and Mohr–Coulomb parameters is confirmed. However, to obtain numerical-analysis results that are consistent with the nonlinear behavior of actual structures, nonlinear testing of reinforced concrete structures shall be conducted and material models shall be improved.

인공지능(Artificial Intelligence, AI)은 1950년대 초기개념과 이론을 앨런 튜링이 튜링 테스트를 제안하여 기계가 인간과 같은 수준의 지능을 가질 수 있는지 대한 질문을 던지면서 시작되었다. 1980년대부터 특정 분야의 전문 지식을 모방하여 지원하는 AI 시스템인 전 문가 시스템이 부상하기 시작하면서 Machine Learning이 중요성을 얻기 시작하였다. 특히, Decision Tree, Clustering 그리고 Neural Network Algorithm 등이 연구되기 시작하였다. Clustering 기법은 다양한 분야에서 통계분석에 사용되는 자료를 정제하기 위한 비지도 학습 중 하나로, 군집화 알고리즘을 사용하여 자료의 값(Pointer)들을 특정 그룹으로 분류하는 방법이다. 이러한 Clustering을 활용하여 기존 데이터에서 숨겨진 데이터들의 특성을 파악할 수 있으며, 일정 패턴이나 특징을 가진 데이터들끼리의 군집화를 할 수 있게 된다. 이러한 클러스터링은 다양한 산업 분야에서 적용 및 활용하고 있다. 산업화 이후 미국, 벨기에 등 많은 나라에서 효율적인 도로 관 리를 위해 자국의 특성에 맞는 Pavement Management System (PMS)를 운영하고 있지만 현재 많은 분야에서 적용하고 있는 AI를 활용한 사례가 매우 드물다. 한국에서도 수십년 동안 국토교통부와 한국도로공사에서 PMS를 이용하여 도로를 관리해 왔으며, 최근에 는 몇 개 지자체에서 PMS를 도입하였다. 하지만 한국에서는 오랜 PMS 운영 경험에도 불구하고 AI를 활용하지 않고 전통적 방법인 회귀모형을 활용하여 개발한 공용성 예측모형을 사용하고 있기 때문에 그 성능이 떨어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Machine Learning Clustering 기법 을 PMS 자료에 적용이 가능한지 확인하였다. 공용성 예측모형의 종속변수인 Performance Factors와 독립 변수인 Influencing Factors 간의 상관성을 확인할 수 없는 경우 클러스터링을 적용하여 종속변수와 독립변수 간의 상관성을 분명히 나타내고 회귀분석이 가능하도록 하였다. Delaunay Triangulation을 적용하여 인천광역시 기상관측소의 삼각망을 형성하였다. 삼각망 의 각 꼭짓점과 도로 각 지점 간의 거리에 대하여 Inverse Distance Weighted 방법을 적용하여 도로 각 구간의 PMS 자료와 영향인 자를 매칭하였다. 클러스터링 기법을 원자료에 적용한 결과 공용성인자와 영향인자 간의 상관성이 분명해졌다. 또한, 클러스터링 이전 과 이후 자료의 확률밀도함수의 분포를 비교하여 클러스터링 이후의 자료가 이전의 대해서 대표성을 갖고 있는지 확인하였다.

This study reports an experimental and analytical exploration of concrete columns laterally confined with Fe-based shape-memory alloy (Fe-SMA) spirals. For performing experiments, Fe-SMA rebars with a 4% prestrain and diameter of 10 mm were fabricated and concrete columns with internal Fe-SMA spiral reinforcement were constructed with a diameter of 200 mm and height of 600 mm. An acrylic bar with an attached strain gauge was embedded in the center of the specimen to measure local strains. Experimental variables encompassed the Fe-SMA spiral reinforcement, spacing, and activation temperature. Uniaxial compression tests were conducted after applying active confinement to the concrete columns through electrical-resistance heating. Notably, as the Fe-SMA spiral spacing decreased, the local failure zone length and compressive fracture energy of the prepared specimens increased. Additionally, a model incorporating compressive fracture energy was proposed to predict the stress–strain behavior of the. This model, accounting for active and passive confinement effects, demonstrated accurate predictions for the experimental results of this study as well as for previously reported results.

The membrane structure should maintain the membrane materials in tension for structural stability guaranty. The anchoring part in the membrane structure is an important part. It has the function to introduce tension into membrane materials and function to transmit stress which membrane materials receives to boundary structure such as steel frames. In this paper, it grasps anchoring system of the anchoring part in the membrane structure concerning the fracturing characteristic condition of membrane structure, and the influence which is caused to yield it designates the stress state when breaking the membrane structure which includes the anchoring part and that stress transition mechanism is elucidated as purpose. This paper follows to previous paper, does 1 axial tensile test concerning the bolting part specimen, grasp of fracturing progress of the bolting part and the edge rope and hardness of the rubber, does the appraisal in addition with the difference of bolt tightening torque. As a result, the influence which the bolt anchoring exerts on the fracturing characteristics of the membrane material in the membrane structure anchoring part is examined.

Radiant tubes heat exchangers are critical components that facilitate the heat transfer process to steel in an annealing furnace, and it addresses several engineering problems, such as thermal stress and mechanical failure due to long-term thermal cycling, which can significantly affect the longevity of the tubes and maintenance requirements. In this study, we used commercial software (ANSYS) to simulate the thermal stress and deformation of radiant tubes subjected to extreme thermal conditions and pressure loads. We evaluated both thermally induced deformation and creep deformation, which is a time-dependent deformation under constant stress over the long term. The results showed that uneven temperature conditions and pressure loads lead to significant deformation and potential failures. To mitigate these engineering challenges, we also tested several designs that include supporting brackets. This study provides valuable insights for designing radiant tube heat exchangers in annealing furnaces to extend their lifespan and ensure system safety.

본 연구는 현재 가설되어 가용 중인 프리스트레스트 구조물에 대해서 긴장 응력을 계측하는 방법에 관한 연구를 위해 외부 자화를 이용한 PSC 텐던의 긴장 응력 계측에 관한 연구를 진행하였다. 이에 유한요소해석을 이용하여 PSC 거더에 외부 자화 시 잔존 긴장 응 력을 검출하기 위해 PSC 거더 내부의 PS 텐던까지 영향을 줄 수 있는 코일 배치 및 크기 등을 고려하여 최적의 센서를 설계하였다. 또 한, 유한요소해석을 이용하여 설계한 센서와 동일한 수치 및 재질 데이터를 이용해 이론적 검증을 진행하였으며 타겟 위치에서 자화 의 세기를 계산하였을 때, 유한요소해석 결과와 동일한 결과를 얻어낼 수 있었다. 이를 통해 설계한 센서의 검증 및 비 접촉 외부 자화 EM 센서를 활용하여 PSC I형 거더 내부 텐던의 자화가 가능함을 확인하였다.

In order to investigate the optimum condition of the autofrettage process for the diesel engine fuel injection pipe, different values of autofrettage pressure, pressure rising time, pressure holding time, and repetition of autofrettage process were applied. Autofrettage was performed by applying the hydrostatic internal pressures of 604MPa, 535MPa, 500MPa on the fuel injection pipe, corresponding to theoretical 50%, 30%, and 20% overstrain levels, respectively. The autofrettage residual stresses in the injection pipe were experimentally determined by using X-ray diffractometer. As the overstrain level increased, the magnitude of compressive residual stress at the bore increased. It was found that the rising time to reach the autofrettage pressure, holding time at the autofrettage pressure, and repeated application of the autofrettage pressure on the pipe had no significant influence on the residual stress distributions.

This paper reports the results of an experimental examination using X-rays to test annealing materials for lapped bearing steel (STB2), to confirm the validity of the weighted averaging analysis method. The distribution behavior for the sin diagram and the presence or absence of differences in the peak method, half-value breadth method, and centroid method were investigated. When lapping the annealed bearing steel (STB2) material, a residual stress state with a non-directional steep gradient appeared in the surface layer, and it was found that the weighted averaging analysis method was effective. If there is a steep stress gradient, the sin diagram is curved and the diffraction intensity distribution curve becomes asymmetric, resulting in a difference between the peak method, half-value breadth method, and centroid method. This phenomenon was evident when the stress gradient was more than 2~3 kg/mm2/μm. In this case, if the position of the diffraction line is determined using the centroid method and the weighted averaging analysis method is applied, the stress value on the surface and the stress gradient under the surface can be obtained more accurately. When the stress gradient becomes a problem, since the curvature of the sin diagram appears clearly in the region of sin > 0.5, it is necessary to increase the inclination angle  as much as possible. In the case of a lapping layer, a more accurate value can be obtained by considering  in the weighted averaging analysis method. In an isotropic biaxial residual stress state, the presence or absence of  can be determined as the presence or absence of strain for sin≈0.4.

The most comprehensive and particularly reliable method for non-destructively measuring the residual stress of the surface layer of metals is the sin method. When X-rays were used the relationship of sin measured on the surface layer of the processing metal did not show linearity when the sin method was used. In this case, since the effective penetration depth changes according to the changing direction of the incident X-ray,  becomes a sin function. Since  cannot be used as a constant, the relationship in sin cannot be linear. Therefore, in this paper, the orthogonal function method according to Warren’s diffraction theory and the basic profile of normal distribution were synthesized, and the X-ray diffraction profile was calculated and reviewed when there was a linear strain (stress) gradient on the surface. When there is a strain gradient, the X-ray diffraction profile becomes asymmetric, and as a result, the peak position, the position of half-maximum, and the centroid position show different values. The difference between the peak position and the centroid position appeared more clearly as the strain (stress) gradient became larger, and the basic profile width was smaller. The weighted average strain enables stress analysis when there is a strain (stress) gradient, based on the strain value corresponding to the centroid position of the diffracted X-rays. At the 1/5 max height of X-ray diffraction, the position where the diffracted X-ray is divided into two by drawing a straight line parallel to the background, corresponds approximately to the centroid position.

본 논문에서는 역전파 방법 기반 자동미분법을 이용하여 설계민감도를 구하고 이를 응력제한조건을 고려한 위상최적설계에 적용 하였다. 응력제한조건이 있는 위상최적화문제는 특이점(singularity)과 응력의 국부성(local nature of stress constraint)문제, 그리고 설 계 변수에 대한 비선형성의 문제를 포함하고 최적해를 얻기가 매우 힘들다. 특이점 문제를 해결하기 위해서 응력 완화(stress relaxation) 기법을 사용하였고, 응력의 국부성을 해결하기 위해 p-norm을 이용한 전역 응력치를 제한조건에 사용하였다. 설계 변수에 대한 비선 형성을 극복하기 위해 해석적인 방법으로 정확한 설계민감도를 구하는 것이 중요하다. 위상최적설계에서 기존에는 보조변수방법 (adjoint variable method)을 사용하여 빠르고 정확한 설계민감도를 구했지만, 설계민감도를 해석적으로 구해야 하고, 보조평형방정식 을 추가로 풀어야 하는 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해서 인공신경망에서 최적 가중치(weights)와 편차(biases)를 구할 때 쓰이는 역전파 기법을 이용하여 설계민감도를 구하고 이를 응력제한조건을 고려한 위상최적설계에 적용하였다. 역전파 기법은 자동미분에 쓰이는 기법으로 목적함수나 제한조건에 대한 설계민감도를 별도의 수식유도 없이 간단하게 구할 수 있는 장점이 있다. 또한, 미분값 을 구하는 역전파의 과정이 보조평형방정식을 푸는 것보다 계산시간이 빠르고 해석적 방법으로 구한 설계민감도와 같은 정확도를 보 여준다

Aluminum nitride having a dense hexagonal structure is used as a high-temperature material because of its excellent heat resistance and high mechanical strength; its excellent piezoelectric properties are also attracting attention. The structure and residual stress of AlN thin films formed on glass substrate using TFT sputtering system are examined by XRD. The deposition conditions are nitrogen gas pressures of 1 × 102, 6 × 103, and 3 × 103, substrate temperature of 523 K, and sputtering time of 120 min. The structure of the AlN thin film is columnar, having a c-axis, i.e., a <00·1> orientation, which is the normal direction of the glass substrate. An X-ray stress measurement method for crystalline thin films with orientation properties such as columnar structure is proposed and applied to the residual stress measurement of AlN thin films with orientation <00·1>. Strength of diffraction lines other than 00·2 diffraction is very weak. As a result of stress measurement using AlN powder sample as a comparative standard sample, tensile residual stress is obtained when the nitrogen gas pressure is low, but the gas pressure increases as the residual stress is shifts toward compression. At low gas pressure, the unit cell expands due to the incorporation of excess nitrogen atoms.

이 연구는 탄소섬유시트의 보강겹수와 보강위치에 따른 I형 PFRP 휨부재의 휨보강 효과에 대해 조사하였다. 또한, 탄소섬유시트로 보강한 PFRP 휨부재의 실험적, 이론적으로 확인하기 위해 유한요소해석을 실시하였으며, 휨실험 결과와 이론적 해석결과를 비교분석하였다. 휨실험 결과와 유한요소해석 결과는 이론적인 결과와 비교한 결과 일치하는 경향을 보였고, 휨보강 효과가 큰 탄소섬유시트 2겹을 보강한 시편에서 결과에서 오차가 가장 크게 발생하였다.

취성특성을 가진 탄소섬유복합체의 인장특성을 결정하기 위해 ASTM D 3 0 39에 따라 인장시험을 실시하였다. 극한시 점에 박리, 부분파단으로 인해 스트레인 게이지의 계측값의 변동성이 커져 신뢰성을 확보하기 어렵기 때문에 극한응력과 탄성 계수를 이용한 유효극한변형률을 제안하고, 극한계측변형률과 상호보완하였다. 특히 게이지가 비정상적으로 작용할 경우에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. 또한 유효극한변형률을 결정하는 탄성계수는 단일시편에서 여러 변형률 구간에 대하여 평가하여 비교 검증할 수 있다.

Application of a very high internal pressure on the thick-walled pressure vessel induces beneficial compressive tangential residual stresses near the bore of the pressure vessel after unloading the internal pressure. However, a reverse yielding due to the Bauschinger effect during the unloading process causes the reduction of the compressive residual stress near the bore. In order to evaluate the autofrettage residual stress distributions of the thick-walled pressure vessel, the Bauschinger effects were considered. Magnitudes of the compressive residual stresses at the bore determined by considering the Bauschinger effects decreased by about 25 percent, compared to the case of linear elastic unloading, i.e., without Bauschinger effects. Measured residual stress distributions agreed fairly well with the calculated distributions considering the Bauschinger effects.

In this study, an AISI 316 L alloy was manufactured using a selective laser melting (SLM) process. The tensile and impact toughness properties of the SLM AISI 316 L alloy were examined. In addition, stress relieving heat treatment (650oC / 2 h) was performed on the as-built SLM alloy to investigate the effects of heat treatment on the mechanical properties. In the as-built SLM AISI 316 L alloy, cellular dendrite and molten pool structures were observed. Although the molten pool did not disappear following heat treatment, EBSD KAM analytical results confirmed that the fractions of the low- and high-angle boundaries decreased and increased, respectively. As the heat treatment was performed, the yield strength decreased, but the tensile strength and elongation increased only slightly. Impact toughness results revealed that the impact energy increased by 33.5% when heat treatment was applied. The deformation behavior of the SLM AISI 316 L alloy was also examined in relation to the microstructure through analyses of the tensile and impact fracture surfaces.

가거초 해양과학기지 자켓 구조물 내 콘크리트를 배제하고 강재로만 이루어진 최적설계를 제시한다. 50년 재현주기 극한하중조건에서 허용응력 및 허용응력비 조건을 모두 만족하는 안전한 경량 설계를 목표하였다. 역할에 따라 부재를 세 그룹으로 나눈 설계 조건 (Case-1)과 보다 세분화한 설계 조건(Case-2)에 대해 각 부재그룹별 현재 단면 두께 대비 두께 변화율을 설계변수로 설정한 유전 알고 리즘을 통해 최적설계를 탐색하였다. 그 결과 Case-1의 결과로 현재 가거초 해양과학기지보다 약 217톤 더 가벼운 설계(OPT-1)를 찾았고, Case-2에서는 추가적으로 약 84톤을 경량화하여 현재 대비 약 45%의 무게를 절감한 설계(OPT-2)를 얻을 수 있었다. 결론적으로 레그 내 콘크리트 보강 없이도 극한조건에서 허용응력 및 허용응력비를 모두 만족시킬 수 있는 경량화된 가거초 해양과학기지 설계를 제시하였다.

철근의 부식 문제를 해결하기 위해 최근 복합재료 기반의 철근이 개발되어 사용되고 있으며 CFRP 그리드도 개발되어 구조부재로 사용되기 시작하고 있다. 그러나 CFRP 그리드의 부착 특성과 응력을 연구한 경우는 매우 드물다. 이에 본 실험은 CFRP 그리드의 부착거동, 부착응력을 평가하고 정착길이를 산정하기 위해 다양한 길이의 정착길이를 가진 인발실험체를 제작한 후 인발하였으며 실험 결과 부착력의 경우 정착길이가 길어질수록 커지며 반대로 부착응력은 정착길이가 길어질수록 작아지는 결과를 얻을 수 있었다. 이는 FRP 보강근도 같은 경향을 보이지만 CFRP 그리드와 FRP 보강근의 차이점은 부착응력의 추세선의 경향에서 두드러지며 또한, 최대 부착력 이후 거동에서 차이를 나타냈다. 위 실험 결과를 토대로 CFRP 그리드의 정착길 이를 산정한 결과 본 연구에서 사용된 CFRP 그리드의 보수적인 정착길이는 250mm로 나타났다.

이 연구는 탄소섬유시트의 보강겹수에 따른 I형 PFRP 휨부재의 휨보강 효과를 조사하기 위해 길이 600mm의 PFRP 휨부재와 상하부 플랜지에 1mm 두께의 탄소섬유시트로 보강하여 휨실험을 수행하였다. 또한, 탄소섬유시트의 보강겹수와 보강 위치에 따른 I형 PFRP 휨부재의 휨보강 효과와 단면 감소량에 대해 조사하였다. 그 결과 2겹으로 보강하였을 때 휨강도와 휨강성이 증가함을 확인하였다.