이 논문에서는 단일방향 및 크로스-플라이 섬유강화 복합재에서의 동적 균열 전파를 모사하기 위해 특별히 고안된 스펙트랄 방법의 정식화와 수치적 구현 방법에 대해 제시한다. 이 방법은 균열면에서 작용하는 힘과 변위 사이의 스펙트랄 관계식에 기초하고 있고, 재료는 횡등방성 고체로 가정된다. 본 논문에서 제안된 방법에 의해 섬유보강 복합재에서 전파하는 균열문제가 대해 검토 해석되며, 실험 및 문헌에 나와 있는 결과와 비교된다. 이 방법은 FRP 보강 철근 콘크리트 구조물에서의 균열해석문제에 직접 적용이 가능하다.

고흥지역 일대에 분포하는 백악기 화강암을 대상으로 석영내에 발달해 있는 아문미세균열을 측정하여 연구지역의 고응력장을 분석하였다. 5개의 시료(GH-1, GH-3, GH-4, GH-5, GH-8)에서 아문미세균열들의 방향을 측정하여 분석한 결과, GH-1, GH-3, GH-4에서 최대수평주응력은 N60˚W와 N70˚E, N20˚W, N50˚W의 방향성이 가장 우세하였으며, N-S와 N30˚E의 방향성도 미약하게 나타났다. GH-5와 GH-8시료에서는 최대수평주응력의 방향 N40˚E와 N10˚E가 가장 우세하였고, N40˚W의 방향성도 미약하게 나타났다 전체적인 최대수평주응력의 방향은 N60˚W가 가장 우세하였으며, N20˚W, N20˚E, N70˚E등의 방향성도 미약하게 나타났다. 이 연구의 결과와 기존의 고등력장에 관한 연구결과를 종합해 볼 때, 백악기 말에서 신생대 3기 초 사이 연구지역에 작용한 최대수평주응력의 방향은 WNW에서 NE로 변화했을 것으로 판단되며, 그 원인으로는 그 당시 동북아시아 일대에 일어났던 복잡한 지구조운동에 기인한 것으로 사료된다.

Low-density polyethylene (LDPE)와 Styrene-butadiene-styrene (SBS)를 넣은 개질 아스팔트 혼합물은 바인더에 중량 비로 3~6% 첨가하여 여러 가지 특성을 획기적으로 향상시킨 아스팔트 재료이다. 아스팔트 재료의 개질목적은 일반 혼합물의 균 열저항과 소성 변형과 같은 전형적인 약점을 향상시키기 위해서이다. 이 재료들은 많은 장점들을 가지고 있으며 플랜트 적용이 간편하고 현장적용성이 우수한 특정을 가지고 있다. 여러 해 동안의 경험을 통해 습식 개질 아스팔트와 건식 아스팔트 혼합물이 현장에서 실용화할 수 있게 발전되었다. 본 연구에서는 이를 종합적으로 평가하여 그 장단점을 일반 아스팔트 혼합물과 비교 평가하여 LDPE, SBS 개질 아스팔트 혼합물의 특성을 체계적으로 밝히는 것을 본 연구의 목적으로 한다.

본 연구에서는 입자강화 복합재료(particle-reinforced composites)의 거동을 예측하기 위하여 Lee and Pyo(2007)에 의해 제안된 계면손상을 고려한 복합재료의 미세역학 탄성모델과 Karihaloo and Fu(1989)의 미세균열 생성모델을 결합하여, 보강입자의 계면손상(imperfect interface)과 기지 내 미세균열을 고려하여 탄성구성모델(constitutive model)의 거동해석을 수행하였다. 제안된 탄성구성모델의 적용성 검증과 주요손상변수가 거동예측에 미치는 영향을 알아보기 위해 일축 하중 하에서의 응력-변형률 관계를 수치적으로 나타내었다. 또한, 기존의 관련 실험결과와 본 해석결과와의 비교를 통하여 제안된 모델의 정확도를 검증하였다.

원자력발전소에서는 열교환 파이프에서 발생하는 열피로 균열을 비파괴 탐상장비를 이용하여 조기에 발견하는 것이 안전을 위해 매우 필요하며, 따라서 이를 모사한 인공균열시편 제작에 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 이러한 균열은 일반 기계가공으로 제작하는 것이 불가능하여 실제 조건과 유사한 열 반복하중 하에서 제작될 수밖에 없는데, 이를 위해 많은 시간이 소요된다. 본 연구에서는 크랙성장 시뮬레이션 기법을 이용하여 이러한 균열 제작시간을 단축하기 위한 최적의 열하중 조건을 찾고자 하였다. 이를 위해 임의조건에서 시뮬레이션 및 열피로균열 발생 기초실험을 수행하여 균열 초기수명과 진전수명을 검증하였고, 이를 바탕으로 다양한 가열 및 냉각시간을 시뮬레이션 함으로써 제작시간을 최소화하는 열하중 조건을 구하였다. 시뮬레이션에서는 응력해석을 위해 상용 소프트웨어 ANSYS를 초기균열수명 계산을 위해 수치계산용 소프트웨어 ZENCRACK을 이용하여 코딩을 균열진전수명 평가를 위해 ZENCRACK 소프트웨어를 이용하였다. 그 결과 1mm 균열 제작에 소요되는 시간은 초기의 418시간에서 319시간으로 24% 단축되는 것으로 예측되었다.

본 연구의 전편에서는 이동최소제곱 유한차분법을 이용한 고체역학문제의 정식화 과정이 소개되었다. 후편에서는 수치예제를 통해 이동최소제곱 유한차분법의 정확성, 강건성, 효율성을 검증했다. 탄성론 문제의 해석을 통해 개발된 해석기법의 우수한 수렴률을 확인했다. 탄성균열문제에 적용하여 간편한 불연속면 모델링이 가능하고, 적응적 절점배치를 통해 특이 응력해를 정확하고 효율적으로 계산할 수 있음을 보였다. 국소화 밴드문제 해석결과를 통해 변위나 응력이 급격하게 변화하는 특수문제에 대한 정확성과 효율성을 확인했으며, 본 해석기법이 다양한 특수 공학적 문제로 확장될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 탄성균열문제를 신속하고 정확하게 해석할 수 있는 새로운 개념의 그리드(grid) 없는 유한차분법을 제시한다. 이동최소제곱법을 이용한 Taylor 전개식 구성을 통해 직접적인 미분계산 없이 근사함수와 그 미분을 손쉽게 계산한다. 그리드로 인한 절점 간의 종속성이 없어 해석영역 내의 불연속면 모델링이 용이하여 차분식 구성시 균열로 인한 불연속 효과를 고려하는 과정도 자연스럽다. 유한차분법에 근간을 두고 있어 지배 미분방정식을 직접 이산화하기 때문에 수치적분이 필요한 수치기법에 비해 계산속도도 빠르다. 모드 I과 모드 II 균열문제 해석을 통해 본 해석기법이 정확하고 효율적으로 응력확대계수를 계산할 수 있음을 보였다.

현장에서 콘크리트 구조물의 균열 깊이를 추정하기 위한 자기 보정 표면파 투과 측정과 측정된 투과 함수의 차단주파수를 이용하는 기존의 방법은 측정 조건에 따른 투과 함수의 변동성이 매우 커서 실제로 적용하기가 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 차단주파수와 같이 특정 주파수를 선정하여 균열 깊이를 추정하는 방법 대신에 측정된 자기 보정 표면파 투과 함수 자체를 균열 깊이 추정에 이용하는 방법을 제안하고자 한다. 이를 위하여 다양한 균열 깊이에서 측정된 자기 보정 표면파 투과 함수를 주성분 분석법을 이용하여 차원을 축소한 후, 축소된 투과 함수를 인공신경망의 입력으로 사용하여 이로부터 균열 깊이를 추정하는 방법을 제시하였다. 한편, 제안된 방법의 유효성을 판단하기 위하여 서로 다른 균열 깊이를 가진 5개의 실험체에 대하여 실험적인 연구를 수행하였으며, 실험 결과 제안된 방법이 콘크리트 구조물이 균열 질이 평가에 매우 유효한 방법임을 알 수 있었다.

본 연구에서는 타당한 지하조건을 모사하기 위한 실험장치를 글로버박스(Glove-box) 내에 설치하고 천연지하수 및 자연균열을 가진 화강암 시추코어를 이용하여 핵종이동 실험을 수행하였다. 암반코어의 균열을 통한 지하수 유동을 해석하기 위하여 비수착성 음이온 핵종인 Br로 지하수 유동실험을 수행하였다. 암반 균열을 통한 우라늄 이동 실험결과에서 유출된 우라늄의 파과곡선이 비수착성 핵종인 Br와 유사한 거동을 보여주었는데, 이는 주어진 지하수 조건에서 우라늄이 주로 탄산염과 결합된 음이온 복합체로 이동하기 때문인 것으로 추정된다. 아울러 균열충전광물에 대한 우라늄의 회분식 수착실험을 수행한 결과, 균열충전광물에 대한 우라늄의 분배계수 는 약 2.7 mL/g로 낮게 나타났다. 이러한 우라늄 수착실험 결과는 빠른 유출을 보인 우라늄 이동실험 결과와 일치한다. 균열암반을 통한 우라늄 이동의 지 연 특성을 보다 자세히 분석하기 위하여 회분식 수착실험으로 부터 구한 값을 이용해 지연인자 값 를 구하고 이동실험 결과로부터 구한 값 과 비교한 결과, 서로 매우 유사한 지연인자 값을 가진다는 것을 알 수 있었다. 이는 화강암 코어의 균열을 통한 우라늄의 이동 지연이 주로 균열충전광물에 의해 이루어지고 있음을 의미하는 것이라고 하겠다.

본 연구는 연속철근콘크리트포장(CRCP)에 환경하중이 작용하여 횡방향 균열이 발생하고 진전되어가는 과정을 분석하기 위하여 수행되었다. 이러한 분석을 위하여 CRCP의 유한요소 모델을 개발하고 균열의 발생과 진전을 예측할 수 있는 요소삭제 방법을 도입하였다. 여러 다른 형태의 환경하중이 작용할 때 CRCP의 거동 및 균열 진전 특성을 분석하기 위하여 세 가지의 경우를 고려하였다. 먼저 CRCP의 콘크리트 슬래브 상부 표면과 하부 표면의 온도차가 선형으로 유지되면서 깊이에 관계없이 일정하게 온도가 계속 떨어지는 경우이다. 다음으로 슬래브 하부의 온도는 일정하게 유지되며 상부의 온도만 감소하는 경우이다. 이 경우는 슬래브 상하부의 온도차가 계속 증가되는 경우라 할 수 있다. 또 다른 경우는 슬래브의 중간 깊이에서 하부까지는 같은 온도가 유지되고 슬래브 상부의 온도만 계속 감소하는 경우이다. 해석 결과 CRCP의 균열발생 및 깊이 방향으로의 진전정도는 환경하중의 형태에 따라 크게 좌우되는 것을 알 수 있었으며 균열의 발생 및 진전에 따른 CRCP의 응력 및 변위의 재분포 과정도 분석할 수 있었다.

The likelihood of failure for the stress corrosion cracking (SCC) of caustic cracking, which affect to a risk of facilities, was analyzed through the risk based-inspection using API-581 BRD. We found that SCC of the caustic cracking was occurred above 5 % NaOH concentration, and the technical module subfactor (TMSF) was maximized for above 50 % concentration. The heat traced and monitoring were not sensitive to the TMSF with NaOH concentration and temperature. But the steam out was more of less affect minimum value of the TMSF. Also, the inspection number, the inspection effectiveness, and the year since inspection were very sensitive to the TMSF with NaOH concentration and temperature. Therefore, the plan of next inspection will be established with compositively considering those at once.

이 연구의 목적은 두 가지로 대별할 수 있다. 첫째는, 베리오그램 모델링에 기초를 둔 정규크리깅 보간법의 p-적응적 유한요소법으로의 적용성이다. 둘째는, 수정된 초수렴 팻취복구 기법을 사용한 사후오차평가기와 연계된 계층적 p-체눈 세분화의 적응적 유한요소 과정을 제시하는 것이다. 가중치를 부여한 보간기법중의 하나인 정규크리깅 방법은 가우스 적분점에서의 응력데이타로 부터 소위 준정해를 얻는데 적용된다. 가중치를 동일하게 가정하는 종래의 보간기법과는 달리 실험적 및 이론적 베리오그램을 작성한 후 보간을 위한 가중치를 결정하게 된다. 한편, 적응적 p-체눈 세분화는 해석영역의 각 체눈에서 p-차수를 만족할만한 정확도를 얻을 수 있도록 프로그램내에서 자동으로 사후오차평가를 통해 불균등 또는 선택적으로 증가시킨다. 수정된 초수렴 팻취복구기법을 검증하기 위해 극한치를 사용한 새로운 오차평가기가 제안된다. 제안된 알고리즘의 정당성은 선형탄성파괴역학의 대표적 문제들인 중앙균열판, 일변균열 및 양변균열 해석을 통해 테스트되었다.

이 연구에서는 강교량과 같은 토목 구조물에서 유도파의(Guided waves)한 종류인 램파(Lamb wave)를 이용하여 실시간으로 균열손상을 감지할 수 있는 새로운 비파괴 검사방법을 제안한다. 기존의 유도파를 이용한 기술들은, 손상을 감지하기 위해 비손상 상태의 자료를 저장하고 이를 새로이 얻어진 결과와 비교하는 방법을 사용함으로써 잠재적인 손상을 진단해 왔다. 그러나, 공용중인 강구조물은 다양한 하중 뿐 아니라 상시로 변화하는 자연환경에 노출되어 있기 때문에 동일한 비손상 상태의 응답을 얻는 것이 매우 어려우며 이러한 방법을 적용할 경우 오보(false alarm)의 우려도 매우 높다고 할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 보다 안정적인 손상감지기법을 개발하기 위해 기존에 얻어진 초기치를 이용하지 않으면서 실시간으로 손상 여부를 판단할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 이 연구에서 제안된 감지 기술은, 압전소자의 극성과 판파의 특성을 이용하는 것으로 얇은 판의 양면에 부착된 압전소자를 통하여 균열손상에 의한 신호를 선택적으로 감지해 내는 데에 그 목적이 있다. 균열이 발생한 판에서 진행하는 판파는 균열로 인한 판의 두께변화로 인해 모드 변화를 일으키게 되는데, 제안된 감지기법으로 이러한 모드 변화만을 선택적으로 추출할 수 있다. 다양한 수치해석과 실험을 통해 이 연구에서 제안된 손상감지기법의 효율성과 적용성을 입증한다.