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.

PURPOSES : With the recent enactment of the 「Framework Act on Sustainable Infrastructure Management」 in Korea, the establishment of mid- to long-term management plans for social infrastructure and the feasibility evaluation of maintenance projects have become mandatory. To this end, the life cycle cost analysis is essential. However, owing to the absence of a deterioration model, trials and errors are in progress. METHODS : In this study, a deterioration model was established for bridges, which are the representative social infrastructures of roads, particularly for expansion joints that can cause enormous damage to not only the superstructure but also the substructure. The deterioration model was classified into rubber and steel, based on the material of the expansion joint. The analysis used the inspection and climate data conducted in Korea over the last 12 years. The Bayesian Markov Hazard model was applied as the analysis technique. RESULTS : The average life expectancy by type of expansion joint was analyzed to be 8.9 and 6.6 years for rubber and steel, respectively. For probabilistic life cycle cost analysis, the probability distribution of the life expectancy, validity range by confidence level, and Markov transition probability matrix were presented. CONCLUSIONS : In this study, the basis for deterministic and probabilistic life cycle cost analysis of expansion joints was laid. In future studies, it will be necessary to establish a standardized deterioration model for all types of infrastructure, including all bridge elements.

로터 블레이드는 조류발전 터빈의 매우 중요한 구성 요소로서, 해수의 높은 밀도로 인해 큰 추력(Trust force)와 하중(Load)의 영 향을 받는다. 따라서 블레이드의 형상 및 구조 설계를 통한 성능과 복합소재를 적용한 블레이드의 구조적 안전성을 반드시 확보해야 한 다. 본 연구에서는 블레이드 설계 기법인 BEM(Blade Element Momentum) 이론을 이용해 1MW급 대형 터빈 블레이드를 설계하였으며, 터빈 블레이드의 재료는 강화섬유 중의 하나인 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)를 기본으로 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 샌드위치 구조에 적용해 블레이드 단면을 적층(Lay-up)하였다. 또한 유동의 변화에 따른 구조적 안전성을 평가하기 위해 유체-구조 연성해석 (Fluid-Structure Interactive Analysis, FSI) 기법을 이용한 선형적 탄성범위 안의 정적 하중해석을 수행하였으며, 블레이드의 팁 변형량, 변형 률, 파손지수를 분석해 구조적 안전성을 평가하였다. 결과적으로, CFRP가 적용된 Model-B의 경우 팁 변형량과 블레이드의 중량을 감소시 켰으며, 파손지수 IRF(Inverse Reserce Factor)가 Model-A의 3.0*Vr를 제외한 모든 하중 영역에서 1.0 이하를 지시해 안전성을 확보할 수 있었 다. 향후 블레이드의 재료변경과 적층 패턴의 재설계뿐 아니라 다양한 파손이론을 적용해 구조건전성을 평가할 예정이다.

There is a considerable amount of research on metal material product worker’s hearing loss caused by noise that comes from manufacturing process. A further investigation that characterizes the sound that comes from manufacturing process of metal material products. however. To do this, a noise management plan is needed. It should include a generated sound process from the main sources of disturbance at manufacturing process areas. And a soundproof measurement will identify the amount of noise reduction needed for a hearing-safe working environment. Finally, researchers in this study measured tests on the noise and the vibration process, and the noise caused by operations allowed for an investigation on the suitability of certain environmental conditions. Noise-related programs can be used to predict the noise distribution of the noise level characteristic. This can help identify and reduce the presence of sound interference through sound proofing measures.

중금속은 생체 내에서 분해되지 않고 장기간에 걸쳐 축적되는 특성으로 도시의 생물 다양성을 위협하는 위험한 오염물질 중 하나이다. 도시지역의 대기 중 중금속오염을 평가하기 위해 중금속 노출 정도에 따라 생물 체내의 축적농도 를 비교하는 생물학적 모니터링의 필요성이 요구되고 있다. 본 연구는 중금속 모니터링 시료로서 둥지 재료의 활용 가능성을 검토하고 중금속이 박새과 조류에 미치는 영향을 파악하기 위해 수행되었다. 연구지역은 충청남도 천안시 소재 대학교 캠퍼스 내 녹지공간(14개), 도시산림(11개), 도시공원(29개)으로 총 54개의 인공새집이 설치되었다. 조류 이용률은 도시공원 6/29개(20.68%), 캠퍼스 내 녹지공간 11/14개(78.57%), 도시산림 8/11개(72.72%)로 나타났다. 수거한 둥지로부터 이끼 재료를 채취하였고 중금속 분석을 통하여 도시녹지 유형별 중금속축적특성과 중금속이 박새과 조류의 이소 성공 여부에 미치는 영향을 비교하였다. 분석결과 아연의 평균 농도는 228.08±209.62㎍/dry g, 납의 평균 농도는 17.67±6.72㎍/dry g로 나타났다. 도시녹지 유형별 아연농도는 유의한 차이를 나타내지 않았으나(Kruskal- Wallis test, p-value=0.28) 납 농도는 유의한 차이를 보였다(Kruskal-Wallis test, p<0.05*). 중금속 분석을 진행한 21개 의 박새과 조류 둥지 중 11개(52.38%)의 둥지에서 조류의 이소가 관찰되었다. 각 도시녹지 유형에서 관찰된 조류의 이소는 캠퍼스 내 녹지공간 7개(77.78%), 도시산림 6개(85.71%), 도시공원 1개(20%)로 주로 도시산림과 캠퍼스 내 녹지공간에서 이소가 확인되었다. 박새과 조류의 이소 성공 여부에 중금속 축적특성이 미치는 영향을 확인하기 위해 중금속 농도를 비교하였으나 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다(Zn : W=44, p-value=0.74, Pb : t=0.64676, df =7.2422, p-value =0.54). 본 연구는 박새과 둥지 재료를 중금속 모니터링 시료로 사용한 기초 연구로 비침습적인 생물학적 모니터링의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 논문에서는 3차원 엮임 재료의 유체투과율 향상을 목적으로 수치해석 데이터 기반의 물성치 회귀 분석 및 최적설계를 소개한다. 우선 3차원 엮임 재료를 구성하는 와이어 사이의 간격을 결정하는 배율 계수를 매개변수화 하여 다양한 배율 조합을 가지는 수치 모 델을 생성하였고, 전산 수치해석을 통해 계산된 각 모델의 체적 탄성계수, 열전도 계수, 유체투과율 데이터를 이용하여 다항식 기반의 회귀 분석을 수행하였다. 이를 사용해서 체적 탄성계수와 유체투과율 사이의 다목적함수 최적설계를 통한 파레토 최적해를 도출하였 으며, 두 물성치가 서로 상충 관계에 있음을 확인하였다. 한편 3차원 엮임 재료의 열전달 효율을 높이기 위해서 유체투과율을 최대화 시키는 것을 목적으로 경사도 기반 최적설계를 수행하였고, 제약조건인 체적 탄성계수의 크기별 유체투과율의 변화율을 분석하였다. 그 결과 설계자가 원하는 최소한의 강성을 가지는 최대 유체투과율 설계 모델을 얻어낼 수 있음을 확인하였으며, 회귀 방정식을 통해 서 얻어진 설계가 높은 정확도를 가지고 있음을 추가적으로 검증하였다.

최근 토목공학 분야 내 현장조건을 구현할 수 있는 스마트 건설 기술의 요소기술로서 3D 프린팅 기술의 적용 분야 가 확대되고 있다. 센서기술의 보조도구, 모듈러 시공상 적용 등으로 다양하게 활용되고 있는 가운데 3D 프린팅 기술을 단순 부재 제작이 아닌 각각의 부재들이 최대 성능을 발휘할 수 있는 최적설계 도출 방안으로 활용하고자 한다. 이를 위해 3D 프린 팅 재질인 필라멘트를 활용하더라도 신뢰성 있는 최적설계가 도출이 가능한지에 대한 연구가 선행되어야 하며, 이에 본 연구에 서는 지반보강재 중 하나인 지오셀 관련 선행연구 결과와 필라멘트의 물성치가 적용된 해석 결과와의 비교를 통해 재료적 신뢰 성을 검증하고자 한다. 해석 결과, 지오셀 구성요소에 따른 보강성능의 경향이 기존 선행연구 결과와 일치함을 확인하였기에 필 라멘트를 활용하더라고 충분히 신뢰성 있는 최적설계가 도출이 가능할 것이라 판단된다.

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.