보고서 정보
주관연구기관 |
연세대학교 Yonsei University |
연구책임자 |
임윤묵
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2017-05 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800003235 |
과제고유번호 |
1711037507 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-04-14
|
키워드 |
충격 하중.속도 의존성.동적 파괴 거동.철근 콘크리트.파이버 보강 콘크리트.내폭·내충격 설계.3차원 해석 모델.Impact load.Rate dependency.Dynamic failure behavior.Reinforced concrete.Fiber reinforced concrete.Blast/impact resistance.3D numerical model.
|
DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800003235 |
초록
▼
연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 폭발·충격 하중에 대한 콘크리트 구조물의 붕괴를 막고 이로 인한 피해를 최소화할 수 있는 설계 기술의 정립을 위하여, 정확도 높은 수치모의 기법을 개발하고 이를 평가하였다. 이를 위하여, 콘크리트의 재료 및 구조를 효과적으로 모델링 할 수 있는 3차원 임의 격자 기반의 동해석 모델을 개발하였다. 제안된 모델을 통하여, 동적 하중에서 나타나는 재료의 속도 의존성, 철근 및 파이버 보강을 효과적으로 나타낼 수 있음을 확인하였다. 기존 실험결과와의 비교 검증을 통하여서, 제안된 모델이 충
연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 폭발·충격 하중에 대한 콘크리트 구조물의 붕괴를 막고 이로 인한 피해를 최소화할 수 있는 설계 기술의 정립을 위하여, 정확도 높은 수치모의 기법을 개발하고 이를 평가하였다. 이를 위하여, 콘크리트의 재료 및 구조를 효과적으로 모델링 할 수 있는 3차원 임의 격자 기반의 동해석 모델을 개발하였다. 제안된 모델을 통하여, 동적 하중에서 나타나는 재료의 속도 의존성, 철근 및 파이버 보강을 효과적으로 나타낼 수 있음을 확인하였다. 기존 실험결과와의 비교 검증을 통하여서, 제안된 모델이 충격하중을 받는 구조물 거동을 정확도 높게 예측할 수 있는지의 여부를 확인할 수 있도록 하였다. 검증된 결과를 활용하여, 제안된 모델이 극한하중을 받는 구조물 해석 및 설계에 활용할 수 있도록 하고, 관련 연구결과 발표를 통해 연구의 우수성을 확인 하고자 한다.
연구결과
본 연구를 통하여서 다음과 같은 연구결과를 도출하였다.
1) 콘크리트 동적 파괴 거동 해석을 위한 기존 2차원 동해석 모델을 3차원으로 확장, 개발 및 적용하였다.
2) 변형률 속도에 따른, 재료 물성(탄성계수, 강도, 파괴에너지)의 변화를 표현하기 위한, 점탄소성(visco-elastic-platic) 모델을 도입하여, 재료의 속도의존성을 효과적으로 표현하였다.
3) 격자 기반의 동해석 모델의 노드 단위의 응력 텐서를 산정하기 위하여, 요소 단위의 응력 및 재료의 관성을 고려한 응력 산정방법을 개발하여 적용하였다.
4) 변형률 속도에 따른 재료의 동적 거동 변화를 모의 및 검증하기 위하여, split-Hopkinson pressure bar (SHPB) 모의를 수행하였다. 해석된 결과(응력파 속도, 동적 인장강도, 파괴모드)는 실험결과와의 비교를 통하여, 그 적절성을 확인 하였다.
5) 충격하중에서의 콘크리트 구조의 파괴 모드 변화를 검증 및 확인하기 위하여, 제안된 모델을 통하여, 콘크리트 (notched beam, plate) 및 철근 콘크리트 (RC beam) 해석을 진행하였고, 극한 하중 내하력, 처짐 시간이력 곡선, 파괴 모드 등에 대한 실험 결과와의 비교를 통해 모델의 적절성을 확인하였다.
6) 철근 콘크리트 보에 대하여, 철근의 보강 방법 및 배치에 따라, 충격 하중에서의 파괴 모드 변화를 확인하고, 이를 통해 RC보의 내충격 설계에 적절히 변영할 수 있음을 확인하였다.
7) 개별 요소 보강 기법을 통한, 철근 및 파이버 보강 콘크리트 부재에 대하여 제안된 모델을 확장 적용할 수 있음을 확인하고, 향후 개발 진행 계획을 검토하였다.
연구결과의 활용계획
향후 제안된 모델은, 철근 및 파이보 보강 콘크리트 부재에 대한 폭넓은 적용 및 검증을 통하여, 모델의 정확성 및 예측가능성을 충분히 검토할 예정이다. 또한, 제안된 해석 기법을 통하여, 콘크리트의 재료 구조(골재, 모르타르 및 경계면)에 의한 역학적 거동 모의 및 검증을 수행할 예정이다. 이를 통해, 콘크리트의 재료적 단위에서 구조적 단위 및 다양한 보강 방법에서의 속도 의존적 거동을 규명하고, 이에 대한 이해를 바탕으로, 빠른 하중 속도를 받는 콘크리트 부재의 내폭·내충격 거동 해석 및 설계에 폭넓게 적용할 계획이다.
(출처 : 요약문 4p)
Abstract
▼
Purpose & contents
In this study, an simulation model is developed and validated for analysis and design of concrete structures under high loading rates(e.g., impact and blast). For this purpose, the three-dimensional lattice-based model is proposed and applied for concrete materials and str
Purpose & contents
In this study, an simulation model is developed and validated for analysis and design of concrete structures under high loading rates(e.g., impact and blast). For this purpose, the three-dimensional lattice-based model is proposed and applied for concrete materials and structures. This model reflects the rate-dependence of material properties on the strain rate, and the reinforcing effects in re-bar and fiber are efficiently represented. The simulation results is compared with the corresponding experimental results, which validates the predict capability of the proposed model. By means of the model developments, the model applicability is discussed for the analysis and design of impact-resistance of concrete structures.
Result
In this study, several research conclusions can be summarized as the follows:
1) For realistic representations of the concrete dynamic failure, previous two-dimensional dynamic model is expended to the three-dimensional case.
2) Strain rate effects on the material properties (e.g., Young’s modulus, strength, fracture energy) are reflected in the model by introduction of the visco-elastic-plastic constitutive relation.
3) For calculation of nodal stress tensor, a method, which consider the elemental stresses and material inertia, is developed and applied.
4) The dynamic tensile failure behavior of concrete material is simulated by means of the spalling test using split-Hopkinson pressure bar (SHPB). The simulation results (e.g., stress wave velocity, dynamic tensile strength, and failure mode) are compared with the corresponding experimental results. The comparisons validate the predict capability of the model.
5) The failure mode changes in the concrete structures under impact loads are simulated for the concrete (notched beam, plate), and the concrete structure (RC beam). Those results are compared with the experimental results in terms of the load-carrying capacity, deflection-time curve, and failure mode, etc.
6) The influences of reinforcing bar arrangements on the failure mode of the RC beams are simulated and examined by the model. Through this work, it is identified that the proposed model can support the impact-resistant design of RC member.
7) The validity of the (semi-)discrete reinforcement method is addressed to model the (fiber-)reinforced concrete, with brief discussions on the future model developments.
Expected Contribution
In near future, more rigorous validations with various applications into the (fiber-)reinforced concrete will be performed. Additionally, the meso-mechanical behaviors of concrete with considering the internal structure (aggregates, matrix, and interface) will be simulated by using the model. It is expected that the proposed model can cover the concrete behaviors from the material level to structural level with enhancing the understanding of the physical mechanisms of rate-dependency. Based on the prediction capability, it is anticipated that the developed model can support the impact-resistant design of the concrete and concrete structure.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 19
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 22
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 23
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 24
- 8. 참고문헌 ... 25
- 9. 연구성과 ... 29
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 33
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 34
- 12. 기타사항 ... 35
- 별첨1 : 대표연구실적 ... 36
- 별첨2 : 세부 목표 관련 증빙 ... 50
- 끝페이지 ... 81
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.