$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

고유동 강섬유보강 모르타르의 유동에 따른 섬유의 방향성 분포특성 변화의 예측

Numerical Simulation for the Variation of the Fiber Orientation Distribution according to the Flow of High-Flow Steel-Fiber Reinforced Mortar

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.22 no.6, 2009년, pp.639 - 646  

강수태 (한국건설기술연구원 구조교량연구실) ,  김진근 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

고유동 강섬유보강 모르타르는 타설과정에서 특정한 섬유 방향성 분포를 가질 수 있으며, 이에 따라 재료의 인장거동 특성에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 고유동 강섬유보강 모르타르의 타설단계에서의 유동에 따른 강섬유의 섬유 방향성 분포의 변화를 해석적으로 구하였다. 해석결과에 따르면 180mm 간격으로 나란히 놓여진 두 평판 사이에 흐르는 모르 타르의 전단흐름에 의한 섬유의 방향성 변화는 초기 150mm이내에서 크게 발생하는 것을 확인할 수 있었으며, 이후에서는 방향성 분포의 경향은 크게 변하지 않으며, 다만 흐름방향에 나란한 섬유의 밀도가 집중적으로 커지는 것을 볼 수 있었다. 섬유의 방향성과 섬유보강 복합체의 인장거동과 밀접한 관련성을 고려할 때, 이와 같은 방향성의 예측을 바탕으로 유동에 따른 고유동 강섬유보강 모르타르의 인장거동 변화의 예측이 가능할 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

High-flow steel-fiber reinforced mortar may induce a certain fiber orientation distribution in the process of placing and thus have an influence on the tensile properties. In this paper, the variation of the fiber orientation distribution according to the flow of high-flow steel-fiber reinforced mor...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 고유동 강섬유보강 모르타르에 대해 평면에서의 2차원 유동해석을 바탕으로 유동에 따른 모르타르 내섬유의 방향성 분포 변화를 시뮬레이션을 통해 파악해 보고자 하였다.
  • 본 연구에서는 고유동 강섬유보강 모르타르의 타설단계에서의 유동에 따른 모르타르 내 강섬유의 섬유 방향성 분포의 변화를 해석적으로 구하였다. 본 연구에서 고려한 형상의 구조물에 대해 주어진 해석조건으로부터 구한 해석결과에 따르면 두 평면 사이에 흐르는 모르타르의 전단흐름에 의한 섬유의 방향성 변화는 초기 150mm이내에서 크게 발생하는 것을 확인할 수 있었으며, 이후에서는 방향성 분포의 경향은 크게 변하지 않으며, 다만 흐름방향에 나란한 섬유의 밀도가 집중적으로 커지는 것을 볼 수 있었다.

가설 설정

  • 2mm인 강섬유를 혼입한, 플로우 값이 약 250mm내외인 고유동 강섬유보강 모르타르를 이용하여 단면의 크기가 폭 180mm, 높이 270mm이고, 길이가 2,900mm인 균일 단면의 보를 제작하는 과정을 모사하여 유동에 따른 섬유 방향성 변화를 예측해 보았다. 고유동 강섬유보강 모르타르의 유동흐름에 대한 해석적 해를 이용하기 위해서 앞서 언급한 바와 같이 두 플레이트 사이에서의 정상상태 단순전단 흐름으로 가정하였다. 따라서 유속 성분은 흐름방향으로만 존재하며, 전단흐름은 완전발달유동(fully developed) 상태로 가정하여 유속분포는 식 (14)와 같으며 변하지 않는다.
  • 그림 2에서와 같이 나란히 놓여진 두 플레이트 사이에서 흐르는 비압축성 점성유체의 흐름 내 미소체적 dV = dxdydz를 고려해 보자. 두 플레이트는 a만큼 떨어져 있고, 두 개의 플레이트는 z방향으로 무한한 길이를 가진다고 가정한다.
  • 유체흐름의 높이는 실제 타설 시 발생하는 유체의 흐름 방향에 대한 수위의 구배로부터 구할 수 있으며, 유체의 선단부가 거푸집의 끝에 도달했을 때의 전체 길이에 대한 평균 수위로 가정하였다. 여기에서는 100mm로 가정하였다.
  • 따라서 유속 성분은 흐름방향으로만 존재하며, 전단흐름은 완전발달유동(fully developed) 상태로 가정하여 유속분포는 식 (14)와 같으며 변하지 않는다. 유입되는 유량, Q는 실제 타설 시의 투입속도를 고려하여 0.001m3/s로 가정하였다. 유동흐름을 2차원 평면 흐름으로 나타내기 위해서는 유체흐름의 높이를 적절한 값의 상수로 가정할 필요가 있다.
  • 이 때 유체흐름의 높이는 유체의 종류와 특성에 따라 달라진다. 유체흐름의 높이는 실제 타설 시 발생하는 유체의 흐름 방향에 대한 수위의 구배로부터 구할 수 있으며, 유체의 선단부가 거푸집의 끝에 도달했을 때의 전체 길이에 대한 평균 수위로 가정하였다. 여기에서는 100mm로 가정하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고유동 강섬유보강 모르타르의 타설단계에서의 유동에 따른 모르타르 내 강섬유의 섬유 방향성 분포의 변화르 해석적으로 구한 본 연구는 어떤 결론을 나타내는가? 본 연구에서는 고유동 강섬유보강 모르타르의 타설단계에서의 유동에 따른 모르타르 내 강섬유의 섬유 방향성 분포의 변화를 해석적으로 구하였다. 본 연구에서 고려한 형상의 구조물에 대해 주어진 해석조건으로부터 구한 해석결과에 따르면 두 평면 사이에 흐르는 모르타르의 전단흐름에 의한 섬유의 방향성 변화는 초기 150mm이내에서 크게 발생하는 것을 확인할 수 있었으며, 이후에서는 방향성 분포의 경향은 크게 변하지 않으며, 다만 흐름방향에 나란한 섬유의 밀도가 집중적으로 커지는 것을 볼 수 있었다. 섬유의 방향성과 섬유보강 복합체의 인장거동과 밀접한 관련성을 고려할 때, 이와 같은 방향성의 예측을 바탕으로 유동에 따른 고유동 강섬유 보강 모르타르의 인장거동 변화의 예측이 가능할 것으로 판단된다.
일반적인 섬유보강 콘크리트는 어떻게 등방성을 가지게 되는가? 일반적인 섬유보강 콘크리트에서는 15~30mm 길이의 단섬유를 사용하여 임의방향으로 골고루 분산되도록 하여 등방성을 가지도록 한다. 그러나 고유동 강섬유보강 모르타르(HighFlow Steel-Fiber Reinforced Mortar)에서는 굵은 골재를 사용하지 않고 높은 유동성을 가지므로 타설방향 또는 구조물의 형상에 의한 유동방향에 따라 불가피하게 섬유의 방향성을 유발하게 되고, 이에 따라 섬유보강 모르타르는 비등방성을 나타내게 되어 재료의 역학적 특성 및 경화 후 구조물의 구조적 성능에 영향을 미치게 된다.
섬유보강 콘크리트는 콘크리트의 어떤 문제점을 개선하기 위해 사용되는가? 콘크리트는 건설산업에서 가장 많이 사용되는 건설재료이다. 하지만 본질적으로 인장에 대해 강도가 작고 취성적 거동을 보이는 문제점을 안고 있다. 이러한 인장의 결함 및 문제점을 개선하기 위한 노력 중의 하나가 섬유보강 콘크리트(Fiber Reinforced Concrete, FRC)이다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (18)

  1. Advani, S.G. (1994) Flow and Rheology in Polymer Composites Manufacturing, Elsevier Science, Amsterdam 

  2. Advani, S.G., Tucker III, C.L. (1987) The Use of Tensor to Describe and Predict Fiber Orientation in Short Fiber Composites, Journal of Rheology, 31(8), pp.751-784 

  3. Akkaya, Y., Picka, J., Shah, S.P. (2000) Spatial Distribution of Aligned Short Fibers in Cement Composites, ASCE Materials in Civil Engineering, 12(3), pp.272-279 

  4. Ausias, G., Agassant, J.F., Vincent, M. (1992) Rheology of Short Glass Fiber Reinforced Polypropylene, Journal of Rheology, 36(4), pp.525-543 

  5. Batchelor, G.K. (1970) Slender-Body Theory for Particles of Arbitrary Cross Section in Stokes Flow, Journal of Fluid Mechanics, 44, pp.419-440 

  6. Chiba, K., Nakamura, K. (1998) Numerical Solution of Fiber Suspension Flow through a Complex Channel, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 78, pp.167-185 

  7. Chiba, K., Yasuda, K., Nakamura, K. (2001) Numerical Solution of Fiber Suspension Flow through a Parallel Plate Channel by Coupling Flow Field with Fiber Orientation Distribution, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 99, pp.145-147 

  8. Dinh, S.M., Armstrong, R.C. (1984) A Rheological Equation of State for Semiconcentrated Fiber Suspensions, Journal of Rheology, 28, pp. 207-227 

  9. Folgar, F., Tucker III, C.L. (1984) Orientation Behavior of Fibers in Concentrated Suspensions, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 3, pp.98-119 

  10. Fox, R.W., McDonald, A.T., Pritchard, P.J. (2004) Introduction to Fluid Mechanics, John Wiley & Sons, Inc., USA 

  11. Han, K.H., Im, Y.T. (2002) Numerical Simulation of Three-Dimensional Fiber Orientation in Short-Fiber-Reinforced Injection-Molded Parts, Journal of Materials Processing Technology, 124, pp.366-371 

  12. Jeffery, G.B. (1922) The Motion of Ellipsoidal Particles Immersed in a Viscous Fluid, Proceeding of Royal Society of London A, 102, pp.161-179 

  13. Lin, J.Z., Sun, K., Zhang, W. (2008) Orientation Distribution of Fibers and Rheological Property in Fiber Suspensions Flowing in a Turbulent Boundary Layer, Acta Mech Sin, 24, pp.243-250 

  14. Moses, K.B., Advani, S.G., Reinhardt, A. (2001) Investigation of Fiber Motion near Solid Boundaries in Simple Shear Flow, Rheol Acta, 40, pp.296-306 

  15. Naaman, A.E., Reinhardt, H.W. (1995) Characterization of High Performance Fiber Reinforced Cement Composites-HPFRCC, Proceedings of the Second International Workshop 'HPFRCD2', pp.3-6 

  16. Poitou, A., Chinesta, F., Bernier, G. (2001) Orienting Fibers by Extrusion in Reinforced Reactive Powder Concrete, Journal of Engineering Mechanics, 127(6), pp.593-598 

  17. Shah, S. P., Ouyang, C. (1991) Mechanical Behavior of Fiber-reinforced Cement-based Composites, Journal of American Ceramic Society, 74(11), pp.2727-2738 

  18. Vincent, M., Delivers, E., Agassant, J.F. (1997) Fiber Orientation Calculation in Injection Moulding of Reinforced Thermoplastics, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 73, pp.317-326 

저자의 다른 논문 :

섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트