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축방향변형요소-점소성요소 조합해석기법을 이용한 변형률속도에 따른 구조물의 응답해석
임윤묵(Lim Yun Mook),신승교(Shin Seung Kyo),박주완(Park Ju Wan) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.5A
기존의 실험결과에 의하면 구조재료의 인장ㆍ압축강도 등과 같은 재료특성은 하중의 재하속도가 변함에 따라 달라지는 현상을 보인다. 따라서 지진이나 충격하중과 같이 고변형률속도를 가진 하중에 의한 구조물의 거동을 정확하게 파악하기 위해서는 변형률속도에 의존적인 구조재료의 역학적인 특성을 고려한 해석이 필수적이다. 본 연구에서는 변형률속도에 따른 구조물의 거동해석을 위하여 탄-점소성모델과 축방향변형요소를 조합한 새로운 수치해석 기법을 개발하였다. 개발된 수치해석기법의 검증을 위하여 직접인장 및 휨하중이 작용하는 경우에 대한 기존 실험결과와 수치해석결과의 비교ㆍ검토를 수행하였다. 검증된 수치해석기법을 이용하여 정적하중 재하시와 충격하중 재하시 접합부를 가지고 있는 보-기둥 구조물의 하중-변위거동 및 파괴거동을 검토하였다. 또한, 변형률속도를 3×10??/s 에서부터 3×10?¹/s 까지 변화시켜 매개변수해석을 수행하여 변형률 속도에 따른 구조물의 손상범위를 검토하고 구조물의 파괴형상이 연성파괴에서 취성파괴로 전이되는 변형률속도의 한계값을 수치해석적으로 규명하였다. From the material point of view, concrete shows an increase in tensile strength and compressive strength as the strain rate increases, and the change in failure mode from ductile to brittle also happens. Thus, understanding the behavior of concrete subjected to high strain rate loading such as earthquake or impact is essential. This study proposes a numerical method that can predict the strain rate effect of concrete. Developed numerical model uses coupled axial deformation link element (ADLE) and elasto-viscoplastic element as a basic element. To verify the numerical method, simulations of uniaxial and three-point bending specimen are performed and the predicted responses are compared with experimental results. Concrete beam-column is simulated to investigate the load-deflection response and failure mode under static and impact loading. A parameter study regard?ing strain rate from a value of 3×10??/s to a value of 3×10?¹/s is conducted to investigate the damage range of concrete and a limit value of strain rate from which the failure mode changes from ductile to brittle.
콘크리트 재료의 동적 물성 변화를 모사하기 위한 유변학적(Rheological)모델 개발 및 평가
황영광,임윤묵,Hwang, Young Kwang,Lim, Yun Mook 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.4
본 연구에서는 속도 의존성을 나타내는 콘크리트의 인장거동을 모사하기 위하여 유변학적(rheological) 모델을 개발하였고 이를 평가하였다. 일반적으로 외부에서 가해지는 하중 속도가 증가할수록 콘크리트의 물성(강도, 탄성계수, 파괴에너지 등)은 그 크기가 증가한다. 콘크리트의 강도는 다른 물성에 비하여 큰 속도의존성을 나타내고, 압축 하중인 경우보다 인장 하중을 받는 경우 그 속도의존성이 크게 나타난다. 이러한 콘크리트의 속도 의존성을 모사하기 위하여, 기존 RBSN(Rigid-Body-Spring-Network) 모델의 거동을 나타내는 스프링 세트에 대쉬포트(Dashpot)와 같은 점성 요소와 Coulomb 마찰 요소를 조합하였다. 요소의 조합에 따라 세 가지 모델( 1)점탄성, 2)점소성, 3)점탄소성 손상(Damage 모델)을 고려하였고, 이에 대한 구성관계식을 유도하였다. 개발된 해석모델은 직접인장 실험의 응력-변형률 관계곡선과 비교 검증되었고, 이중 점탄소성 손상 모델은 실험결과를 잘 모사할 수 있음을 확인하였다. In this study, the rheological models were introduced and developed to reflect rate dependent tensile behaviour of concrete. In general, mechanical properties(e.g. strength, elasticity, and fracture energy) of concrete are increased under high loading rates. The strength of concrete shows high rate dependency among its mechanical properties, and the tensile strength has higher rate dependency than the compressional strength. To simulate the rate dependency of concrete, original spring set of RBSN(Rigid-Body- Spring-Network) model was adjusted with viscous and friction units(e.g. dashpot and Coulomb friction component). Three types of models( 1) visco-elastic, 2) visco-plastic, and 3) visco-elasto- plastic damage models) are considered, and the constitutive relationships for the models are derived. For validation purpose, direct tensile test were simulated, and characteristics of the three different rheological models were compared with experimental stress-strain responses. Simulation result of the developed visco-elasto-plastic damage(VEPD) model demonstrated well describing and fitting with experimental results.