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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 홍성원
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2023
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21세기 급속한 산업기술의 개발로 인하여 우리나라 뿐만 아니라 전 세계적으로 4차산업혁명의 시대가 열렸으며 기존의 안전성이 떨어지고 비생산적인 부정확한 기술들에서 벗어나 안전성을 확보하며 정확한 기술체계 및 시스템들에 초점을 맞추어 개발이 진행 되고 있다. 그러나 국내의 경우 이러한 기술 개발이 부족한 실정이기에 본 연구에서는 4차산업혁명의 스마트 건설재료 분야에서 자기감지 복합체를 개발하고, 실제 구조물에 적용할 수 있는 범위를 제시하고자한다.
손상역학(Damage Mechanics)이란 실제 공학적 분석의 복잡한 설명이 아닌 재료의 손상, 파괴에 대한 공학적 예측을 하는데 적합한 재료의 손상 및 모델링으로 표현하는 것이다. 이 손상역학을 자기감지 복합체에 적용하여 응력을 가하고 전기저항을 측정함과 동시에 손상도를 확인하여 전기저항과 손상도의 상관관계를 규명할 계획이다.
자기감지 복합체(Self-Sensing Composites)란 자체적으로 응력, 변형 자체를 감지할 수 있는 스마트 기술로써 복합체 내부의 기능성 섬유배열을 기반으로 적절한 분산도를 유지하여 광범위한 전도성네트워크를 보유하게끔 한다. 복합체가 변형되거나 응력을 받을때 전도성 네트워크가 변형되고 내부의 전기적 변수인 Capacitance, 전기저항 및 재료의 임피던스를 변경하게 된다. 이때의 전기적 변수를 측정하여 정적 및 동적조건에서 복합체에 가해지는 응력, 변형률을 확인할 수 있다. 현재 전 세계적으로 자기감지 복합체에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으며 본 연구에서는 손상역학을 사용하여 응력을 받을 때의 자기감지 복합체의 손상도를 분석하였다.
본 연구는 4차산업혁명 기술 중 스마트 건설재료의 한 종류인 자기감지 복합체의 거동을 손상역학 기반의 해석을 통하여 재료 단위의 적용 범위를 파악하고 나아가 실제 구조물에 적용 가능한 범위를 찾아내어 구조물에 적용 가능한 자기감지 복합체를 개발하고자 연구를 진행하였다. 이를 위해 3차례의 실험과 문헌연구를 통하여 수집한 데이터들을 활용하였고, MATLAB을 사용하여 손상역학 모델을 구축하였다. 또한, 자기감지 복합체의 다양한 물성치의 실험을 진행하여 각각 전기저항 감지 능력과 압축강도를 확인하여 적합한 물성치를 확인하였다.
손상역학(Damage Mechanics)이란 실제 공학적 분석의 복잡한 설명이 아닌 재료의 손상, 파괴에 대한 공학적 예측을 하는데 적합한 재료의 손상 및 모델링으로 표현하는 것이다. 이 손상역학을 자기감지 복합체에 적용하여 응력을 가하고 전기저항을 측정함과 동시에 손상도를 확인하여 전기저항과 손상도의 상관관계를 규명할 계획이다.
자기감지 복합체(Self-Sensing Composites)란 자체적으로 응력, 변형 자체를 감지할 수 있는 스마트 기술로써 복합체 내부의 기능성 섬유배열을 기반으로 적절한 분산도를 유지하여 광범위한 전도성네트워크를 보유하게끔 한다. 복합체가 변형되거나 응력을 받을때 전도성 네트워크가 변형되고 내부의 전기적 변수인 Capacitance, 전기저항 및 재료의 임피던스를 변경하게 된다. 이때의 전기적 변수를 측정하여 정적 및 동적조건에서 복합체에 가해지는 응력, 변형률을 확인할 수 있다. 현재 전 세계적으로 자기감지 복합체에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으며 본 연구에서는 손상역학을 사용하여 응력을 받을 때의 자기감지 복합체의 손상도를 분석하였다.
본 연구는 4차산업혁명 기술 중 스마트 건설재료의 한 종류인 자기감지 복합체의 거동을 손상역학 기반의 해석을 통하여 재료 단위의 적용 범위를 파악하고 나아가 실제 구조물에 적용 가능한 범위를 찾아내어 구조물에 적용 가능한 자기감지 복합체를 개발하고자 연구를 진행하였다. 이를 위해 3차례의 실험과 문헌연구를 통하여 수집한 데이터들을 활용하였고, MATLAB을 사용하여 손상역학 모델을 구축하였다. 또한, 자기감지 복합체의 다양한 물성치의 실험을 진행하여 각각 전기저항 감지 능력과 압축강도를 확인하여 적합한 물성치를 확인하였다.
목차
I. 서 론 11. 연구 배경 및 목적 12. 연구 범위 및 방법 4Ⅱ. 기존연구 고찰 61. 손상역학 61) 연속체 손상역학 6(1) 유효응력과 등가변형률 9(2) 유효변형률과 등가응력 102) 변형률 기반의 등방성 연속체 손상 모델 12(1) 열역학 기반 프레임워크(Thermodynamic basis framework) 12(2) 변형률 기반의 손상 특성(Strain-based characterization of damage) 13(3) 탄성 손상 모델(Elastic damage model) 16(4) 속도 의존 손상 모델로의 확장(Extension to rate dependent damage model) 21(5) 유효공간의 아스팔트 재료에 대한 일관성 탄젠트 계수 도출 예시(Example: Derivation of consistent tangent moduli for bituminous materials in effective stress) 232. 자기감지 복합체 281) 자기감지 복합체의 정의 및 구조 282) 자기감지 복합체의 구성 및 특성 363) 자기감지 복합체의 감지능력 측정 43Ⅲ. 자기감지 복합체의 거동분석 실험 491. 장비 및 재료 491) 실험장비 492) 재료 및 혼합특성 512. 실험설정 521) 실험계획 523. 실험결과 521) 압축강도 측정 실험 522) 응력-변형률 및 전기저항 측정 실험 533) Micro-CT 촬영 실험 55Ⅳ. 실험결과 분석 및 고찰 571. 탄소나노튜브 혼입량과 전기저항 값의 관계 571) 혼입량에 따른 전기저항 값 변화 비교 및 고찰 572. 탄소나노튜브 혼입량과 압축강도의 관계 581) 혼입량에 따른 강도 변화 비교 및 고찰 583. 자기감지 복합체 거동 분석 실험 결과 581) 응력-변형률 곡선 582) FCR 593) 손상도 604) 기존 데이터 분석 64Ⅴ. 결 론 및 후속연구 계획 68참고문헌 71감사의글 82
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