In this study, when manufacturing a rectangular plate with a pinhole, the following conclusions were obtained as a result of analyzing the shape characteristics of the unit cell that fills the interior of the plate and the effect of changes in the size of the pinhole on the stress concentration coefficient. 1. The stress value generated in the case of the completely empty model was 13.9 MPa, which is an 18.8% increase in stress compared to the stress value 11.7 MPa generated in the fully filled model. However, since the weight of the empty model is 43.6% lower than that of the filled model, it is believed to be very advantageous in terms of cost. 2. The stress concentration coefficient value is lowest for the solid model and highest for the hollow model at the same d/H value. In other words, you can see that the values are changing within the boxes of the solid model and hollow model. However, the grid matching model is closest to the solid model and the filling rate is as low as 33.4-9.1%, showing the most stable strength when filling empty space.

In this study, the pre-stress characteristics of magnetic rheological rubber, an intelligent material widely applied to mechanical systems, are measured. Intelligent materials are substances that change their properties in response to external inputs and are extensively used in mechanical systems. Magnetic rheological rubber is a representative intelligent material that can exhibit variable characteristics depending on the conditions. When measuring the physical properties of magnetic rheological rubber, it is placed in a magnetic field application device, where a magnetic field is applied, and the material is subjected to pre-stress. Similarly, when manufacturing intelligent mechanical systems using magnetic rheological rubber, pre-stress is induced by components used to apply the magnetic field. Generally, when a material is subjected to pre-stress, its properties change. Consequently, the performance of magnetic rheological rubber under pre-stress also varies. If the characteristics of the material under pre-stress change, the expected performance during design may deviate, leading to differences in the mechanical system's performance from the intended design. This variability makes it challenging to design mechanical systems based on intelligent materials, highlighting the importance of experimentally investigating their characteristics. Therefore, this study measures and identifies the pre-stress characteristics of magnetic rheological rubber under pre-stress. These findings can be applied to improve the measurement methods and design approaches for magnetic rheological rubber in pre-stressed conditions.

본 연구에서는 연속철근 콘크리트 포장(CRCP) 본선차로에 줄눈 콘크리트 포장(JCP) 길어깨가 적용되었을 경우에 타이바와 슬래브에 작용하는 응력을 완화시키고자 창녕밀양 고속도로 건설사업단 1공구에 타이바 규격 및 배치에 따른 3가지 경우를 구성하여 시험시공 을 실시하였다. 각 경우마다 타이바에 철근 변형률계를 설치하고 길어깨 포장에 콘크리트 변형률계를 설치하여 거동 분석을 수행하였 다. 분석 결과, 모든 경우에서 타이바와 콘크리트 슬래브의 응력이 강도에 비해 작게 분석되어 공용성에는 문제가 없음을 확인하였다. 향후 주기적인 거동 분석을 통해 최적의 타이바 배치 및 규격을 설계하여 콘크리트 포장의 공용성을 향상시키고자 한다.

국내에서는 고속도로에는 콘크리트 포장을 적용하고 있지만 도심지에서는 콘크리트의 양생기간으로 인해 장기간 교통차단이 필요없 는 아스팔트 포장을 주로 적용하고 있다. 그러나 아스팔트 포장은 공용수명이 길지 않아 잦은 유지보수 작업으로 인해 사용자들의 불 편을 초래하고 있다. 본 연구에서는 현장타설 콘크리트 포장 공법을 적용하더라도 즉시 통행이 가능한 포장 임시보호판 개발을 위하 여 임시보호판의 하부 지지보 설치 간격 최적화를 목적으로 3차원 유한요소해석 프로그램을 이용하여 차륜 하중에 대한 응력분포를 분석하였다. 해석에 사용된 임시보호판은 길이 6m, 폭 3m, 두께 0.3m의 콘크리트 슬래브로 구성하였으며, 임시보호판의 하부 지지보 간격을 0.5m, 1m, 1.5m, 3m, 6m로 구성하였다. 하중 조건은 중차량인 버스를 고려하여 타이어 접지 면적당 33,540N의 분포하중을 지지 보 사이에 적용하여 분석하였다. 해석 결과, 하부 지지보 사이의 간격이 좁아질수록 응력이 감소하는 것을 확인하였다.

블로우업이 발생하는 구간에 ASR이 발생하고 있지만, 한국도로공사는 재료팽창인 ASR을 고려하지 않고, 콘크리트 팽창량을 계산하 여 팽창줄눈 설치간격을 제시하고 있다. 또한, 블로우업은 일종의 좌굴현상이므로 슬래브 두께에 따라 응력완화줄눈 설치 간격을 제시 할 필요가 있다. 따라서 본연구는 재료팽창과 슬래브 두께를 고려하여 응력완화줄눈 설치 간격을 제시하고자 한다. 팽창량 계산시, 재 료변형률과 지역별 온도와 건조수축을 고려하였으며, 이를 동등한 팽창을 유발하는 온도상승량으로 변환하는 식을 도출하였다. 기준온 도를 정하기 위해 실제 현장데이터를 팽창량 식에 대입하여 온도상승량으로 변환하였으며, 이를 블로우업을 모사한 콘크리트 포장 모 형의 유한요소해석 결과를 이용하여 결과값을 비교하였다. 안전설계를 위해 더 작은 온도 값인 블로우업 구조해석 결과 값 중 안전온 도를 블로우업이 일나는 기준으로 선정하였으며, 안전 온도를 넘지 않은 지역별 슬래브 두께에 따른 최대 응력완화줄눈 설치 간격을 제시했다. 한국도로공사가 제시하고 있는 기준과 비교한 결과, 일부 지역은 한국도로공사에서 제시하고 있는 기준에 만족하지 않았다. ASR 변형률을 고려하여 슬래브 두께에 따라 지역별로 응력완화줄눈 설치 간격을 제시하는 것이 블로우업 파손을 저감하고, 포장의 안정성을 향상시키는데 도움이 될 것이라고 판단된다.

본 논문에서는 평활화 유한요소법(Smoothed finite element method)을 도입한 응력 기반 구배 탄성론(Gradient elasticity)의 2차원 경 계치 문제에 대한 연구를 수행하였다. 구배 탄성론은 기존 탄성론에서는 표현할 수 없는 미소규모의 크기 의존적인 기계적 거동을 설 명하기 위해 제안되었다. 구배 탄성체론에서 고차 미분 방정식을 두 개의 2차 미분 방정식으로 분할하는 Ru-Aifantis 이론을 사용하기 때문에 평활화 유한요소법에 적용이 가능하게 된다. 본 연구에서 경계치 문제를 해결하기 위해 평활화 유한 요소 프레임워크에 스태 거드 방식(Staggered scheme)을 사용하여 국부 변위장과 비국부 응력장을 평활화 영역 및 요소에서 각각 계산하였다. 구배 탄성에서 중요한 변수인 내부 길이 척도의 영향을 측정하기 위해 일련의 수치 예제를 수행하였다. 수치 해석 결과는 제안한 기법이 내부 길이 척도에 따라 균열 선단과 전위 선에 나타나는 응력 집중을 완화할 수 있음을 보여준다.

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.

본 논문에서는 전산점근해석기법을 사용하여 복합재료 보에 대한 경계층 해를 계산하고, ANSYS 결과와 비교 검증하였다. 경계층 해는 내부해와 순수 경계층 효과의 합으로 표현되기 때문에, 내부 및 경계층에 대한 수학적으로 엄밀한 정식화를 요구한다. 전산점근 해석기법은 수학적으로 매우 강력한 기법으로, 이러한 문제에 유용하다. 그러나 경계층과 내부 해들의 연결을 시키기 쉽지 않은데, 본 연구에서는 가상일의 원리를 통해 생브낭의 원리와 내부 및 경계층 문제를 체계적으로 분리하였다. 경계층 해는 팝코비치-패들 고유 벡터를 계산하여, 실수부와 허수부 벡터들의 선형 조합으로 표현하고, 내부 해의 워핑 함수들을 보상할 수 있도록 최소오차 자승법을 적용하였다. 계산된 해들은 2차원 유한요소 해석 결과와 비교하여 정성적일 뿐만 아니라 정량적으로도 잘 일치하는 결과를 얻었다.

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.