Excel을 이용한 탄·소성 쌍곡선 구성모델의 거동특성에 관한 연구 :A study on the behaviour of elasto-plastic hyperbolic constitutive model using excel

양승재

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자료유형: 학위논문

저자정보: 양승재 (대진대학교, 대진대학교 대학원)

지도교수: 김찬기

발행연도: 2020

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

탄･소성 쌍곡선 모델을 이용한 백마강 모래의 거동특성 연구

양승재 , 박기현 , 박형렬 외 2명 한국지반신소재학회 논문집 2020.03 학술저널

Excel을 이용한 탄·소성 쌍곡선 구성모델의 거동특성에 관한 연구

양승재 토목공학과 2020.01 학위논문

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기초지반 구조물의 설계시 경제성과 안정성을 확보하기 위해서는 기초지반의 비선형 거동해석이 필수적으로 요구된다. 지반에 외력이 작용했을 때 발생되는 변형을 정확히 예측하기 위해서는 흙의 비선형적 거동특성을 반영하고 있는 구성모델과 수치해석기법에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 흙의 구성모델 중 개념과 구성식이 비교적 단순하면서도 흙의 비선형 거동을 잘 나타낼 수 있는 탄ㆍ소성 쌍곡선(Hyperbolic) 구성모델을 선정하였다. 선정된 구성모델의 해석정도를 검증하기 위해 수치해석은 보편화된 전산프로그램 중 하나인 Excel 프로그램을 통해 구성방정식 및 관련함수 등을 수식화하여 응력-변형거동을 해석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 본 연구는 탄ㆍ소성 쌍곡선 모델이 적용된 수치해석 프로그램을 통해 백마강 모래의 비선형 응력-변형률 거동특성을 분석하여 본 구성모델과 개발된 프로그램의 적용성 및 실용성을 검토하고자 한다.
상대밀도 변화에 따른 토질매개변수의 변화특성을 파악하기 위해 본 연구에서는 각각의 상대밀도 조건(25%, 50%, 80%, 100%)에서 구속압력을 100kPa, 200kPa, 400kPa로 각각 달리한 배수 삼축압축시험 결과를 이용한다. 실내시험 결과와 개발된 프로그램을 이용하여 탄ㆍ소성 쌍곡선모델의 탄성성분, 항복기준, 파괴기준, 소성포텐셜, 소성일에 관련된 7개 토질매개변수를 결정한다. 결정된 토질매개변수를 본 연구에서 개발한 수치해석 프로그램에 적용하여 응력-변형 거동특성을 분석한다.
이상의 연구결과, 상대밀도 변화에 따른 토질매개변수의 변화특성 중 토질매개변수 과 은 상대밀도의 변화에 따른 영향이 미소하고 그 외의 탄성성분, 항복기준, 파괴기준, 소성일에 관련된 토질매개변수는 상대밀도 증가에 따라 선형적인 증감 현상을 보이고 있다. 결정된 토질매개변수를 이용하여 개발된 프로그램을 통해 수치해석을 수행한 결과, 실내시험 결과와 수치해석을 통해 예측된 결과는 축 변형률에 대한 축차응력 관계는 상당히 일치하는 경향을 나타내었지만 체적변형률 관계에서는 다소 정확한 예측결과를 나타내기 어려운 것으로 나타났다.

Nonlinear behavior analysis of foundation ground is necessarily required to secure economic feasibility and stability when design the structure of foundation ground. The research for constitutive model and numerical analysis method reflecting nonlinear behavior characteristic of the soils is necessary to predict generated transformation accurately when external force is applied to the ground. Elasto-plastic hyperbolic constitutive model which has relatively simple concept and constitutive equation and can reflects nonlinear behavior of the soils well among the constitutive model of the ground was selected in this research. A program for numerical analysis which can analyze stress-strain behavior by formulating constitutive equation and relative function and so on with Microsoft Excel one of the generalized computation program to verify the degree of analysis for selected constitutive model was developed. The applicability and practicality of this constitutive model and developed program will be examined by analyzing nonlinear stress-strain behavior characteristic of the sand in Baekma River through the numerical analysis applied elasto-plastic hyperbolic model in this research.
The result of triaxial compression test for drainage applying each 100kPa, 200kPa and 400kPa of confining pressure under each relative density condition (25%, 50%, 80%, 100%) to grasp changing characteristic of soil parameter according to the change of relative density in this research. Seven soil parameters related with elasticity ingredient, yield criterion, failure criterion, plastic potential and plastic work of elasto-plastic hyperbolic model are decided using interior test result and developed program. Stress-strain behavior characteristic is analyzed applying decided soil property parameter on numerical analysis program developed in this research.
Based on above research, the influence according to the change of relative density on soil parameter and among changing characteristic of soil parameter according to the change of relative density is little and the soil parameter related with elasticity ingredient, yield criterion, failure criterion, plastic potential and plastic work excluding it shows linear increase and decrease phenomenon according to the increase of relative density. The result predicted by laboratory test result and numerical analysis shows quite corresponding trend with deviatoric stress rate for axial strain, but it is difficult to show accurate prediction result in volumetric strain in the result performing numerical analysis by the program developed using decided soil parameter.

국문 요약 ⅰ
목 차 ⅱ
표 목 차 ⅳ
그림 목차 ⅴ
기호 목록 ⅷ
제 1 장 서 론 1
1.1 연구 목적 1
1.2 연구 동향 2
1.3 연구 방법 5
제 2 장 구성 모델 7
2.1 개 요 7
2.2 항복기준 10
2.2.1 Tresca기준 11
2.2.2 von Mises기준 12
2.2.3 Mohr-Coulomb 파괴기준 13
2.2.4 Drucker-Prager기준 14
2.3 비선형 응력-변형률 관계 16
2.4 탄ㆍ소성 Hyperbolic 모델 22
제 3 장 토질매개변수의 특성 29
3.1 실험 29
3.1.1 시료의 물리적 특성 29
3.1.2 배수 삼축압축시험 30
3.2 토질매개변수 결정 35
3.2.1 탄성성분에 관련된 토질매개변수 35
3.2.2 항복기준에 관련된 토질매개변수 45
3.2.3 소성포텐셜에 관련된 토질매개변수 48
3.2.4 파괴기준에 관련된 토질매개변수 51
3.2.5 소성일에 관련된 토질매개변수 57
제 4 장 수치해석 64
4.1 개요 64
4.2 수치해석 방법 64
4.3 수치해석 결과 68
4.3.1 응력-변형률 거동 예측 68
4.3.2 응력경로 예측 73
제 5 장 결 론 76
참 고 문 헌 78
ABSTRACT 82

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