The need for lightweight yet strong materials is being demanded in all industries. Carbon fiber-reinforced plastic is a material with increased strength by attaching carbon fiber to plastic, and is widely used in the aerospace industry, ships, automobiles, and civil engineering based on its low density. Carbon-reinforced fiber plastic is a material widely used in parts and manufactured products, and structural analysis simulation is required during design, and application of actual material properties is necessary for accurate structural analysis simulation. In the case of carbon-reinforced fiber plastics, it is reported that there is a porosity of around 0.5% to 6%, and it is necessary to check the change in material properties according to the porosity and pore shape. It was confirmed by applying the method. It was confirmed that the change in elastic modulus according to the porosity was 10.7% different from the base material when the porosity was 6.0%, and the Poisson's ratio was confirmed to be less than 3.0%. It was confirmed that the elliptical spherical pore derived different material properties from the spherical pore depending on the pore shape, and it was confirmed that the shape of the pore had to be confirmed to derive equivalent material properties.

본 논문에서는 3차원 엮임 재료의 재료 물성치들을 효율적으로 분석하고 추후 최적설계 연구에 활용하기 위해서 파라메트릭 배치 해석 워크플로우를 제시하였다. 3차원 엮임 재료를 구성하는 와이어들 사이의 간격을 설계 매개변수로 하는 파라메트릭 모델에 대해 서 임의의 변수 조합을 가지는 2,500개의 수치 모델을 생성하였으며, 상용 프로그램인 매트랩과 앤시스의 여러 모듈을 사용하여 체적 탄성계수, 열전도도, 유체투과율과 같은 다양한 재료 물성치들을 배치 해석을 통해서 자동으로 얻어질 수 있도록 구성하였다. 이와 같 이 얻어진 대용량의 재료 물성치 데이터베이스를 활용해서 회귀 분석을 수행하였으며, 그 결과 설계 변수들과 재료 물성치 사이의 경 향성과 수치 해석 결과의 정확도를 검증하였다. 또한 확보된 데이터베이스를 통해서 3차원 엮임 재료의 물성치를 예측할 수 있는 인 공 신경망을 구성하고 학습시켰으며, 그 결과 임의의 설계 매개변수 값들을 가지는 엮임 재료 모델에 대해서 구조 및 유체해석 과정 없 이도 높은 정확도로 재료 물성치들을 추정할 수 있음을 확인하였다.

In order to respond to environmental pollution, developed countries, including Korea, have begun to conduct research to utilize hydrogen energy. For mass transfer of hydrogen energy, storage as liquid hydrogen is advantageous, and in this case, the volume can be reduced to 1/800. As such, the transportation technology of liquefied hydrogen for ships is expected to be needed in the near future, but there is no commercialized method yet. This study is a study on the technology to test the performance of the components constituting the membrane type storage container in a cryogenic environment as a preparation for the above. It is a study to find a way to respond by analyzing in advance the problems that may occur during the shear test of adhesives. Through this study, the limitations of ISO4587 were analyzed, and in order to cope with this, the specimen was supplemented so that fracture occurred in the adhesive, not the adhesive gripper, by using stainless steel, a low-temperature steel, to reinforce the thickness. Based on this, shear evaluation was performed under conditions lowered to minus 243℃, and it was confirmed that the breaking strength was higher at cryogenic temperatures.

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.

The demand for materials with porosity is steadily increasing and the need for porous materials is increasing in fields such as chemical engineering and energy storage. In order to minimize trial and error, verifying design validity through finite element method at the design stage has the advantage to verify design validity with low cost. However there are limitations in finite element analysis using porous materials. In this study calculating the equivalent mechanical properties reflecting the porosity was carried out, and the first step was the isotropic elasticity in plane stress condition. The equivalent elastic modulus and the equivalent Poisson's ratio were derived through simulation. Assuming that the voids exist in a two-dimensional symmetrical shape and a constant distribution, the unit cell was defined and the equivalent mechanical properties were calculated. The specimen with same condition were measured through a universal test machine (UTM), the elastic modulus and Poisson's ratio were measured. The similarity between the value obtained through the simulation and the value measured through the experiment was under 5%, so the validity of this simulation was verified. With this result, FEM with porous materials will be used for design.

Cured-in-place-pipe(CIPP) is the most adopted trenchless application for sewer rehabilitation to extend the life of the existing sewer without compromising both direct construction and indirect social costs especially applied in the congested urban area. This technology is globally and domestically known to be the most suitable for partial and full deteriorated pipe structure rehabilitation in a sewer system. The typical design of CIPP requires a significant thickness of lining to support loading causing sewage flow interruption and increasing material cost. This paper presents development of a high strength glass fiber composite lining material for the CIPP application and structural test results. The test results exhibit that the new glass fiber composite lining material has 12 times of flexural strength, 6.2 times of flexural modulus, and 0.5 Creep Retention Factor. These test results can reduce lining design thickness 35% at minimum. Even though taking into consideration extra materials such as outer and inner films for actual field applications, the structural capacity of the composite material significantly increases and it reduces 20 percent or more line thickness as compared to the conventional CIPP. We expect that the newly developed CIPP lining material lowers material costs and minimizes flow capacity reduction, and fully replaceable to the conventional CIPP lining materials.

Recently, the amount of heat generated in devices has been increasing due to the miniaturization and high performance of electronic devices. Cu-graphite composites are emerging as a heat sink material, but its capability is limited due to the weak interface bonding between the two materials. To overcome these problems, Cu nanoparticles were deposited on a graphite flake surface by electroless plating to increase the interfacial bonds between Cu and graphite, and then composite materials were consolidated by spark plasma sintering. The Cu content was varied from 20 wt.% to 60 wt.% to investigate the effect of the graphite fraction and microstructure on thermal conductivity of the Cu-graphite composites. The highest thermal conductivity of 692 W m−1K−1 was achieved for the composite with 40 wt.% Cu. The measured coefficients of thermal expansion of the composites ranged from 5.36 × 10−6 to 3.06 × 10−6 K−1. We anticipate that the Cu-graphite composites have remarkable potential for heat dissipation applications in energy storage and electronics owing to their high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient.

본 논문에서는 압입시험을 통해서 초탄성 재료 물성치를 평가하는 간단한 방법을 제시하였다. 초탄성 재료 모델 중, 3개의 물성치(C10, C20, C30)를 가지는 Yeoh 모델을 선택하여 주연신률로 표현되는 변형률 에너지 밀도를 적용하였다. Yeoh 물성치를 변화시키며, 구형 압입시험 유한요소해석을 수행하여 압입자 반력-변위 곡선을 획득하였다. 압입자 반력-변위 곡선을 3차 다항식으로 근사하였고, 이 다항식을 물성치(C10, C20, C30)의 3차 곱으로 근사된 3차 다항식으로 표현하였다. 압입자 반력-변위 곡선 근사를 위해 회귀분석을 진행하여 수식들의 계수를 결정하였으며, 이 회귀식을 이용하여 초탄성 재료의 물성치를 평가 하였다. 초탄성 재료 물성치 평가를 수행하고 오차를 비교하여 유효성을 보여 주었다.

이 논문은 재료의 전기 전도도 분포를 재구성하는 전기임피던스 단층이미지 기법(electrical impedance tomography; EIT)을 제시한다. 이 문제는 구조물 표면의 전극에서 측정된 전위와 계산된 전위의 차를 최소화하여 전기 전도도의 공간적 분포를 재구성하는 최적화 문제로 정의된다. 전류 입력 시 전위를 구하는 정해석 문제의 수학적 모델로서 완전전극모델(complete electrode model; CEM)을 사용하였다. 완전전극모델은 전기 포텐셜에 대한 라플라스 방정식과 전류 입력에 따른 경계조건들로 구성되는 경계값 문제이다. 완전전극모델 해의 정확성을 검증하기 위하여 유한요소법을 이용해 구한 원형 구조물의 전위해와 Technology Computer Aided Design(TCAD) 소프트웨어를 사용해 얻은 결과를 비교하였다. 완전전극모델의 지배방정식과 경계조건을 구속조건으로 하는 최적화 문제를 라그랑주 승수법(lagrange multiplier method)을 이용해 비구속 최적화 문제로 전환하고 라그랑지안의 1차 최적화 조건으로부터 전극에서의 전위 차를 최소화하는 최적의 전기전도도 분포를 도출 하였다. 원형 균일영역의 전기 전도도 분포를 재구성하는 역해석 예제를 통해 완전전극모델 기반 EIT 프레임워크의 적용성을 검토하였다.

최근 국내 구조물들의 노후화가 진행됨에 따라 구조물 보강과 관련된 연구에 대한 관심이 높아지고 있다. FRP보강은 노후화가 진행되어 성능이 저하된 구조물을 보강하는데 사용되며 주로 유리섬유 및 탄소섬유를 사용한다. 그러나 이 두 가지의 섬유는 경제적으로나 환경적으로나 나쁜 점이 있다. 따라서 본 연구에서는 친환경적이고 내열성이 우수한 현무암 섬유를 구조 용 보강재로 제시하고자 하였다. 또한 본 연구에서는 현무암 섬유에 가장 적합한 수지를 찾기 위하여 에폭시, 폴리에스테르 및 비닐에스테르를 함침 하였다.그 결과, 에폭시 수지를 사용하였을 때 가장 높은 인장 강도 및 탄성계수를 보였으며 전단강도 및 전단탄성계수가 타 수지에 비하여 50%정도 높게 측정되었다. 현무암섬유와 탄소, 유리 섬유의 물성을 비교한 결과 인장강도는 CFRF의 약 60%정도이나 GFRP보다 30%정도 높게 나타내었다.

본 연구에서는 탄소나노튜브/화이버/폴리머 복합소재 구조에 대한 재료 물성 및 강성 추정을 다룬다. 수정된 Halpin-Tsai 모델을 적용한 멀티 스케일 해석은 탄소나노튜브의 함유량 비율, CNT 두께-길이 비율, 화이버 부피 함유량, 그리고 화이버 보강각도 변화에 따라서 수행되었다. 본 연구에서 제시한 멀티-스케일 접근방법은 기존 모델을 적용하여 얻은 결과와 비교하여 검증하였다. 매개변수 해석을 통하여 CNT의 적절한 함유량은 적층된 CNTFPC 구조의 구조성능의 향상시킬 수 있는 중요한 특성을 규명하였다.

Ti alloys are extensively used in high-technology application because of their strength, oxidation resistance at high temperature. However, Ti alloys tend to be classified very difficult to cut material. In this paper, The powder synthesis, spark plasma sintering (SPS), bulk material properties such as electrical conductivity and thermal conductivity are systematically examined on Ti2AlN and Ti2AlC materials having most light-weight and oxidation resistance among the MAX phases. The bulk samples mainly consisted of Ti2AlN and Ti2AlC materials with density close to theoretical value were synthesized by a SPS method. Machining characteristics such as machining time, surface quality are analyzed with measurement of voltage and current waveform according to machining condition of micro-electrical discharge machining with micro-channel shape.

In this study, material characteristics of glass fiber composite were evaluated by experiment. Tensile, compression and in-plane shear test were performed as test method of ASTM. Velocity of Tensile and compression test was 2mm/min and in-plane shear test was 4mm/min. At the test result, elastic modulus of tensile and compressive were similar. Maximum compressive strength and maximum compressive strain were smaller than the maximum tensile strength and maximum tensile strain.

아스팔트 콘크리트 포장 파손 중 40cm-50cm 지름과 5cm-10cm 깊이를 갖는 움푹 파이는 형태의 포장 파손을 포트홀(pothole)이라고 한다. 포트홀 파손 발생 메커니즘은 아스팔트 혼합물에 수분이 침투하고, 아 스팔트 바인더와 골재의 점착력이 침투한 수분에 의하여 약화되어 발생한다. 따라서 아스팔트 콘크리트 포 장의 포트홀은 주로 장마 기간에 많이 발생하지만 최근 들어 지구 온난화의 영향으로 겨울철 강우 또는 강 설의 증가와 제설제의 영향으로 겨울과 봄에도 많이 발생하고 있다. 본 연구에서는 아스팔트 콘크리트 포장 에 발생한 포트홀 파손을 효율적으로 상온에서 보수할 수 있는 보수 재료에 대한 기본 물성 시험으로 마샬 시험을 수행하였으며, 시험에 적용된 보수 재료는 밀입도 아스팔트 콘크리트 포장용(공극률 4%, Type A)과 배수성 포장용(공극률 15%, Type A) 및 중간 단계의 공극(공극률 10%, Type C)을 갖고 있는 포장용으로 개발되었다. 목표 공극률 4% 혼합물(Type A)의 경우 안정도가 시험 장비의 재하하중 범위를 넘어 측정할 수 없었지만 세 가지 혼합물 모두 마샬시험 결과 모두 서울시의 마샬시험기준을 만족하는 것으로 나타났다.

본 논문은 에폭시 계열의 폴리머 콘크리트 교면포장 공법의 국내 적용 가능성을 검토하기 위하여 교면포장용 폴리설파이드 에폭시 재료에 대한 물리 역학적 특성을 평가하기 위하여 수행하였다. 강도특성을 평가하기 위하여 압축강도, 휨강도, 접착강도 시험을 수행하였으며 내구특성 평가를 위하여 염소이온침투시험, 동결융해저항성시험, 자외선영향 평가를 실시하였다. 시험결과 압축강도, 휨강도, 접착강도 등은 미국콘크리트협회에서 제시하는 기준을 만족하는 것으로 평가되었다. 그러나 다양한 시험온도에서의 강도 시험결과에서 에폭시 재료가 온도 의존성이 큰 것으로 나타나 향후 국내 적용시 이에 대한 고려가 필요할 것으로 판단된다. 휨강도 시험을 통한 처짐에 대한 추종성은 기존 아스팔트 교면포장에 비해 우수한 것으로 평가되었다. 또한 염소이온침투 저항성, 동결융해 저항성 등에 대해서도 우수한 성질을 가진 것으로 평가되었다. 에폭시 슬러리 혼합물에 대한 자외선 영향 평가에서는 강도 증가와 파괴시 변형률 감소가 나타났으나 자외선 노출 후에도 기존 아크릴계 폴리머 콘크리트보다 처짐에 대한 추종성이 양호한 것으로 평가되었다. 따라서 폴리설파이드 에폭시 재료가 교면포장 공법으로 사용하기에 적절한 물리적 특성을 가지고 있다고 판단된다.

분리막 공정은 에너지 절약형 분리공정으로 전통적인 증류 분리공정과 비교하여 높은 선택도를 나타내기 때문에 액상 혼합물 분리의 대체 공정으로서 주목받고 있다. 제올라이트 막을 비롯한 무기분리막은 유기분리막의 단점을 보완하고 혹독한 조업조건에서도 운전이 가능한 장점을 지니고 있다. 최근 기존의 제올라이트 분리막의 단점을 보완하고 더욱 향상된 분리성능을 위한 새로운 무기분리막 재료들이 연구되어지고 있다. Kalsilite는 Si/Al 비율이 1로써 기존의 4A 제올라이트와 같이 친수성을 나타낼 것으로 예상되며 세공의 크기가 4A보다 더 작은 0.36 nm로 분리막으로 제조 시 가스분리, 물/유기물 혼합물에서 물의 선택적 분리가 가능할 것이다. 본 연구에서는 Si : Al : K : H2O = 1 : 1 : 8 : 60의 원료 포성 비율을 사용하여 kalsilite 분말을 경제적으로 수열합성 할 수 있는 새로운 공정을 개발하였으며. 최적의 합성조건인 합성온도 300℃, 합성시간 6시간으로 kalsilite를 합성할 수 있었다. XRD 분석을 통하여 kalsilite임을 확인하였으며 입도 분석 결과 평균입도는 2.73 μm이었다. 증기흡착 결과 kalsilite는 유기물보다 물에 대한 흡착능력이 큰 친수성 알루미노실리케이트임을 알 수 있었다.

아스팔트 혼합물의 수분손상은 물의 침투로 인해 아스팔트 피막과 골재 사이의 부착력이 손실되면서 발생하는 현상으로서, 이는 아스팔트 포장의 주요 파손형태 중 하나인 포트흘의 주요원인으로 알려져 있다. 이에 본 연구는 반복적인 수침에 의한 수분손상이 일반 아스팔트 혼합물의 재료물성에 미치는 영향을 평가하고자 수행하였다. 이를 위해 기존의 수분손상 시험법인 수정 라트만 시험의 수분 동결-응해 방법을 반복적으로 적용한 일반 아스팔트 혼합물을 대상으로 간접인장시험에 의한 상온물성의 변화특성을 평가하였다. 이를 통해 일반 아스팔트 혼합물의 상온물성은 수침횟수의 증가에 따라 초기에는 급격하게 감소하다가 이후 완만한 감소추세를 나타내었으며, 초기 수분손상에서 물성값의 약 50% 이상이 손실되는 것으로 관측되었다. 또한 파괴시점을 고려한 아스팔트 혼합물의 조기 수분손상 특성을 파악하는데, 25℃의 파괴 에너지와 크리프 변형 에너지를 이용한 재료물성의 손상비가 가장 높은 상관성을 나타내는 것으로 평가되었다.

본 연구는 지진하중을 받는 콘크리트 표면차수벽형 석괴댐(CFRD)의 정상부 변위에 대한 사력재료 주요물성의 민감도를 정량적으로 분석하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 현재 운영 중인 국내 CFRD 형식의 D댐에 대해 2가지 지진파, 각 지진파에 대해 2가지 설계진도, 사력재료에 대해 수행된 대형삼축압축시험 결과로부터 얻어진 물성값을 조합하여 만든 물성값이 다른 해석단면 27개를 작성, 총 108개 해석단면에 대한 동적 수치해석을 수행, 그 결과를 이용한 대역적 민감도분석을 수행하였다. 민감도분석 결과, 지진하중 작용 시 댐 정상부 침하량은 입력지진의 종류와 설계진도 크기에 상관없이 절대적으로 사력재료 전단탄성계수에만 영향을 받았으며 댐 정상부 횡변위의 경우에는, 사력재료 전단탄성계수의 영향이 크나 그 영향의 정도는 침하량에 미치는 정도에 비해 상대적으로 작으며, 침하량과는 달리 지진파의 종류와 크기에 따라 차이를 보였다. 본 연구결과에 한해 사력재료의 마찰각은 지진하중에 의한 CFRD 정상부 변위에는 전혀 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.