Hot section components of gas turbines are exposed to a high operating temperature environment. To protect these components, thermal barrier coatings (TBC) are applied to their surfaces. Yttria-stabilized zirconia (YSZ), which is widely used as a TBC material, faces limitations at temperatures above 1200 °C. To mitigate these issues, research has focused on adding lanthanide rare earth oxides and tetravalent oxides to prevent the phase-transformation of the monoclinic phase in zirconia. This study investigated the effects of varying TiO2 content in Nd2O3 and Yb2O3 co-doped YSZ composites. Increasing TiO2 content effectively suppressed formation of the monoclinic phase and increased the thermal degradation resistance compared to YSZ in environments over 1200 °C. These findings will aid in developing more thermally stable and efficient TBC materials for application in high-temperature environments.

본 논문에서는 초기 압축 성형 공정 조건들이 단섬유 강화 복합소재 구조물의 기계적 거동 특성에 미치는 영향을 효과적으로 반영 할 수 있는 압축 성형-구조 연계 해석 방안을 제안하였다. 압축 성형 해석을 바탕으로 초기 charge의 형상 및 배치에 따른 부위별 단섬 유 배향 특성을 분석하였으며, 평균장 균질화 이론을 통해 단섬유 배향 특성에 따른 등가 이방 물성을 도출하였다. 나아가, 단섬유 배 향 정보가 Mapping된 유한요소 모델을 기반으로 초기 공정 조건들에 의해 야기되는 부위별 거동 특성 변화를 고려할 수 있는 압축 성 형-구조 연계 해석을 진행하였다. 관련 수치 예제 검증을 통해 제시된 해석 방안은 압축 성형을 통해 제작된 단섬유 강화 복합소재 구 조물 설계 과정에서 효과적인 솔루션을 제공함을 확인하였다.

본 논문에서는 3D 프린팅 공정을 통해 제작된 단섬유 강화 복합소재 구조물의 기계적 거동을 효과적으로 예측하기 위한 AM 공정 연계 구조 해석 기법을 제안하였다. 복합소재 3D 프린터(Mark Two, Markforged)를 활용하여 다양한 노즐 경로를 갖는 인장 시편을 출력하였으며, 출력물에 대한 인장 시험을 진행하였다. 또한, 노즐 경로에 따른 부위별 이방 물성을 도출하기 위해 실험적 데이터를 기반으로 역공학 기법을 적용하였다. 제안된 AM 공정 연계 구조 해석 방안의 타당성을 검증하기 위해 실험 결과와의 비교/분석을 병 행하였으며, 부위별 이방 물성이 반영된 FE 모델을 바탕으로 AM 공정 연계 구조 해석을 수행함으로써 복합소재 3D 프린팅 출력물의 거동 양상을 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였다.

최근, 큰 처짐과 다수의 균열을 동반하는 유사연성 거동과 부식에 대한 높은 내구성의 특징을 가진 FRCM(Fabric-Reinforced Cemenetitious Matrix) 복합체에 대한 관심이 증가하고 있다. 철근콘크리트 부재에 대해 다양한 장점을 지닌 FRMC 복합체를 적용할 경우 전단내력의 증대를 예상할 수 있으며, 이를 통해 내진성능이 요 구되는 철근콘크리트 구조물에 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 FRCM 복합체가 보강된 철근콘크리트 기둥에 대해 정적 반복가력 실험을 수행하고, 그 거동을 평가 하였다. 철근콘크리트 기둥은 직사각형 형상으로 단면의 크기가 300 × 300 mm이고, 순 높이는 800 mm로 제작되었다. 정적 반복가력 실험은 설정한 가력패턴에 따라 변위제어를 통해 횡 하중을 가력하 였고, 초기 축력은 기둥 용량의 10 %로 적용하였다. 정적 반복가력 실험 결과, 무보강 실험체 대비 약 27.33 %의 증진된 강도를 나타내었으며, 최대 강도 발현 시 층간변위비가 무보강 실험체 대비 약 187.6% 높게 나타냄에 따라 FRCM 복합체가 적용된 철근콘크리트 기둥의 높은 연성 거동을 확인 할 수 있다. 다만, FRCM 복합체를 실제 구조물에 적용하기 위해서는 추가적인 설계인자 개발을 통해 안 정성 및 신뢰성을 확보하는 것이 필수적이라고 판단된다.

The present research focuses on the tribological behavior of the AA5083 alloy-based hybrid surface composite using aluminosilicate and multi-walled-carbon nanotube through friction stir processing for automotive applications. The friction stir processing parameters (tool rotation and traverse speed) are varied based on full factorial design to understand their influence on the tribological characteristics of the developed hybrid composite. The surface morphology and composition of the worn hybrid composite are examined using a field-emission scanning electron microscope and an energy-dispersive x-ray spectroscope. No synergistic interaction is observed between the wear rate and friction coefficient of the hybrid composite plate. Also, adhesive wear is the major wear mechanism in both base material and hybrid composite. The influence of friction stir process parameters on wear rate and the friction coefficient is analyzed using the hybrid polynomial and multi-quadratic radial basis function. The models are utilized to optimize the friction stir processing parameters for reducing the rate of wear and friction coefficient using multi-quadratic RBF algorithm optimization.

PURPOSES : The wedge-type anchorage system requires a complex analysis of not only the tensile stress of the CFRP plate, but also the compressive stress and shear stress generated by the wedge action. The purpose of this study is to find a composite material failure theory that is suitable for analyzing the behavior of wedge-type anchorage system among various failure theories. METHODS : In this study, numerical analysis of various composite material failure theories was performed to analyze the anchorage strength and failure mode of the wedge-type anchorage system according to each failure theory, and compared with actual test results to determine the composite material failure theory most suitable for analyzing the behavior of a wedge-type anchorage system. RESULTS : Since the Maximum Stress failure theory shows similar results to the actual test in terms of failure mode and anchorage strength, there is no significant problem in applying it to the wedge-type anchorage system. However, it is judged to be difficult to apply under property conditions where interactions between stresses are highlighted. The Tsai-Hill and Tsai-Wu failure theories are considered unsuitable for application to wedge-type anchorage systems because the wedge angle conditions at which the most advantageous anchorage strength occurs are significantly different from other theories and the fracture type cannot be predicted. The Hashin-Rotem failure theory is considered to be the most appropriate to apply as a failure theory for the wedge-shaped anchorage system because the anchorage strength was slightly lower than the actual test results, but there was no significant difference, and the failure mode was consistent with the test results. The Hashin failure theory is judged to be unsuitable for application as a failure theory for the wedge-type anchorage system because the anchorage strength and failure mode were interpreted differently from the actual test results. CONCLUSIONS : The Hashin-Rotem failure theory was presented as the composite material failure theory most suitable for analyzing the behavior of wedge-type anchorage system.

Fiber-reinforced polymer (FRP) exhibits superior tensile strength and corrosion resistance compared to steel but has a lower elasticity. Recently, researchers have addressed this by proposing composite sections of FRP and concrete. To ensure the intended composite behavior, these FRP–concrete sections should exhibit sufficient stress transfer between the two elements through a shear connection. Herein, various shear connection methods were proposed to improve the composite behavior of glass fiber–reinforced polymer (GFRP) plates and concrete. Through push-out tests, the behavior characteristics of the prepared specimens were analyzed. The findings confirm that an FRP shear key (FSK) with a small cross-section resists high shear stresses, making it suitable for sections vulnerable to damage from bolt drilling. Additionally, combining an FSK with bolts as shear connectors on a GFRP plate proves beneficial in preventing the fracture of the plate and improving the shear resistance.

In this study, the structural integrity of the composite rocket motor case of a space launch vehicle was evaluated by conducting compression and bending tests. Two composite rocket motor case specimens with different stacking patterns were prepared for each test, and a dedicated jig was designed and manufactured. The test procedure was developed and applied separately for compression and bending tests. By performing these tests, the composite rocket motor case structural safety was assessed.

In this work, the ablation behavior of monolith ZrB2-30 vol%SiC (Z30S) composites were studied under various oxy-acetylene flame angles. Typical oxidized microstructures (SiO2/SiC-depleted/ZrB2-SiC) were observed when the flame to Z30S was arranged vertically. However, formation of the outmost glassy SiO2 layer was hindered when the Z30S was tilted. The SiC-depleted region was fully exposed to air with reduced thickness when highly tilted. Traces of the ablated and island type SiO2 were observed at intermediate flame angles, which clearly verified the effect of flame angle on the ablation of the SiO2 layer. Furthermore, the observed maximum surface temperature of the Z30S gradually increased up to 2,200 °C proving that surface amorphous silica was continuously removed while monoclinic ZrO2 phase began to be exposed. A proposed ablation mechanism with respect to flame angles is discussed. This observation is expected to contribute to the design of complex-shaped UHTC applications for hypersonic vehicles and re-entry projectiles.

CNTs/Al-Li composite was first prepared by hot-pressed sintering from Al-Li alloy powder and CNTs solution, and then the hot compression tests were performed on MMS-100 thermal simulator at strain rate range of 0.01– 10 s− 1, deformation temperature range of 350–500 °C, and total deformation amount of 60%. True stress–strain curves were plotted, and constitutive equation as well as hot processing maps were successfully confirmed based on Arrhenius constitutive model and Prasad instability criterion. Results show that CNTs/Al-Li composite have a very poor hot deformation ability and narrow processing region, which is strain rate range of 0.1–1 s− 1 and deformation temperature range of 360–400 °C. Hot extrusion experiment was carried out and the processing parameters were selected according to the established hot processing map, and an improvement on strength and a good balance between strength and plasticity can be obtained, which is about 650 MPa for tensile strength and 9% for elongation.

본 연구는 초고강도 콘크리트판, 그라우팅 및 모체 콘크리트 내에 후크와 스터드로 연결한 합성접합부의 전단 실험 을 수행하고 그 거동을 파악하고자 한다. 압축강도 35 MPa, 50 MPa 및 90 MPa 그라우팅의 강도, 4종류의 전단연결재 배치를 실험변수로 총 12개의 시험체를 제작하였다. 합성접합부의 전단력은 그라우팅 콘크리트의 압축강도에 따라 비례적 관계를 가지 고 있다. 휨모멘트가 지배적인 힘이 아니고 면적이 크며 서로 다른 시기에 콘크리트를 친 경계면 합성체에서 콘크리트 전단력 은 무시할 정도 크기가 아니다. 콘크리트 모체 압축강도보다 그라우팅의 압축강도가 크다면 접합부에서 콘크리트 전단력이 유 의미하게 크며 전단연결재를 병용하면 더 큰 전단력을 얻을 수 있다.

The connection of the steel structure serves to transmit external forces to the main components. The same is true for the behavior of modular systems composed mainly of steel or composite members. In this study, the joint performance of the composite and steel modules proposed was evaluated. The analytical models of the two joint types were constructed and were subjected to cyclic loading to assess the safety and the energy dissipation capacity of the joint types. The analysis results of the joints showed that the joints of the modular systems remain stable when the joint rotation reached the seismic performance limit state of the 0.02 rad required for steel intermediate moment frame. It was also observed that the joint of the composite modular system showed higher energy dissipation capacity compared with the steel modular system.

철근콘크리트 기둥에서 후프철근의 내진갈고리 시공성을 개선하기 위하여 기존 연구에서 “띠철근 갈고리 뽑힘 방지 장치”인 RCC장치(Rebar Confinement Clip)를 제안하여 인발실험을 통한 부착 및 정착성능 실험을 실시하였다. 그러나, 기존 연구의 실험에서는 콘크리트 구조기준에서 제시하는 피복두께를 준수하지 않았다. 그러므로, 보다 신뢰성 있는 실험 결과를 도출하 기 위하여 기준에서 제시하는 피복두께를 준수한 실험체로 실험을 실시할 필요가 있다. 이를 위하여 총 6개 실험체를 제작하여 실험을 실시하였으며 실험결과, 부착 및 정착의 합성강도는 RCC장치로 체결된 띠철근의 갈고리가 내진갈고리가 발휘하는 강도 보다 높게 나타났다. 또한, 내진갈고리의 실험체 균열 진전 및 파괴 양상과 RCC장치로 체결된 띠철근의 실험체는 유사하게 나타났다. 그러므로, 콘크리트 피복두께를 준수한 실험체에서 RCC장치로 띠철근에 체결할 경우 내진갈고리가 발휘하는 동등한 성능을 보유하고 있는 것으로 평가된다.

본 논문에서는 조립트러스 매립형 합성보의 실험과 해석을 통하여 휨 및 전단의 구조적 거동을 분석한다. 본 합성보는 복부가 개방된 트러스를 콘크리트 속에 매입함으로써 콘크리트와의 맞물림작용 및 일체성이 뛰어남으로 휨재로서 완전합성 거동을 한다. 본 합성보에서는 콘크리트 단면의 복부를 가로지르는 외곽 2열의 강재 복재가 상, 하 접합부로 긴결되어 있어서 철근콘크리트 보의 스터럽(Stirrup)과 같은 전단보강재의 역할을 한다. 그러나 본 합성보에서는 복재 접합부의 강도에 따라서 전 단보강재인 경사재 및 수직재의 전단내력이 변화되므로 이에 맞는 구조적 안전성이 확보된 새로운 전단강도식을 제안한다. 실험 및 해석결과, 조립트러스 매립형 합성보의 모든 실험체는 휨강도에 대하여 강재앵커가 있는 완전합성보로 평가되며, 제안된 전단강도식은 구조적 안전성이 충분히 확보된 것으로 평가된다.

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.

The life span of many engineering components depends upon their surface properties. The improved surface properties of the materials are essential for enhancing the mechanical and tribological performance of the material. In many applications, the components required only improved surface properties without changing the entire volume properties of the material. The friction stir process (FSP) is a novel processing technique for the fabrication of such surface composites. In the present investigation, the surface composites were fabricated by incorporating molybdenum disulfide ( MoS2) and graphite (Gr) as reinforcement on the surface of aluminum alloy (Al 1120) through the friction stir process (FSP) at tool rotational speed of 1400 rpm and tool feed rate of 40 mm/min process parameters using square profile FSP tool. The tribological behaviors of fabricated surface composites were calculated by using a pin on disk tribometer. It was observed that the wear resistance of surface composites improved as compared to the matrix material.

본 연구에서는 CFRP 복합재료 플레이트로 외부 보강된 철근콘크리트 보 구조물의 장기 거동 특성과 CFRP 복합재료 플레이트의 부착거동을 실험을 통하여 검토하였다. 장기 사용성을 고려하기 위하여 동결융해 시험법을 사용하였으며 4절점 휨 실험을 통하여 평가하였다. CFRP 복합재료 플레이트로 보강 후 동결융해를 진행한 시험체(FFCB)와 동결융해 후 CFRP 복합재료 플레이트로 보강한 시험체(LFCB)의 4절점 휨 실험 결과를 비교 분석하였다. LFCB 시험체가 FFCB 시험체 보다 조기에 CFRP 복합재료 플레이트의 박리가 발생하였으며, 파괴형태가 다르게 발생하였다. FFCB의 경우 콘크리트 커버가 탈락되었으며, LFCB의 경우 콘크리트의 표면의 탈락이 발생하였다. 동결융해의 영향을 받은 콘크리트 재료의 성질이 약화된 결과로 판단된다. 동결융해 실험을 통하여 콘크리트 공시체의 압축강도가 약 19% 감소하였으며. 이에 따라 콘크리트 커버부의 인장강도도 감소한 것으로 판단된다. 콘크리트 구조물에 대한 보강의 경우사용기간 및 환경변수 등을 고려하여, 콘크리트 보강표면에 대한 정확한 상태평가가 필요할 것으로 판단된다.

최근 건설기술발전은 시공순서 세분화와 단면강성증진과 같은 기술변화로 선형조건 및 시공여건에 따라 요구되고 있는 다양한 교량 상부거더 형식이 개발되고 있다. 즉, 교량하부 형하공간이 부족한 곳에 설치하여야 하는 저형고 또는 장경간 거더와 같이 각각의 교량 설치 위치 상황에 따라 다른 형식을 요구되고 있다. 이러한 요구로 기존의 하로판형교를 개선한 아치 엣지보로 보강된 U형 강합성 교량을 연구대상 교량으로 선정하게 되었다. 따라서 본 연구는 아치 형태로 변화는 I형 강재의 상부 압축부에 고강도 콘크리트를 충전시켜 각각의 주거더를 구성시킨 하로교형식의 강합성 U형거더를 실물제작하여 구조거동을 분석하였다. 실험하중은 2단계로 구분하여 적용하였다. 1단계는 설계하중 1,200kN의 2.5배인 1차 실험하중 3,000kN을 재하하여 실험오차와 재료비선형성을 확인하였다. 2단계 실험하중 2,000kN에서는 선형분포를 나타냈고 하중제거상태에서 잔류변형이 발생하지 않았다. 분석결과, 아치단면으로 변하는 주거더와 주거더 상단의 충전콘크리트의 합성은 단부의 압축력 집중현상과 같은 아칭효과를 나타냈다.