입자 결합 및 파쇄 형태에 따른 전단거동 특성

정선아(Jeong Sun-Ah),김은경(Kim Eun-Kyung),이석원(Lee Seok-Won) 한국토목섬유학회 2011 한국지반신소재학회 논문집 Vol.10 No.2

조립재료의 입자 결합 및 파쇄 형태가 전단거동 특히 잔류 전단거동 특성에 마치는 영향을 분석하기 위해, 개별요소법(DEM, discrete element method)에 기초를 둔 프로그램인 PFC(Particle Flow Code)를 이용하여 링 전단시험을 수치해석적으로 모델링 하였다. 본 연구에서는 PFC내의 clump 모델 및 cluster 모델을 이용하여 두 개의 비파쇄모델 그리고 두 개의 파쇄모델을 포함한 총 네 개의 모델을 제시하였다. Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)가 제안한 Lobo-crushing 모델의 적합성을 검토하였다. 또한 링 전단시험 모델링의 결과 분석을 통하여 직접전단시험 모델링 결과와 비교하였다. 연구 결과, 잔류 전단거동 분석을 위해서는 링 전단시험의 모델링이 필수적임을 알 수 있었다. 또한 잔류 전단강도 분석을 위해서는 Lobo-crushing 모델이 부적합함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제시한 수치해석 모델은 향후 입자 파쇄를 포함한 조립재료의 잔류 전단강도 특성 연구에 다양하게 적용될 수 있다고 판단된다. In order to analyze the influence of particle bonding and crushing on the characteristics of shear behavior, especially residual shear behavior of granular soil, ring shear test was simulated by using DEM(Discrete Element Method)-based software program PFC(Particle Flow Code). Total four models including two non-crushing models and two crushing models were created in this study by using clump or cluster model built in PFC. The applicability of Lobo-crushing model proposed by Lobo-Guerrero and Vallejo(2005) was investigated. In addition, the results of ring shear test were analyzed and compared with those of direct shear test. The results showed that the modelling of ring shear test should be conducted to investigate the residual shear behavior. The Lobo-crushing model cannot be applied to investigate the residual shear strength. Finally, it can be concluded that the numerical models excluding Lobo-crushing model suggested in this study can be used extensively for other studies concerning the residual shear behavior of granular soil including soil crushing.

다짐말뚝 재료로서 쇄석과 저회의 적정 혼합비 도출을 위한 실험적 연구

임한수(Leem, Hansoo),김선곤(Kim, Sunkon),이주호(Lee, Jooho),천병식(Chun, Byungsik) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.9

원지반을 절토하여 생성된 토질재료를 입도조절 없이 곧바로 성토재료로 사용하는 경우, 성토의 설계나 밀도관리를 위해 필요한 다짐특성이나 재료정수는 실내시험을 통해 구하는 것이 바람직하며, 이에 대한 연구가 수행되어 왔다. 그러나 선행된 연구는 주로 자연상태에 존재하는 입경이 상이한 혼합재료에 관련된 것으로, 최근 건설재료로 활발히 연구되고 있는 화력발전소 부산물인 석탄회를 활용한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 쇄석과 화력발전소에서 부산되는 저회를 혼합한 재료의 다짐에 의한 입자파쇄가 재료의 압축특성에 미치는 영향을 규명하기 위하여 다짐시험을 실시하여 기본적인 공학적 성질을 파악하였고, 일차원압축시험을 실시하여 다짐특성과 재료특성에 미치는 각 재료 혼합량의 영향을 파악하였다. 다짐시험 결과, 저회의 최적함수비는 약 23%로 나타났고, 동일한 다짐에너지 및 함수비로 저회와 쇄석의 혼합비에 따른 다짐시험 결과 저회의 혼합율이 30%를 넘어서면 건조단위중량은 감소되는 경향을 나타내었고, 혼합율이 30%일 때 건조단위중량이 약 1.81gf/㎤로 나타났다. 쇄석과 저회의 혼합비에 따른 일차원압축시험 결과, 저회 100%의 경우 입자파쇄에 의한 간극비 변화가 가장 크게 나타났고, 쇄석 100%의 경우 가장 작게 나타났다. 쇄석과 저회 혼합재료의 경우, 저회 30%에서 압축지수가 가장 작게 나타나 혼합재료로서 공학적으로 가장 안정한 혼합비로 예상되었다. In the case of using the soil materials created by cutting in-situ ground directly without adjusting particle size, it is recommendable to seek the compaction property or material constant required for filling design or density control through indoor test, and many studies on this subject have been carried out during that time. The researches conducted during that time, however, were focused on the mixed materials with different diameters that exist in a natural condition. There has been no study conducted using coal fly ash that is by-product of the thermal power plant that is actively considered as the building materials. Therefore, this study was aimed at implementing compaction test and examining the basic engineering property in order to explore the influence of crushing the particles through compacting the admixture of crushed stone and coal fly ash produced from thermal power plant on its engineering property, and then the impact of the admixture volume of each material on compaction property and material property by conducting the One-Dimensional Compression Test. As result of compaction test, the optimum moisture ratio of coal fly ash was shown to be approx. 23%. As result of compaction test in accordance with the mixed ratio of coal fly ash and crushed stone under the same compaction energy and moisture ratio, dry unit weight tended to drop when the mixed ratio of coal fly ash exceeded 30%, while it reached approx. 1.81gf/㎤ when the mixed ratio was 30%. As result of One-Dimensional Compression Test in accordance with the mixed ratio of crushed stone and coal fly ash, the change in void ratio by particle crushing was at the highest level in the case of coal fly ash 100%, while the lowest level in the case of crushed stone 100%. In the case of mixed materials of crushed stone and coal fly ash, compression index was at the lowest level in case of coal fly ash 30%, and therefore this ratio of mixed material was judged to be the most stable from an engineering aspect.

Sabkha층 탄산질 모래의 삼축압축시 입자파쇄로 인한 응력경로 특성

김석주 ( Seok Ju Kim ),이장덕 ( Chang Tok Yi ),장재호 ( Jae Ho Jang ),한희수 ( Heui Soo Han ) 대한지질공학회 2014 지질공학 Vol.24 No.1

아랍에미리트연합(UAE)의 Ruwais지역 Sabkha층 탄산질 모래는 석영질 모래와는 구성성분이 다르며 낮은 외부하중에서 쉽게 입자파쇄가 발생한다. 이러한 지반은 상부하중으로 인한 입자파쇄를 유발하여 추가 침하가 발생하며 전단강도가 감소하게 된다. 이러한 문제에 대한 구체적인 연구를 위하여 표준압밀시험과 삼축압축시험을 수행하여 탄산질 입자의 파쇄에 대한 다양한 공학적 특성을 분석하고자 하였다. 그 결과 탄산질 모래는 선행입자파쇄 정도에 따라서 파괴시 전단응력의 크기가 다르게 나타났다. 즉, 응력경로를 나타내는 p-q 다이어그램에서 p`` > p인 경우가 발생하였으며, 이때 내부공극이 외부로 노출되어 음(-)의 간극 수압이 발생되었다. 또한, 입자파쇄로 인하여 증가하던 q값이 감소하였다. 삼축압축 시험결과 탄산질 모래의 선행입자파쇄 정도에 따라서 압축시 발생되는 간극수압의 형태가 다르게 나타나 Sabkha층 탄산질 모래의 입자파쇄시 나타나는 다양한 거동특성을 알 수 있다. The composition of carbonate sands from a sabkha at Ruwais in the UAE differs from that of silica sand, and these sands are crushed easily under low compression pressures. Accordingly, particle crushing of carbonate sand occurs under high pressure, which results in additional settlement and reduces the shear strength. In this study, consolidation and triaxial tests were conducted to analyze the characteristics of carbonate sands following particle crushing. The unusual shear strength graphs of the carbonate sands result from the degree of particle pre-crushing. For the range at p` > p in the p (p`)-q diagram, negative (.) excess porewater pressures occur if the axial pressure causes particle crushing that induces exposure of the inner voids. In addition, the q value decreased after particle crushing. In conclusion, the unusual characteristics of the carbonate sands were induced by particle crushing. The triaxial tests revealed that the degree of particle pre-crushing influenced the excess porewater pressure.

영상처리 기술과 딥러닝 모델을 활용한 파쇄석 중량 추정에 관한 연구

이성천(Sungchun Lee),신준(Jun Shin),유영정(Youngjung You),용석진(Seokjin Yong),지승한(Seunghan Ji) 한국정보기술학회 2022 Proceedings of KIIT Conference Vol.2022 No.12

현대 건축에서 사용 되는 파쇄석은 면적에 따라 용도가 다르기에 사람이 일일이 분류하고 있어 불필요한 인력과 비용, 시간 등이 소모되고 있다. 파쇄석의 면적과 중량은 서로 선형적인 관계를 맺기에 영상처리 기술과 인공지능을 통해 파쇄석의 중량을 예측함으로써 파쇄석 분류의 자동화를 가능하게 하여 공정에 낭비되는 자원을 막고, 생산성을 증가시키고자 한다. 본 연구는 파쇄석의 특징점을 파악하여 데이터로 변환하고, 데이터 학습을 통해 중량을 예측한다. 이를 위해 다량의 파쇄석 데이터를 수집, 분류, 시각화시킨 후 뉴럴 네트워크에 학습한다. 뉴럴 네트워크 학습 결과와 선형 회귀 방식의 결과를 비교했을 때, 두 결과가 같음을 확인함으로써 파쇄석의 중량 예측의 성공과 정확도를 확인할 수 있다. The use of crushed stones used in modern architecture varies depending on the area, so people categorize them one by one, wasting unnecessary manpower, money, and time. Because the area and weight of crushed stones are linearly related to each other, it is possible to automate the classification of crushed stones by predicting the weight of crushed stones through video processing technology and artificial intelligence. In this study, the characteristic points of crushed stones are grasped, converted into data, and the weight is predicted through data learning. For this purpose, a large amount of crushed stone data is collected, classified and visualized, and then learned in an NN neural network. Comparing the NN neural network learning results with the results of the linear regression scheme, we can confirm the success and accuracy of the weight prediction of crushed stones by confirming that the two results are the same.

STRUCTURAL OPTIMIZATION FOR ROOF CRUSH TEST USING AN ENFORCED DISPLACEMENT METHOD

Choi, Wook-Han,Lee, Youngmyung,Yoon, Jong-Min,Han, Yong-Ha,Park, Gyung-Jin The Korean Society of Automotive Engineers 2018 International journal of automotive technology Vol.19 No.2

A roof crush test has been utilized to reduce passengers' injuries from a vehicle rollover. The Federal Motor Vehicle Safety Standards (FMVSS) 216 and the Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) perform actual vehicle tests and evaluate the vehicle's ratings. Nonlinear dynamic response structural optimization can be employed not only for achievement of a high rating but also minimization of the weight. However, the technique needs a huge computation time and cost because many nonlinear dynamic response analyses are required in the time domain. A novel method is proposed for nonlinear dynamic response structural optimization regarding the roof crush test. The process of the proposed method repeats the analysis domain and the design domain until the convergence criteria are satisfied. In the analysis domain, the roof crush test is simulated using a high fidelity model of nonlinear dynamic finite element analysis. In the design domain, a low fidelity model of linear static response structural optimization is utilized with enforced displacements that come from the analysis domain. Correction factors are employed to compensate the differences between a nonlinear dynamic analysis response and a linear static analysis response with enforced displacement. A full-scale vehicle problem is optimized with a constraint on the rigid wall force from the analysis in the design domain.

IIHS 천정강도 시험의 Correlation을 위한 해석적 연구

임성식(Seongsik Lim),배진욱(Jinwook Bae),임종현(JongHyun Yim) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2010 No.5

It is reported that over ten thousands people a year are killed in rollovers in US. When vehicles roll, their roof hits the ground, deforms, and crushes. So Automakers should make an improvement in order to reduce the risk of injury from contact with severely deformed roof itself when rollover is occurred. As a first step to improve the roof crush performance, CAE simulation is used but it is very difficult to exactly simulate a physical test by using a explicit code because the roof crush test is a quasi static phenomenon which takes relatively long time comparing with simulation running time. To earn more exact simulation results of IIHS roof crush test, case studies which have stamping effect and increased integration point of FE element was done. It will be helpful to improve IIHS roof crush performance using CAE.

PFC를 이용한 입자 파쇄 모델의 적용성 연구

정선아(Jeong Sun-Ah),김은경(Kim Eun-Kyung),이석원(Lee Seok-Won) 한국토목섬유학회 2010 한국지반신소재학회 논문집 Vol.9 No.1

기초 지반이나 댐, 사면 등을 건설할 경우, 성토재로 입자 크기가 큰 조립 재료를 많이 사용하고 있다. 따라서 이러한 조립재료의 전단 거동은 구조물의 안정성에 영향을 미치게 된다. 예를 들어, 구조물과 입자의 접촉면 혹은 입자들간의 접촉면에서 발생하는 입자 파쇄는 전체 지반의 특성을 변화시키고 따라서 구조물의 안정성에 문제를 유발할 수 있다. 본 연구에서는 입자의 파쇄 유무에 따른 전단 거동의 특성을 파악하기 위해 개별요소법(DEM, Distinct Element Model)을 기반으로 하는 수치해석 프로그램 PFC2D를 이용하여 직접전단실험을 재현하였다. 입자의 모델을 파쇄 모델과 비 파쇄 모델로 구분하여 총 4개의 모델을 모사하고 그 결과를 분석하였다. 비 파쇄 모델에는 one ball 모델과 clump 모델이, 파쇄 모델에는 cluster 모델과 Lobo-crushing 모델을 적용하였다. 입자의 구성은 Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)가 제안한 8개 입자의 조합으로 구성하였다. 해석 결과, 내부마찰각 순서는 clump 모델 > cluster 모델 > one ball 모델 순이며, 전체를 비교해 봤을 때 원형 입자모델보다 입자 결합모델이, 파쇄 모델보다 비 파쇄 모델의 내부마찰각이 크게 나타났다. 또한 기존에 제시된 Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)의 모델은 입자 파쇄 거동을 모사하기에는 부적합하다는 결론을 얻을 수 있었다. Granular soils having a large particle size have been used as a filling material in the construction of foundation, harbor, dam, and so on. Consequently, the shear behavior of this granular soil plays a key role in respect of stability of structures. For example, soil particle crushing occurring at the interface between structure and soil and/or within soil mass can cause a disturbance of ground characteristics and consequently induce issues in respect of stability of structures. In order to investigate the shear behavior according to an existence and nonexistence of particle crushing, numerical analyses were conducted by using the DEM (Discrete Element Method)-based software program PFC2D (Particle Flow Code). By dividing soil particle bonding model into crushing model and noncrushing model, total four particle bonding models were simulated and their results were compared. Noncrushing model included one ball model and clump model, and crushing model included cluster model and Lobo-crushing model. The combinations of soil particle followed the research results of Lobo-Guerrero and Vallejo (2005) which were composed of eight circles. The results showed that the friction angle was in order of clump model > cluster model > one ball model. The particle bonding model compared to one ball model and noncrushing model compared to crushing model showed higher shear strength. It was also concluded that the model suggested by Lobo-Guerrero and Vallejo (2005) is not appropriate to simulate the soil particle crushing.

재활용 암버력 - 토사의 회복탄성계수 예측 모델

박인범,목영진 한국도로학회 2010 한국도로학회논문집 Vol.12 No.4

재활용된 암버력-토사의 회복탄성계수 예측모델이 개발되었다. 반복삼축시험을 통한 회복탄성계수의 전통적 평가방법은 큰 입경을가진 자갈에는 실현 불가능하다. 미세한 차이가 있는 비선형 전단탄성계수를 이용하여 회복탄성계수를 산출하는 대체기법을 제안하였다. 현장에서 측정한 최대전단탄성계수와 대형공진주 시험으로 구한 감소곡선을 이용하여 회복탄성계수 예측모델을 개발하였다. 이 예측모델을 김천의 고속도로공사현장에서 재활용한 암버력-토사에 적용하여 모델인자 AE, nE, εr a 를 각각 9618, 0.47, 0.0135,0.8로 제안하였다. A prediction model of resilient modulus(ER) was developed for recycled crushed-rock-soil mixtures. The evaluation of ER, using the "orthodox"repeated loading tri-axial test, is not feasible for such a large-size gravelly material. An alternative method was proposed hereby using the subtle different modulus called nonlinear dynamic modulus. The prediction model was developed by utilizing in-situ measured shear modulus(Gmax) and its reduction curves of modeled materials using the large free-free resonant column test. A pilot evaluation of the model parameters was carried out for recycled crushed-rock-soil-mixture at a highway construction site near Gimcheon, Korea. The values of the model parameters(AE, nE, εr and a) were proposed as 9618, 0.47, 0.0135, and 0.8, respectively.

쇄석 띠기초와의 거리에 따른 주변지반의 가속도 변화

손수원(Su-Won Son),손태익(Tae-Ik Son),김수봉(Soo-Bong Kim),김진만(Jin-Man Kim) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.1

국내외에서 점토층이나 준설토 등이 있는 연약지반을 개량하고, 그 지반위에 구조물을 건설하는 수요는 점차적으로 늘어나고 있다. 그리고 이러한 개발과 더불어 태풍, 산사태, 지진 등과 같은 자연재해의 빈도와 규모도 증가하고 있다. 이러한 자연재해로 인한 피해를 예방하기 위한 방법 중 하나가 지반개량공법이다. 본 연구에서는 쇄석을 띠기초 형식으로 설치하였을 때의 주변지반의 가속도 변화를 1-G 진동대 실험을 이용하여 분석하였다. 점토를 이용하여 지반을 조성하고 기초는 쇄석을 띠형식으로 설치하였다. 주기가 다른 입력지진파에 대해 응답가속도와 응답스펙트럼을 분석하였다. 쇄석 띠기초와의 인접거리에 따른 가속도 변화를 분석하여 지진시 쇄석 띠기초가 주변지반의 가속도 변화에 미치는 영향을 평가하였다. Hachinohe 지진파 결과에서는 쇄석띠기초와의 거리에 비해 가속도가 큰 감소는 없지만, 두가지 지진파에 대한 최대응답가속도가 쇄석띠기초와의 거리에 반비례하였다. 응답스펙트럼 분석결과, 장주기와 단주기 입력파에서의 감쇠되는 주기가 달랐으며, 이와같은 응답스펙트럼 변화가 가속도의 최대가속도값에 영향을 준 것으로 판단된다. Hachinohe 지진파에서는 쇄석띠기초와 멀어질수록 0.08~0.5초 사이의 주기에서 감쇠가 컸으며, Northridge 입력파에서는 쇄석띠기초와 멀어질수록 0.2초 이내의 주기에서 감쇠가 컸다. In this study, the acceleration changes of the surrounding ground when crushed stones were installed in a strip-type were analyzed using the 1-G shaking table test. The ground was constructed from clay, and the foundation was installed using crushed stone of strip-type form. The response acceleration and response spectrum for various input seismic motions were analyzed. The change in acceleration was examined according to the adjacent distance to the strip-type crushed stone foundation. In the Hachinohe seismic motion results, there was no significant decrease in acceleration, but the maximum response acceleration for the two seismic motions was inversely proportional to the distance from the crushed stone foundation. As a result of the response spectrum analysis, the attenuation period in the long period and the short period input wave were different from each other, and the change in response spectrum affected the maximum acceleration value. As the distance from the crushed stone foundation was increased, the attenuation was larger in the period between 0.08 and 0.5 sec in the Hachinohe seismic motion, the attenuation was larger in the period of less than 0.2 seconds in the Northridge seismic motion

Numerical calculation and test of the composite materials under dynamic loading

Fei Liu,Lianghui Li 국제구조공학회 2021 Steel and Composite Structures, An International J Vol.38 No.1

Due to the complex geological conditions, a large number of high quality coal seams was buried in the western of China which cannot be mining in open-pit methods. The dynamic properties of that coal cannot be studied easily in real site for the complex working condition. The compound coal blocks made on the basis of the real situation were studied in the laboratory. The physical and mechanical properties of the compound coal blocks and the raw coal were contrasted by using the UCS tests. The results show that the compound coal blocks made by mixing coal powder, cement and water in proportion of 2.5:2:1 are the closest to that of standard raw coal. Then the propagation of strain waves and crushing effects on the coal were studied in the compound coal blocks by using the super dynamic strain test system and the numerical calculated method of ANSYS/LS-DYNA. The results show that the diameter of the crushing zone in the compound coal blocks was similar to that in the numerical results. The fractures distribution in laboratory tests also has a similar trend to the calculation results. The measured strain waves at the distance of 50 cm, 100 cm, and 150 cm from the center of the charge are mainly concerned at -1.0×104 με and have a similar trend as that in the numerical simulation.