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문제 정의
- 2절에서 언급한 바와 같이, Pvv 함수는 부피 등에 의하여 함수 값이 큰 영향을 받기 때문에 서로 다른 부피비를 가진 공극들 사이의 절대적인 수치를 비교하기에는 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 각 골재마다 모든 방향에 대한 값을 해당 골재의 최소 값으로 나누어서경량 골재 내부의 공극 분포의 이방성을 표현하였다.
- 다만 의 경우, 식 (3)에서 확인할 수 있듯이 부피 등에 의하여 함수 값이 큰 영향을 받기 때문에 서로 다른 부피를 가지고 있는 골재들의 공극 분포에 대한 절대적인 비교에 활용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 를 경량 골재 내부에 분포하는 공극의 이방성을 살펴보기 위한 도구로 활용하기 위하여, 골재 내의 각 방향에 대한 최소 값을 기준으로 하여 골재 내부 공극의 이방성을 표현하였다. 이에 대한 자세한 결과는 본 논문의 4절에 나타나 있다.
- 특히, 골재 내부에 군집 형태로 존재하는 공극 이외에 미세하게 존재하는 공극들은 공간적 분포 및 크기를 파악하기 쉽지 않다. 본 연구에서는 8비트 CT 이미지의 이진화(binary) 처리를 통해 경량 골재 내부에 분포하는 공극을 묘사하였다.
- 본 연구에서는 CT 이미지 처리 기법을 활용하여 경량 콘크리트를 구성하는 경량 골재 내부에 포함된 공극의 공간적 분포를 살펴보았다. 육안으로 확인하기 어려운 경량 골재 내부의 구조를 파악하기 위해 CT를 사용하여 얻은 연속적인 골재 단면 이미지를 적층하여 3차원으로 경량 골재의 공극 분포를 묘사하였다.
- 두점 상관함수와 마찬가지로 각 방향에 대한 강성도를 계산하고 구에 표현함으로써 방향에 따른 경량 골재의 역학적 물성치를 파악하였다. 본 연구에서는 CT를 사용해 생성된 3차원 경량 골재 이미지를 통하여 골재 내부의 공극 분포를 파악함으로서, 경량 골재 내부의 공극 분석을 위한 도구로써 CT 이미지 분석 방법의 활용성을 살펴보았다. 또한 각 방향으로의 공극 분포와 강성도를 비교함으로써 공극 분포와 재료의 역학적 물성치의 상관관계를 분석하였다.
- 본 연구에서는 공극 분포 특성에 대한 강성도의 이방성을 제시하는 방법으로 탄성계수의 확장된 개념인 방향 탄성계수(directional elastic modulus)를 가시화하였다. 방향 탄성계수는 일방향 하중이 임의의 방향(n)으로 작용할 때 재료의 탄성계수이며 다음과 같은 관계를 가진다(Nye, 1985).
- 경량 골재에 존재하는 내부 공극은 육안으로 직접 관찰하기 어렵기 때문에 공극의 크기 및 분포 형태를 파악하는 것은 쉽지 않다. 본 연구에서는 육안으로 관찰할 수 없는 경량 골재 내부의 공극을 살펴보기 위하여 CT(computed tomography)를 사용하여 경량 골재 내부의 공극 구조를 살펴보았다. CT를 사용하는 기법은 분석 대상의 원형에 손상을 가하지 않고 픽셀(pixel)로 이루어진 단면 이미지를 얻을 수 있다.
가설 설정
- 유한요소메쉬는 8점 적분 8절점 육면체요소를 사용하였고, 각 경량 골재 유한요소메쉬의 모델에 따라 7만에서 20만개의 요소수를 포함하였다. 고체(매트릭스)를 나타내는 각 유한요소는 등방성으로 가정하여 탄성계수는 경량 골재 제작에 사용된 모르타르의 탄성계수인 5GPa를 사용하였고 프아송비는 0.15를 사용하였다. 유한요소코드는 탄성 해석을 수행하며 위에서 기술한 경계조건을 적용할 수 있도록 Fortran 95 언어를 이용하여 직접 작성 후, 해석을 수행하였다.
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