2상 다결정 미세구조의 상 분포 위상에 따른 역학적 거동 분석

정상엽,한동석,Chung, Sang-Yeop,Han, Tong-Seok 한국전산구조공학회 2011 한국전산구조공학회논문집 Vol.24 No.1

다상 재료는 상(phase) 분포 상태에 의해 그 특성이 다르기 때문에 상 분포에 따른 재료의 특성을 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 미세구조의 상 분포 특성을 묘사할 수 있는 확률 분포 함수를 사용하여 등방성/이방성 미세구조의 상분포 상태를 표현하는 방법을 살펴보았다. 다양한 상 분포를 가진 미세구조들에 유한요소해석 기법을 적용하여 미세구조의 역학적인 거동을 분석함으로서, 상 군집의 분포 상태에 따른 재료의 강도 및 특성의 변화를 살펴보았다. 이를 통해 상 군집의 위상에 의한 재료 강도의 영향 및 군집 크기가 커질수록 강도가 낮아지는 현상을 확인하였다. An approach to understand the phase distribution in a multi-phase polycrystalline material is important since it can affect material properties and mechanical behaviors. A proper method is needed to describe the phase distribution. For this purpose, contiguity and probability functions(two-point correlation and lineal-path functions) are investigated for representing the phase distributions of microstructures. The mechanical behaviors are evaluated using the finite element method. The characteristics of probability functions and mechanical reponses of virtual samples are represented. It is confirmed that the topology of phase clustering affects the mechanical behavior of materials and that the strength is reduced as the clustering size increases.

GND 효과에 의한 소성 구배의 다결정 고체 거동에 대한 영향

정상엽,한동석,Chung, Sang-Yeop,Han, Tong-Seok 한국전산구조공학회 2011 한국전산구조공학회논문집 Vol.24 No.2

재료의 마이크로 스케일 해석에서 결정의 geometrically necessary dislocation(GND) 효과에 의한 소성 구배(plastic gradient)의 고려는 재료의 소성 거동에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 먼 거리(long range) 전위(dislocation)의 영향(또는 GND 효과)을 고려하여 소성 구배의 영향을 받는 다결정 고체(polycrystalline solids)의 거동을 유한요소해석을 이용하여 살펴보았다. 탄성(elastic)과 소성(plastic) 변형에 추가적으로 먼 거리 변형률(long range strain)을 고려한 항(term)이 포함된 변형 구배(deformation gradient)의 multiplicative decomposition 모델을 기반으로 하여 소성 구배 효과를 해석 모델에 포함하였다. 먼 거리 변형률에 의한 영향을 살펴보기 위해 구배 경화 계수(gradient hardness coefficient)와 먼거리 변형률 길이에 대한 재료 변수(parameter)가 사용되었다. 각각의 계수들이 다결정 고체의 거동에 미치는 영향을 확인하기 위해 두 변수의 적용에 따른 다결정 고체의 거동을 분석하였다. 단결정 및 다결정 재료의 GND 효과에 의한 소성 구배를 고려해서, 고려하지 않은 경우와 비교하여 발생하는 경화(hardening)의 차이를 분석함으로서 GND의 다결정 고체 거동의 영향을 확인하였다. Plastic gradient from geometrically necessary dislocation(GND) can affect material behavior significantly. In this research, mechanical behavior of polycrystalline solid is investigated using the finite element method incorporating plastic gradient from long range dislocation or GND effect. Plastic gradient effect is implemented in the analysis model by considering a long range strain term as well as elastic and plastic terms in the multiplicative decomposition. In the model, gradient hardness coefficient and length parameter are used to evaluate the effect of the long range strains and sensitive study is conducted for the parameters. It is confirmed that the GND amplifies hardening response of polycrystals compared with the single crystal.

CT 이미지를 활용한 경량 골재의 방향에 따른 공극 분포 및 강성도의 이방성 분석

정상엽,한동석,윤태섭,염광수,전현규,강동훈,Chung, Sang-Yeop,Han, Tong-Seok,Yun, Tae Sup,Youm, Kwang Soo,Jeon, Hyun-Gyu,Kang, Dong Hun 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.3

대표적인 다상 재료인 콘크리트는 구성 성분의 공간적 분포에 의해 재료 특성이 큰 영향을 받는다. 특히 공극(void)은 콘크리트의 특성에 큰 영향을 주는 요인으로서, 콘크리트 내부에 분포하는 공극의 공간적 분포를 파악하는 것은 재료의 특성을 이해하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 콘크리트 내부에 존재하는 경량 골재의 공극 분포 분석을 위해서, CT(computed tomography)로부터 얻은 단면 이미지를 활용하여 생성된 3차원 경량 골재 이미지를 활용하여 공극 분포를 시각화(visualization)하였다. 방향에 따른 3차원 경량 골재 내부의 공극 분포 상태를 정성적으로 묘사하기 위해서 확률 분포 함수인 두점 상관함수(two-point correlation function)를 사용하여 공극의 공간적 분포 경향을 구(sphere)에 표현하였다. 또한 방향에 대한 골재의 강성도(stiffness)를 계산하여 각 방향에 따른 골재의 역학적 물성치 분포 변화를 확인하였다. 각 방향으로의 확률 분포 함수로 표현된 공극 분포와 강성도 분석함으로서 CT 이미지를 통한 공극 분포 특성 분석 및 경량 골재의 역학적 특성을 효과적으로 예측할 수 있음을 확인하였다. The void distribution in concrete materials strongly affects its material properties. Therefore, the identification of spatial distribution of void is important to understand and estimate material behavior. To examine and quantify the void distribution inside lightweight aggregates, CT(computed tomography) image is used. 3D lightweight aggregate images are generated by stacking of cross-sectional images from CT. Spatial distribution of void of aggregate along the direction is visualized on the sphere using probability distribution function. Stiffness of lightweight aggregate for the directions is also examined. It is confirmed that direction-based probability distribution and stiffness from CT images are effective in characterizing void distributions of aggregates.

역학적 등방성을 가진 2상 다결정 미세구조의 재구성 기법

정상엽,한동석,Chung,Sang-Yeop,Han,Tong-Seok 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.2

다상 재료는 상(phase) 분포의 차이에 따라 재료의 특성이 다르기 때문에 상 분포 상태의 특성을 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 확률 분포 함수를 사용하여 미세구조의 상 분포 상태를 나타내고, 이를 사용한 미세구조 재구성 방법을 이용해서 특정 2상 미세구조와 통계적으로 유사한 상 분포를 가진 미세구조를 생성하여 기존의 미세구조와 재구성된 미세구조의 특성을 비교하였다. 그리고 서로 다른 임의의 상 분포를 가진 미세구조들에 유한요소해석 기법을 적용하여 서로 다른 하중 방향에 대한 미세구조의 역학적 거동을 분석하였다. 이를 통해, 미세구조 재구성 방법을 사용하여, 제한된 정보만을 이용해서 통계적으로 유사한 특성을 나타내는 미세구조를 모델링 할 수 있음을 확인하였고, 확률 분포 함수와 미세구조의 역학적 거동이 방향에 따라 동일함을 통하여 재생성 된 재료의 등방성을 확인하였다. Understanding of the phase distribution in a multi-phase polycrystalline material is important because it can affect material properties and mechanical behaviors significantly. In this research, probability functions (two-point correlation and lineal-path functions) are used to represent the phase distributions of microstructures. The two-phase microstructures with random phase distribution are reconstructed using probability functions and compared with original samples. Mechanical behaviors of the virtual samples for different directions are evaluated using a finite element method. It is confirmed that microstructures with the same statistical characteristics can be generated using the reconstruction method. It is also demonstrated that the characteristics of the probability functions and mechanical reponses between the original and reconstructed microsturctures are statistically identical.

투수 콘크리트의 미세구조 CT 이미지와 확률 분포 함수를 사용한 투수성 분석

정상엽(Chung,Sang-Yeop),한동석(Han Tong-Seok) 대한토목학회 2012 대한토목학회논문집 A Vol.32 No.1A

콘크리트는 대표적인 다상 재료로서, 재료를 구성하는 각 성분의 공간적 분포는 콘크리트의 특성에 큰 영향을 미친다. 콘크리트에 존재하는 공극(void)은 콘크리트의 강도 및 투수성에 큰 영향을 주는 요인으로서, 콘크리트의 재료 물성의 파악을 위해 내부 공극의 분포를 파악하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 투수 콘크리트의 공극 분포 분석을 위해서 CT(computed tomography)로부터 얻은 단면 이미지를 중첩하여 3차원 콘크리트 디지털 시편을 생성, 공극 분포를 시각화(visualization)하였다. 공극 분포 상태를 확률적으로 묘사하기 위하여 확률 분포 함수들(two-point correlation function, lineal-path function과 two-point cluster function)을 사용하여 투수 콘크리트 디지털 시편의 공극 분포를 분석하였다. 그 결과, CT와 확률 분포 함수를 이용한 3차원 이미지 분석 방법을 통하여 투수 콘크리트 내부에 존재하는 공극의 공간적 분포에 대한 연속성, 투수성 및 이방성을 효과적으로 파악할 수 있음을 확인하였다. The phase distribution in concrete materials strongly affects its material properties. It is important to identify the spatial distribution of void in concrete because the void in concrete materials affects mechanical behavior and permeability significantly. Therefore, a proper method to describe the void distribution of a material is needed. In this research, CT(computed tomography) is used to examine and to quantify the void distribution of porous concrete specimens. 3D concrete digital specimens are created by subsequent stacking of 2D cross-sectional images from CT. Then, probability distribution functions such as two-point correlation, lineal-path and two-point cluster functions are used for void distribution characterization. It is confirmed that probability distribution functions obtained from CT images are effective in characterizing void distributions including the anisotropy and percolation.

Micro CT 이미지 분석을 통한 경량 골재 콘크리트의 공극 분포 분석

정상엽(Chung Sang-Yeop),김영진(Kim Young-Jin),윤태섭(Yun Tae Sup),전현규(Jeon Hyun-Gyu) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 A Vol.31 No.2A

콘크리트 내부에 존재하는 공극(void)의 공간적 분포는 콘크리트의 역학적, 물리적 거동에 큰 영향을 미친다. 따라서 콘크리트 재료 물성의 파악과 건정성 평가를 위해 내부에 존재하는 공극의 분포 상태를 파악하는 것은 매우 중요하다. 콘크리트에는 육안으로 보이는 재료 표면의 공극 이외에도 내부 공극이 존재한다. 본 연구에서는 경량골재 콘크리트의 공극 분포를 파악하기 위하여 micro CT(X-ray microtomography)를 활용하여 생성된 3차원 콘크리트 디지털 시편을 사용하였다. 흑백 처리된 단면 이미지를 중첩하여 공극을 묘사할 수 있는 3차원 시편을 생성하였다. 공극의 분포 상태를 확률적으로 묘사하기 위하여 확률 분포 함수 two-point correlation function과 lineal-path function으로 분석하였다. 또한, 이미지 분석을 통해서 콘크리트 시편의 공극의 밀도 분포를 파악하였다. 콘크리트 내부에 있는 개별 경량 골재의 공극도 이미지 처리와 확률 분포 함수를 사용하여 분석하였다. Micro CT와 3차원 이미지 분석 방법을 통하여 콘크리트 내부에 존재하는 공극의 분포 상태를 효과적으로 파악할 수 있음을 확인하였다. Spatial distribution of void space in concrete materials strongly affects mechanical and physical behaviors. Therefore, the identification of characteristic void distribution helps understand material properties and is essential to estimate the integrity of material performance. The 3D micro CT (X-ray microtomography) is implemented to examine and to quantify the void distribution of a lightweight aggregate concrete using an image analysis technique and probabilistic approach in this study. The binarization and subsequent stacking of 2D cross-sectional images virtually create 3D images of targeting void space. Then, probability distribution functions such as two-point correlation and lineal-path functions are applied for void characterization. The lightweight aggregates embedded within the concrete are individually analyzed to construct the intra-void space. Results shows that the low-order probability functions and the density distribution based on the 3D micro CT images are applicable and useful methodology to characterize spatial distribution of void space and constituents in concrete.

서로 다른 시멘트대체재를 포함한 기포 콘크리트의 미세구조 분석

정상엽(Chung, Sang-Yeop),오서은(Oh, Seo-Eun),김지수(Kim, Ji-Su) 한국콘크리트학회 2023 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 Vol.35 No.2

CT 이미지를 사용한 경량 골재의 공극 분포와 강성도의 이방성 및 상관관계 분석

정상엽(Chung, Sang-Yeop),한동석(Han, Tong-Seok) 대한토목학회 2013 대한토목학회 학술대회 Vol.2013 No.10

이미징 기법과 가상시편을 활용한 기능성 건설재료의 특성 및 물성 분석

정상엽(Chung, Sang-Yeop) 대한토목학회 2019 대한토목학회 학술대회 Vol.2019 No.10

지수 함수의 곡선 접합을 이용한 RVE의 사용성 평가

정상엽(Chung Sang-Yeop),윤태섭(Yun Tae-Sup),한동석(Han Tong-Seok) 대한토목학회 2010 대한토목학회 학술대회 Vol.2010 No.10