A fixed-point iteration is proposed to integrate the stress and state variables in the incremental analysis of plastic deformation. The Conventional Newton–Raphson method requires a second-order derivative of the yield function to generate a complicated code, and the convergence cannot be guaranteed beforehand. The proposed fixed-point iteration does not require a second-order derivative of the yield function, and convergence is ensured for a given strain increment. The fixed-point iteration is easier to implement, and the computational time is shortened compared with the Newton–Raphson method. The plane-stress condition is considered for the biaxial loading conditions to confirm the convergence of the fixed-point iteration. 3-dimensional tensile specimen is considered to compare the computational times in the ABAQUS/explicit finite element analysis.

The plastic deformation behavior of additively manufactured anisotropic structures are analyzed using the finite element method (FEM). Hill’s quadratic anisotropic yield function is used, and a modified return-mapping method based on dual potential is presented. The plane stress biaxial loading condition is considered to investigate the number of iterations required for the convergence of the Newton-Raphson method during plastic deformation analysis. In this study, incompressible plastic deformation is considered, and the associated flow rule is assumed. The modified returnmapping method is implemented using the ABAQUS UMAT subroutine and effective in reducing the number of iterations in the Newton-Raphson method. The anisotropic tensile behavior is computed using the 3-dimensional FEM for two tensile specimens manufactured along orthogonal additive directions.

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.

이방성 입자는 독특한 물리적 특성 때문에 다양한 분야에서 발표되고 있다. 여기서, 이방성 도토리구조 나노 입자를 제조하기 위해 새로운 동적 상분리 방법이 도입된다. 동적 상분리 방법은 용제 증발 및 무용제에 의한 침전으로 구성된다. 하부층은 비용매 희석제로서 물을 공급함으로써 제어되며, 상부층의 상분리는 휘발성 용매의 확산 및 증발에 의존한다. 이 상태에서, 도토리 형 입자가 제조되었다. 물이 채워진 밀폐된 상자(자발적 상분리)하에서, 단분산 폴리스틸렌 입자가 합성되었다. 동적 상분리와 자발적 상분리가 공존할 때, 캡과 입자의 크기가 변경되었다. 또한, 폴리스틸렌 용액의 부피는 입자 형상에 영향을 미친다. 독특한 구조가 다양한 응용 분야에 활용될 수 있기 때문에 멤브레인 기반의 제어된 물 공급과 같은 첨단 기술이 개발되면 단분산의 도토리와 같은 입자가 제조될 수 있을 것이다.

Selective laser melting (SLM), a type of additive manufacturing (AM) technology, leads a global manufacturing trend by enabling the design of geometrically complex products with topology optimization for optimized performance. Using this method, three-dimensional (3D) computer-aided design (CAD) data components can be built up directly in a layer-by-layer fashion using a high-energy laser beam for the selective melting and rapid solidification of thin layers of metallic powders. Although there are considerable expectations that this novel process will overcome many traditional manufacturing process limits, some issues still exist in applying the SLM process to diverse metallic materials, particularly regarding the formation of porosity. This is a major processing-induced phenomenon, and frequently observed in almost all SLM-processed metallic components. In this study, we investigate the mechanical anisotropy of SLM-produced 316L stainless steel based on microstructural factors and highly-oriented porosity. Tensile tests are performed to investigate the microstructure and porosity effects on mechanical anisotropy in terms of both strength and ductility.

A progressive failure analysis procedure for composite laminates is developed in here and in the companion paper. An anisotropic plastic constitutive model for fiber-reinforced composite material, is developed, which is simple and efficient to be implemented into computer program for a predictive analysis procedure of composites. In current development of the constitutive model, an incremental elastic-plastic constitutive model is adopted to represent progressively the nonlinear material behavior of composite materials until a material failure is predicted. An anisotropic initial yield criterion is established that includes the effects of different yield strengths in each material direction, and between tension and compression. Anisotropic work-hardening model and subsequent yield surface are developed to describe material behavior beyond the initial yield under the general loading condition. The current model is implemented into a computer code, which is Predictive Analysis for Composite Structures (PACS), and is presented in the companion paper. The accuracy and efficiency of the anisotropic plastic constitutive model are verified by solving a number of various fiber-reinforced composite laminates with and without geometric discontinuity. The comparisons of the numerical results to the experimental and other numerical results available in the literature indicate the validity and efficiency of the developed model.

An orthotropic plastic constitutive model for fiber-reinforced composite material, is developed, which is simple and efficient to be implemented into computer program for a predictive analysis procedure of composite laminates. An orthotropic initial yield criterion, as well as work-hardening model and subsequent yield surface are established that includes the effects of different yield strengths in each material direction, and between tension and compression. The current model is implemented into a computer code, which is Predictive Analysis for Composite Structures (PACS). The accuracy and efficiency of the anisotropic plastic constitutive model and the computer program PACS are verified by solving a number of various fiber-reinforced composite laminates. The comparisons of the numerical results to the experimental and other numerical results available in the literature indicate the validity and efficiency of the developed model.

최근 Fringe-Field Switching (FFS) 모드는 모든 고화질 액정디스플레이에 적용되고 있다. FFS 모드의 전기광학 특성은 전극 구조, 위상지연값, 러빙각, 셀갭, 액정의 유전율 이방성 (Δε) 크기 및 부호와 같은 셀 및 액정 변수에 따라 크게 의존한다. 본 연구에서는 FFS 모드에서 유전율 이방성의 부호가 다르지만 크기가 동일한 조건에서 FFS모드의 전기광학 특성을 연구하였다. 연구 결과에 의하면 전압 인가시 Δε 절대값이 같더라도 유전율 이방성이 음인 액정의 경우가 탄성변형이 용이해 유전율 이방성 양인 액정에 비해 구동 전압이 약 10% 정도 낮은 결과를 보여주었다. 이러한 결과는 FFS모드의 본질을 이해하는데 큰 도움을 준다고 확신한다.

본 논문에서는 단일 센서와 공간집속 신호처리 기술로 시간 역전과 인버스 필터링을 이용하여 이방성 평판에 서 충격 위치를 결정할 수 있는 탐상법을 다루었다. 유한 평면에서 굽힘 파의 운동 방정식을 유도하여, 그 식을 통해 얻어진 데이터를 기반으로 해석적인 시뮬레이션을 통해 시간 역전과 인버스 필터링의 시간 집속 효과를 확 인하고 충격 위치와 그 주변에서 신호의 공간 집속 효과를 관찰하고 충격 위치 결정에 영향을 미칠 수 있는 인자 들(총 수신시간, 샘플링 주파수)에 대해 살펴보았다. 그리고 충격원의 위치에 따른 2차원 결과를 제시하고, 실제 충격 위치를 정확하게 결정할 수 있음을 확인하였다. 여기서 제안한 방법은 기존의 충격 위치 결정법에 비해 많은 장점을 갖고 있다. 첫 번째로 단일 센서를 사용하는 것과 시험체의 형상과 물성을 몰라도 된다는 점이다. 또한 판 에서와 같이 분산성에 의한 다중모드 파동이 발생하는 경우에도 특정 모드나 주파수에 의존할 필요가 없다.

본 논문에서는 직교이방성 적층평판에서의 균열생성 및 전파로 이루어진 층간분리해석을 다룬다. 기존의 -유한요소가 가지고 있는 요소의 강건성을 균열진전해석에 적용하여, 균열진전시 모델링을 재구성하지 않고, 균열 선단부에 해당되는 꼭지점 모드의 위치만을 이동하도록 하여, 요소망을 단순화시켰다. 이와 같은 층간분리해석에 대해서 이 논문에서의 주요 목적은 다음 두 가지이다. 첫째, 적층복합 재료의 층간분리해석 시, 일반적인 유한요소 모델과 비교하여 매우 간단한 요소 망을 가지는 모델을 제안하는 것이다. 모델의 타당성을 평가하기 위해 적층 복합재료로 구성된 이중 외팔보 해석을 통하 여, 기존 참고문헌 값과의 비교를 수행하였다. 둘째, 제안된 모델을 내부균열을 갖는 적층평판의 층간분리해석에 적용하여 여러 가지 거동 양상에 대한 평가이다. 이와 같은 목적을 수행하기 위하여 로바토 형상함수를 이용한 완전층별요소가 고려 되었으며, 선형탄성파괴역학에 기초한 3차원 가상균열닫힘법을 이용하여 에너지 방출률을 산정하였다.

대표적인 다상 재료인 콘크리트는 구성 성분의 공간적 분포에 의해 재료 특성이 큰 영향을 받는다. 특히 공극(void)은 콘크리트의 특성에 큰 영향을 주는 요인으로서, 콘크리트 내부에 분포하는 공극의 공간적 분포를 파악하는 것은 재료의 특 성을 이해하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 콘크리트 내부에 존재하는 경량 골재의 공극 분포 분석을 위해서, CT(computed tomography)로부터 얻은 단면 이미지를 활용하여 생성된 3차원 경량 골재 이미지를 활용하여 공극 분포를 시각화(visualization)하였다. 방향에 따른 3차원 경량 골재 내부의 공극 분포 상태를 정성적으로 묘사하기 위해서 확률 분 포 함수인 두점 상관함수(two-point correlation function)를 사용하여 공극의 공간적 분포 경향을 구(sphere)에 표현하였다. 또한 방향에 대한 골재의 강성도(stiffness)를 계산하여 각 방향에 따른 골재의 역학적 물성치 분포 변화를 확인하였다. 각 방향으로의 확률 분포 함수로 표현된 공극 분포와 강성도 분석함으로서 CT 이미지를 통한 공극 분포 특성 분석 및 경량 골재의 역학적 특성을 효과적으로 예측할 수 있음을 확인하였다.

Even though the longitudinally stiffened laminated composite plates with closed section ribs should be an effective system for axially compressed members, the existing researches on the applications of closed-section ribs, especially for the laminated composite plates, are not sufficient. This study is aimed to examine the influence of the sectional stiffness of U-shaped ribs on the buckling modes and strengths of laminated composite plates. Applying the orthotropic plates with eight layers of the layup [(0°)4]s and [(0°/90°)2]s, 3-dimensional finite element models for the U-rib stiffened plates were setup by using ABAQUS and then a series of eigenvalue analyses were conducted. From the parametric studies, the minimum required ply thicknesses as well as the buckling strengths were presented for the analysis models. The buckling strengths were compared with the theoretical critical stress equation for simply supported plates based on the Classical laminated plate theory. This study will contribute to the future study for evaluating the minimum required stiffness and optimum design of U-rib stiffened plates