본 연구는 마샬 시험기를 이용하여 아스팔트 혼합물의 균열저항성을 평가할 수 있는 보다 간편하고 합리적인 측정시스템을 개발하는데 목적이 있다. 균열저항성 평가를 위한 파라메타로서 파괴에너지를 이용하였다. 마샬 시험기는 기본적으로 공시체 외부에 거치한 LVDT를 이용하여 수직변형률을 측정하는 시스템이며, 이 같은 외부 수직변형률 측정방식은 하중 스트랩 부분에서 발생하는 국부적인 변형으로 인해 측정오차를 야기할 가능성이 있다. 따라서 추가적인 계측 시스템을 설치하지 않고 기본적인 마샬 시험기를 이용하여 혼합물의 파괴에너지를 측정하기 위해서는 공시체 외부에 거치한 LVDT를 이용한 수직변형률 측정값이 파괴에너지 산정에 적용가능한지 여부를 검증하여야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 공시체 중앙부분에서의 수평변형률과 외부에 거치한 LVDT를 이용한 수직변형률을 측정하는 두 가지 방식의 간접인장강도실험을 수행하여 그 차이를 비교 분석하였다. 실험결과, 외부 수직변형률 측정의 문제점으로 지적되었던 하중 스트랩 부분에서 발생하는 국부적인 변형은 파괴시점 이전에는 극히 적은 것으로 나타나 파괴에너지 계산에 오차를 유발하지 않음을 보여주었다. 또한 외부 수직변형률 측정의 실험변동성을 확인한 결과, 변동계수가 15% 이하로 마샬시험기를 이용한 균열저항성 평가시스템에 이용 가능함을 알 수 있었다.

An energy based crack growth model is developed in this study to simulate the propagation of top-down cracking in asphalt pavements. A viscoelastic fracture mechanics approach, generalized J integral, is employed to model the crack growth of asphalt concrete. Laboratory fatigue crack propagation tests for three different asphalt mixtures are performed at various load levels, frequencies and temperatures. Disk-shaped specimens with a proper loading fixture and crack growth monitoring system are selected for the tests. It is observed from the tests that the crack propagation model based on the generalized J integral is independent of load levels and frequencies, while the traditional Paris’ law model based on stress intensity factor is dependent of loading frequencies. However, both models are unable to take care of the temperature dependence of the mixtures. The fatigue crack propagation model proposed in this study has a good agreement between experimental and predicted crack growth lives, which implies that the energy based J integral could be a better parameter to describe fatigue crack propagation of viscoelastic materials such as asphalt mixtures.

본 논문에서는 다중 균열 구조물에서의 균열 진전에 따른 에너지 해방을 및 고차 미분값을 구할 수 있는 가상균열 진전법을 제시한다. 이 방법은 다중 균열 체계의 에너지 해방율과 고차 미분값이 단 한번의 해석으로 수행될 수 있는 장점이 있다. 예제에서 얻어진 해의 최대 오차는 에너지 해방율 0.2%, 일차 미분값이차 미분값 이다 이 방법으로 구한 에너지 해방률의 미분값들은 파괴 확률을 구하거나, sire effect law에 적용될 수 있다.

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.

Lanthanum oxide was introduced to molybdenum powder by liquid-liquid doping and liquid-solid doping respectively. Mo alloys were prepared by powder metallurgy technology. The size distribution and feature of dopant particles and the fractographs of Mo alloys were investigated by TEM and SEM respectively. The results indicated that liquid-liquid doping method is favorable for refining and dispersing particles uniformly in matrix. Fracture toughness of Mo alloys prepared by liquid-liquid doping showed better results than that of liquid-solid doping. Furthermore, the influences of the size distribution of on properties of Mo alloys was discussed by dislocation pile-up theory.

The fracture behavior and mechanical characteristics of sintered rare-earth magnets were investigated. It shows that the fracture behavior and bending strength of the magnets obviously exhibit anisotropy. Sm-Co magnets tend to cleavage fracture in the close-packed (0001) plane or in the (10 11 ) plane. The fracture mechanism of Nd2Fe14B magnet mainly appears to be intergranular fracture. The anisotropy of fracture behavior and mechanical strength of sintered rare-earth magnets is caused mainly by the strong crystal-structure anisotropy and the grain alignment texture. The effects of Nd content, and Pr, Dy substitution on the impact stability of Nd2Fe14B magnets were also reported.

Three point bending tests of single edge notched beam (SENB) specimens were carried out to evaluate the fracture behavior of the fine-grain isotropic nuclear grade graphite, IG-11. To measure the crack initiation point and the subsequent crack growth, the direct current potential drop (DCPD) method and a traveling microscope were used. The effects of test variables like initial crack length, specimen thickness, notch type and loading rate on the measured fracture toughness, KQ, were investigated. Based on the test results, the ranges of the test variables to measure the reliable fracture toughness value were proposed. During the crack growth, the rising R-curve behavior was observed in IG-11 graphite when the superficial crack length measured on the specimen surface was used. The increase of crack growth resistance was discussed in terms of crack bridging, crack meandering, crack branching, microcracking and crack deflection, which increase the surface energy and friction force.

결정질 암반에 위치한 가상의 방사성폐기물처분장에 대한 정확한 안전성 평가를 수행하기 위해서는 다공암반으로 대표되는 공학방벽 및 결정질 암반으로 대표되는 자연방벽을 모두 고려한 매질에서의 물질 거동 특성을 정확하게 모사하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 단열-다공암반내 유동 및 물질전달의 정확한 해석을 위한 연결망 구축방법에 대하여 서술하였다. 실제 단열암반을 사실적으로 모사하기 위하여 단열 물성자료는 확률밀도함수를 이용하여 생성하였다. 2차원의 사각격자로 모사된 단열암반과 육면체로 모사된 다공암반간 교차선의 원활한 검색을 위하여 단열암반과 연결전 다공암반의 교차면에 가상의 단열암반을 추가적으로 도입하였다. 전체유동경로를 구성하기 저하여 생성된 단열들 간의 교차선을 효율적으로 검색할 수 있는 방법 및 단열암반 및 단열-다공암반간의 연결도를 신속히 확인하는 알고리즘을 제안하였다. 이러한 방법들은 추후 방사성폐기물처분장에서의 단열-다공 암반을 통한 핵종 이동 특성을 모사할 수 있는 수치코드 개발에 많은 도움을 줄 것으로 사료된다.

Many experimental and numerical approaches have been developed to evaluate paving materials and to predict pavement response and distress. Micromechanical simulation modeling is a technology that can reduce the number of physical tests required in material formulation and design and that can provide more details, e.g., the internal stress and strain state, and energy evolution and dissipation in simulated specimens with realistic microstructural features. A clustered distinct element modeling (DEM) approach was implemented In the two-dimensional particle flow software package (PFC-2D) to study the complex behavior observed in asphalt mixture fracturing. The relationship between continuous and discontinuous material properties was defined based on the potential energy approach. The theoretical relationship was validated with the uniform axial compression and cantilever beam model using two-dimensional plane strain and plane stress models. A bilinear cohesive displacement-softening model was implemented as an intrinsic interface and applied for both homogeneous and heterogeneous fracture modeling in order to simulate behavior in the fracture process zone and to simulate crack propagation. A disk-shaped compact tension test (DC(T)) with heterogeneous microstructure was simulated and compared with the experimental fracture test results to study Mode I fracture. The realistic arbitrary crack propagation including crack deflection, microcracking, crack face sliding, crack branching, and crack tip blunting could be represented in the fracture models. This micromechanical modeling approach represents the early developmental stages towards a 'virtual asphalt laboratory,' where simulations of laboratory tests and eventually field response and distress predictions can be made to enhance our understanding of pavement distress mechanisms, such its thermal fracture, reflective cracking, and fatigue crack growth.

일반적으로 아스팔트 포장에서 개질재의 효과는 개질 아스팔트 혼합물과 일반 아스팔트 혼합물 사이의 재료 특성 (인장강도, 스티프니스 등)을 단순히 비교함으로써 평가된다. 그러나 개질 아스팔트의 효과를 평가하는데 있어서 이러한 단순 비교는 아스팔트 혼합물의 특성을 제대로 반영하지 못하는 결과를 초래할 수 있다. 따라서 개질 아스팔트 혼합물의 특성을 효과적으로 평가하기 위해서는 아스팔트 혼합물의 주요한 특성들을 종합적으로 반영할 수 있는 합리적인 매개변수가 요구된다. 본 연구에서는 이러한 매개변수로서 최근에 새롭게 개발된 공용성 에 근거한 파괴 기준 (Energy Ratio)을 이용하여 SBS 개질 아스팔트와 Crumb Rubber 개질 아스팔트의 파괴 저항성의 효과를 정량화하고 그에 따른 비용 효과를 비교 분석하였다. 분석 결과, SBS 개질 아스팔트 혼합물의 Energy Ratio가 Crumb Rubber 개질 아스팔트나 일반 아스팔트 혼합물의 Energy Ratio에 비해 두 배 이상 높음을 알 수 있었으며, 그에 따른 SBS 개질재의 비용 절감효과는 최대 24% 정도로 나타났다. 본 연구 결과, Energy Ratio는 개질 아스팔트의 효과를 평가하는데 유용할 뿐만 아니라, 공용성에 근거한 아스팔트 포장의 두께 설계의 파괴 기준으로도 이용 가능함을 확인할 수 있었다.

The main goal of this work is to study the effects of temperature and volume fraction of fiber on the Charpy impact test with GF/PP composites. The critical fracture energy and failure mechanisms of GF/PP composites are investigated in the temperature range of 60℃ to -50℃ by impact test. The critical fracture energy increased as the fiber volume fraction ratio increased. The critical fracture energy shows a maximum at ambient temperature and it tends to decreases as temperature goes up or goes down. Major failure mechanisms can be classified such as fiber matrix debonding, fiber pull-out and/or delamination and matrix deformation.

용접접합부 균열의 파괴역학적 해석을 위해서는 용접중에 발생하는 잔류응력해석과 파괴해석이 병행되어야 한다. 잔류응력이 존재하면 J-적분은 더 이상 적분경고에 관계없이 인정한 값을 갖는 특성을 잃어버리게 된다. 또한 균질한 재료와는 달리 이종재료 계면균열에서는 균열선난에서 Mode I과 Mode II의 파괴거동이 동시에 발생한다. 그러므로 이종강재 용접접합부 균열의 J-적분 해석을 위해서는 이종강재 용접시 발생하는 잔류응력이 존재하는 경우에도 적분경로에 관계없이 일정한 값을 갖는 새로운 J-적분식이 도입되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 J-적분을 수정하여, 이종강재 용접시 발생하는 잔류응력이 존재하는 경우에 경로 독립성을 유지하는 J-적분을 고찰하고, 이를 이용하여 잔류응력과 외력이 동시에 작용하는 균열선단에서의 J-적분을 해석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 자체개발한 탄소성 해석프로그램을 이용하여 이종강재 용접시 잔류응력과 외력에 대한 응력분포를 계산하였으며, 이를 이용하여 잔류응력과 외력의 복합하중에 대한 J-적분을 계산하였다.

하이브리드 복합재료(Hybrid composites) 의 층간 파괴 인성치에 영향을 주는 인자 중 적층순서, 하중점변위율, 초기크랙길이를 변화 시켰을 때의 실험 결과는 다음과 같다. (1) CF/CF, CF/GF. GF/GF로 적층하였을 경우 층간파괴인성치값은 서로 같은 계면을 성형한 것보다 서로 다른 계면을 적층한 CF/GF의 경우가 강도면에서 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. (2) 하중점변위율은 미세한 변동은 있었으나, 하중점변위율의 영향은 거의 받기 않는 것을 알 수 있었다. (3) 초기크랙을 변화시켰을 때, 초기크랙길이의 영향은 일정하지 않았다. CF/CF인 경우는 초기크랙이 짧은 경우, CF/GF. GF/GF인 경우는 초기크랙이 긴 경우에 높은 값을 나타났다. 이것은 GF 섬유가 직조형태의 프리프레그로 되어 있어 크랙의 진전에 따라 섬유부스러기 등의 생성에 따른 영향이라고 생각된다. (4) 적층순서에 따라 파면의 섬유 분포 형태가 달랐으며 CF/GF인 경우가 섬유의 파손형태가 가장 복잡하게 나타났으며, 이것이 높은 층간파괴인성치를 나타내는 원인이라고 판단된다.

The main goal of this work is to study the effect of glass fiber volume fraction on the result of tensile test with respect to glass fiber/polypropylene(GF/PP) composites. The tensile test and failure mechanisms of GF/PP composites were investigated in the fiber volume fraction range from 10% to 30%. The tensile strength and the fracture strength increased with the increasing of the fiber volume fraction in the tested range. Fiber pull-out and debonding of this composites increased with the fiber volume fraction in thc tested range. The major failure mechanisms were classified into the debonding, the fiber pull out, the delamination and the matrix deformation.

신 구 콘크리트의 부착강도 시험시 두 재료의 계면에서 파괴가 유도되어 순수한 부착강도를 측정할 수 있도록 계면에 원형의 비부착면을 삽입하여 직접인발시험에 의해 부착강도를 측정하는 실험방법을 제시하였다. 먼저, 새로 제안한 실험방법에 의해 계면에서 응력이 집중되는 정도를 파악하기 위해 유한요소해석을 수행하여 두 재료의 탄성계수비 및 비부착면의 면적 (균열률)에 따른 계면에서의 파괴에너지를 산정하였으며, 부재의 크기 및 하중에 대한 보정을 감안하여 무차원함수로 환산하였다. 그리고 본 연구에서 제시된 부착강도 시험방법의 신뢰성을 입증하기 위해, 3가지 크기의 원형 비부착면(균열률 0.2, 0.4. 0.6)이 삽입된 신 구 콘크리트 복합시편(유황 폴리머 콘크리트+보통 콘크리트)을 사용하여 부착강도를 측정하였고 앞서 전개된 무차원함수로부터 계면 파괴에너지를 역산하였다. 시험결과, 모든 시편이 계면에서 파괴가 유도되었다. 또한 실험 데이터 및 해석결과를 분석하여 균열률이 0.4~0.6인 경우에 부착강도의 오차가 가장 적게 발생될 수 있음을 파악하였다.

본 연구는 재생골재를 사용한 콘크리트의 강도 및 파괴특성을 고찰하므로써 콘크리트 포장체에 적용성 여부를 검토하기 위해 수행하였다. 재생콘크리트의 초기강도는 낮았으나 재령 증가에 따라 기준콘크리트와 거의 유사한 값을 나타내었으며. 탄성계수는 골재 강성 차이로 인하여 낮게 나타났다. 또한 고로슬래그 미분말을 혼합한 재생콘크리트의 강도개선효과를 확인할 수 있었다. TPFM에 의한 파괴에너지는 초기재령에서 재생콘크리트의 파괴특성이 우수한 것으로 나타났으나, 재령증가에 따라 기준콘크리트와 유사한 값으로 나타났다. 또한 P-CMOD 측정결과로부터 이론적으로 구한 탄성계수 및 인장강도와 실험으로 구한 탄성계수 및 쪼갬인장 강도사이의 상관성은 매우 높은 결과를 나타내어 시험방법의 신뢰성을 확인할 수 있었다.

하이브리드 복합재료(Hybrid composite)의 모드 I 층간파괴인성치에 영영향 주는 인자 중 적층순서, 하중점변위율, 초기크랙길이를 변화 시켰을 때의 실험 결과는 다음과 같다. (1) CF/CF, CF/GF, GF/GF로 적층하였을 경우 층간파괴인성치값은 서로 같은 계면을 성형한 것보다 서로 다른 계면을 적층한 CF/GF 의 경우가 강도면에서 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있다. (2) 하중점변위율을 0.2, 2, 20mm/min로 변화하였을 때, 미세한 변동은 있었으나, 허중점변위율의 영향은 거의 받지 않는 것을 알 수 있었다. (3) 초기크랙을 25, 30, 35, 40, 50mm로 변화시켰을 때 초기크랙길이의 영향은 일정하지 않았다. CF/CF인 경우는 초기크랙이 짧은 경우, CF/GF, GF/GF인 경우는 초기크랙이 긴 경우에 높은 값을 나타냈다. 이것은 GF 섬유가 직조형태의 프리프레그로 되어 있어 크랙의 진전에 따라 섬유부스러기 등의 생성에 따른 영향이라고 생각된다. (4) 적층순서에 따라 파면의 섬유 분포 형태가 달랐으며, CF/GF인 경우가 섬유의 파손형태가 가장 복잡하게 나타났으며, 이것이 높은 층간파괴인성치를 나타내는 원인이라고 판단된다.

Many of researches regarding mechanical properties of composite materials are associated with humid environment and temperature. Especially the temperature is a very important factor influencing the design of thermoplastic composites. However, the effect of temperature on impact behavior of reinforced composites have not yet been fully explored. An approach which predicts critical fracture toughness GIC was performed by the impact test in this work. The main goal of this work is to study the effect of temperature and span of specimen supports on the results of Charpy impact test for GF/PE composite. The critical fracture energy and failure mechanism of GF/PE composites were investigated in the temperature range of 60℃;to;-50℃ by the Charpy impact test. The critical fracture energy showed the maximum at the ambient temperature, and it tended to decrease as the temperature increased or decreased from the ambient temperature. The major failure mechanisms are the fiber matrix debonding, the fiber pull-out and/or delamination and the matrix deformation.n.