Welding is the most widely used technology for manufacturing in the automobile, and shipbuilding industries. Fiber laser welding is rapidly introduced into the field to minimize welding distortion and fast welding speed. Although it is advantageous to use finite element analysis to predict welding distortion and find optimized welding conditions, there are various heat source model for fiber laser welding. In this study, a welding heat source was proposed using a multi-layered heat source model that encompasses most of the existing various welding heat source models: conical shape, curved model, exponential model, conical-cylindrical model, and conical-conical model. A case study was performed through finite element analysis using the radius of each layer and the ratio of heat energy of the layer as variables, and the variables were found by comparing them with the actual experimental results. For case study, by applying Adaptive simulated annealing, one of the global optimization algorithms, we were able to find the heat source model more efficiently.

본 연구에서는 섬유보강콘크리트(SFRC) 구조물의 수치해석을 위한 K&C모델의 보정기법을 소개하였다. SFRC 1축 및 3축 압축강도 실험결과를 기반으로 보정을 수행하였으며, 단일요소 해석결과를 실험결과와 비교함으로써 보정 기법의 검증을 수행하였다. 또 한, 변형률 속도의 영향을 반형하기 위해 동적증가계수(DIF)를 고려하여 SFRC 구조물의 발사체 관통해석을 수행함으로써 보정기법의 적용 가능성을 확인하였다.

현무암 섬유를 함유한 BFRP 시트와 복합섬유 패널로 보강한 정사각형 단면 철근콘크리트 기둥에 대한 반복하중 실험을 수행하여 지진 거동을 검토하였다. 30%가량의 상당한 수준의 축하중비 조건 하에서 전단 손상이 발생하였음에도 불구하고, 보강 실험체에서 변위연성도 및 에너지 소산능력의 증가를 확인하였다. 실험체의 파괴 모드는 휨-전단 고연성 파괴로 분류 되며, 철근콘크리트 구조물에서 자주 관찰되는 파괴 모드이다. 하지만 이러한 파괴에 이르는 정사각형 단면 철근콘크리트 기둥에 BFRP을 포함한 복합재료 보강이 미치는 영향에 대한 연구가 현재까지 광범위하게 이루어지지는 않았다. 복합재료로 보강한 철근콘크리트 기둥의 휨-전단 거동을 보다 깊이 이해하는데 본 연구의 결과가 기여할 것으로 기대한다.

Concrete masonry prisms are strengthened with steel fiber-reinforced mortar (SFRM) overlay and tested for compressive and diagonal tension strength. Masonry prisms are produced in poor condition considering standard workmanship for masonry buildings in Korea. Amorphous steel fibers are adopted for SFRM, and appropriate mixing ratios of SFRM are derived considering constructability and strength. Masonry prisms are strengthened with different fiber volume ratios, while numerous strengthened faces and additional reinforcing meshes are produced for compression and diagonal tension tests. Compression and diagonal tension strength are increased by up to 122% and 856%, respectively, and the enhancement effect for diagonal tension strength was superior compared to compression strength. Finally, the test results and strength prediction equations based on existing literature and regression analysis are compared.

복합재료의 구조물 활용에 있어 동적하중에 의한 재료성능에 대한 영향성은 빈번하게 발생할 수 있다. 이들 동적하중들 중 피로하중은 실제적으로 복합재료 구조 또는 부재의 손상이나 파괴를 야기하는 주요 원인이 된다. 본 연구의 일차적인 목표는 이들 복합재료의 휨 피로 성능을 조사할 수 있는 장비 개발이며 두 번째 목표로는 이들 장비를 활용, 바잘트 복합재료에 대한 휨-피로성능에 대한 초기 연구를 수행하는 것이다. 이를 위하여 진공압출공법을 활용, 평균 두께 4.0mm의 바잘트 섬유보강 플레이트를 제작하였다. 총 5개의 휨-피로 시편들이 제작되었으며 각 시편들은 반복응력 비 Smin/Smax = 1의 크기로 각 시편에 작용하였다. 이때 초기 응력레벨은 122.24MPa로 고려되었으며 재료의 파괴 한계상태를 국외자료를 토대로 초기 강 성 대비 20% 강성 감소로 고려하였다. 최종적으로 본 연구를 통하여 총 3단계 구간들에서 강성값의 감소 변화를 확인할 수 있었다. 첫 번째 구간에서는 대체적으로 높은 강성 감소가 시험체에서 발생하였으며 이후 두 번째 구간에서도 지속적인 강성값 감소가 확인되었다. 최종적으로 3단계 구간에서 복합재료 내 섬유 파단과 더불어 복합재료 전체에 대한 한계파괴상태에 도달하였다.

In this research, carbon nanotubes(CNT) and graphene nanoplates(GnP) are deposited on the surface of carbon fibers(CF) at once. Investigating the effect between CNT and GnP on increasing the interfacial and mechanical properties of carbon fiber reinforced epoxy composites(CFRP). The cross section of the CFRP composites indicates that the GnPs/CNTs hybrid coating exhibits significantly higher mechanical performance in all coating samples. The interlayer shear strength of the GnPs/CNT hybrid coated CFRP composite was 90% higher than that of the uncoated CF composite. The flexural and tensile strength of CFRP composites using GnPs /CNT hybrid coatings were improved by 52% and 70%, respectively, compared to uncoated CF.

본 연구에서는 CH4/CO2 혼합가스에서 CO2 분리를 위해 세라믹 중공사 접촉막 모듈(HFMC)을 이용하여 실험을 수행하였다. 고 내구성의 HFMC를 제작하기 위해, 고강도의 중공사막을 제조하여 평가하였다. 제조한 중공사막을 이용하여 HFMC를 제작하였고, 실험은 CH4/CO2 혼합 기체(30% CO2, CH4 balance)와 monoethanolamine (MEA)를 사용하였다. HFMC 운전 중 기체와 흡수제의 압력이 CO2 제거 효율에 어떠한 영향을 주는지 평가하였다. CO2 제거 효율은 기체압력이 증가함에 따라 같이 상승하였으며, CO2 흡수 flux 또한 액체유량과 함께 증가하는 추세를 보였다. 또한 CO2 흡수율이 40% 이하일 때 는 흡수제가 아래쪽에서 들어가는 향류형태인 LTS-1이 흡수제가 위쪽에서 들어가는 향류형태인 LTS-2보다 CO2 제거 성능 이 높았으며, 흡수율이 40% 이상일 때는 LTS-2가 LTS-1보다 성능이 높았다.

유리섬유강화 모르타르 관을 구성하는 보강섬유는 직교이방성 부재로 간주되며 재료의 성질은 서로 직각을 이루는 두 개의 축을 기준으로 정의된다. 유리섬유 모르타르 관의 구조적 거동 해석을 수행하기 위해서 길이방향과 원주방향의 재료의 역학적 성질, 즉 탄성계수, 전단탄성계수, 포아송비 등이 필요하며 각각의 성질들은 실험을 통해 결정하였다. 이 실험으로부터 구한 각각의 역학적 성질을 적용하여 간소화된 유한요소해석방법을 제안하기 위해 적층판 이론으로부터 유리섬유강화 모르타르 관의 탄성계수를 계산하고, 계산된 탄성계수를 적용하여 유한요소 해석을 수행하였다. 또한, 유한요소해석과 편평시험을 통해 구한 하중-변위 관계를 비교하였으며 ASTM D2412에서 제시하고 하고 있는 관의 강성 값을 유한요소해석과 실험을 통해 예측하여 비교하였다.

GRP관은 연성관으로 분류되며, 지중에서 지반과 함께 외부하중에 저항하는 상호거동을 한다. 또한 국내 설계기준에서는 GRP관의 설계에 대한 명확한 규정을 제시하지 못하고 있으나, AWWA M 45 및 ASTM D 2412에서는 지중매설 GRP관의 관변형에 대한 주요설계변수를 관강성, 지반반력계수, 기초각 등으로 규정하고 있다. 이 연구에서는 지중매설된 연성관의 구조적 거동을 파악하기 위하여 기존 연구에서 수행한 연구결과와 AWWA M 45에서 제시하고 있는 설계식을 이용하여, 관강성, 지 반반력계수, 기초각계수를 변수로 지반-관 상호작용 특성을 검토하였다. 검토결과 지중매설 GRP관의 구조적 거동에 가장 큰 영향을 미치는 설계변수는 지반반력계수이고, 기초각은 180°로 시공하여야 하며, 특히 대구경관에서는 지반의 영향이 더욱 중요한 것으로 나타났다. 따라서 GRP의 안전성을 확보하기 위해서는 시공과정에서 되메움토에 대한 다짐도, 상대밀도, 흙의 종류에 대한 세부적인 규정과 관리가 필요하며, 특히, 헌치부에 대한 시공관리가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

FRP 보강이 RC 기둥의 내진성능에 미치는 효과를 평가하고자 다양한 실험 연구가 수행되어 왔다. 그 중 많은 연구가 휨지배를 받는 원형 단면 RC 기둥의 거동에 초점을 맞추었다. 단면 형태가 FRP 보강에 의한 구속효과에 영향을 주기 때문에, 단면 형태에 따라 보강효과 및 최종손상 양상이 다를 수 있다. 또한, 기존 RC 기둥 중 일부는 현재의 구조기준을 만족하지 못하는 설계로 인하여 취성적인 파괴 모드인 전단 파괴가 발생할 것으로 여겨진다. 이 두 가지 조건을 고려하여, 현무암 섬유를 함유한 FRP 시트와 복합섬유 패널로 보강한 정사각형 단면을 가진 짧은 RC 기둥의 전단 거동을 살펴보기 위하여 반복하중 실험을 수행하였다. 실험 결과에서 전체적인 전단 거동의 개선을 확인하였으며, 이러한 경향은 모서리 부분에서 심각한 손상이 발생할 때까지 유효하였다.