이종 입자복합재의 미세구조 생성과 계층적 모델의 선형 탄성적 응답특성 해석

조진래 한국전산구조공학회 2018 한국전산구조공학회논문집 Vol.31 No.3

본 논문은 로 구성된 금속-세라믹 이종 입자복합재의 2차원 미세구조(microstructure) 생성과 미세구조 스케일(scale)에 따라 정의되는 계층적 모델들의 역학적 특성 분석에 관한 내용이다. 이종 입자복합재의 미세구조는 수학적인 RMDF(random morphology description functions) 모델링기법을 복합재의 2차원 RVE(representative volume element) 영역에 적용하여 생성하였다. 그리고 미세구조 생성에 필요한 가우스 함수들의 개수에 따라 미세구조의 계층적 모델을 정의하였다. 한편 임의 미세구조 내 금속과 세라믹 입자가 차지하는 체적분율(volume fraction)은 RMDF 함수의 레벨을 조정함으로서 설정하였다. RMDF기법에 의한 미세구조들은 가우스 함수들의 개수가 일정할지라도 랜덤하게 생성된다. 이렇게 랜덤하게 생성되는 미세구조들을 2차원 보(beam) 모델에 적용하여 미세구조의 스케일에 따른 수직응력과 전단응력의 계층적 변동을 수치 해석적으로 고찰하였다. 또한, 균열해석을 통해 RMDF의 랜덤성과 가우스 함수들의 개수가 균열선단에서의 응력값에 미치는 영향을 고찰하였다. This paper is concerned with the 2-D micostructure generation for dual-phase composite materials and the numerical analysis of mechanical characteristic of hierarchical models of microstructure which are defined in terms of the scale of microstructure. The microstructures of dual-phase composite materials were generated by applying the mathematical RMDF(random morphology description functions) technique to a 2-D RVE of composite materials. And, the hierarchical models of microstructure were defined by the number of Gaussian points. Meanwhile, the volume fractions of metal and ceramic particles were set by adjusting the level of RMD functions. The microstructures which were generated by RMDF technique are definitely random even though the total number of Gaussian points is the same. The randomly generated microstructures were applied to a 2-D beam model, and the variation of normal and shear stresses to the scale of microstructure was numerically investigated. In addition, through the crack analyses, the influence of RMDF randomness and Gauss point number on the crack-tip stress is investigated.

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.

한반도 남동부 제4기 단층의 대자율이방성(AMS)

조형성(Hyeongseong Cho),김민철(Min-Cheol Kim),김현정(Hyeonjeong Kim),손문(Moon Son) 한국암석학회 2014 암석학회지 Vol.23 No.2

한반도 남동부 일원에는 주요 지질구조선(양산단층대, 울산단층, 연일구조선, 오천단층계 등)을 따라 제4기 단층들이 도처에 분포하고 있으며, 이들의 기하와 운동학적 특징은 한반도의 제4기 지각변형사와 현생응력상태 등을 이해하는 데 중요한 정보들을 제공한다. 이번 연구에서는 진티단층, 모화단층, 수성지2단층 그리고 왕산단층을 대상으로 대자율이방성 방법을 적용하여 단층가우지의 미세구조를 분석하고 단층의 운동감각을 해석하였으며, 그 결과를 바탕으로 단층암의 미세구조 발달과정과 제4기 응력장에 대해 논의하였다. 대자율이방성 측정을 통해 구해진 자기미세구조로부터 단층의 운동감각을 분석한 결과, 왕산단층을 제외한 나머지 세 단층은 모두 역이동성이 우세한 단층운동에 의한 미세구조가 발달되어 있다. 단층면에 거의 평행한 편평형의 미세구조가 발달하는 점과 이방성정도가 클수록 편평형의 정도가 증가하는 특징에 근거할 때, 단층 가우지의 미세구조는 점진적인 변형에 의한 최종응력변형이 기록된 것으로 해석된다. 또한, 최후기에 재활된 역단층운동으로 기존의 단층가우지 내에 존재하는 미세구조들은 모두 지워지고 최후기의 운동에 의한 미세구조만이 기록된 것으로 판단된다. 단층가우지의 자기미세구조 분석을 통해 유추된 운동감각으로부터 구해진 고응력장은 동북동-서남서 방향의 압축력이며, 이 응력장은 지진원 메커니즘, 수압파쇄시험 그리고 단층 지구조 분석결과를 통해 구해진 한반도 남동부의 고응력장과 부합된다. 결론적으로 한반도 일원은 제4기 동안 동-서내지 동북동-서남서 방향의 압축성 응력장이 지배적이었던 것으로 해석된다. The Quaternary faults are extensively observed along major inherited fault zones (i.e. Yangsan Fault System, Ulsan Fault, Yeonil Tectonic Line, Ocheon Fault System) in SE Korea. Their geometry and kinematics provide a very useful piece of information about the Quaternary crustal deformation and stress field in and around Korean Peninsula. Using magnetic fabrics (AMS), we attempted to determine the slip senses of Jinti, Mohwa, Suseongji2, and Wangsan faults and then interpreted the fabric development process of fault gouge and the characteristics of stress field during the Quaternary. All the magnetic fabrics of the faults, except the Wangsan Fault, consistently indicate a dominant reverse-slip sense with weak strike-slip component. Most of the oblate fabrics are nearly parallel to the fault surface and the anisotropy degrees generally increase in proportion to the oblatenesses. These results suggest that the fabrics of the fault gouges resulted from a progressive deformation due to continuous simple shear during the last reactivation stage as reverse faulting. It is also interpreted that the pre-existing fabrics were overwhelmed and obliterated by the re-activated faulting. Paleostress field calculated from the fault slip data indicates an ENE-WNW compressive stress, which is in accord with those determined from previous fault tectonic analysis, focal mechanism solution, and hydraulic fracturing test in and around Korean Peninsula.

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.

랜덤 미세구조에 따른 입자 복합재료의 특성분석

박천,강영진,노유정,임오강 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol.30 No.1

입자 복합재료는 입자의 형상, 크기 그리고 분포의 산포특성으로 인해 물성치의 편차가 존재하고, 입자 복합재료를 사용 한 시스템의 거동 또한 산포가 존재한다. 하지만 입자의 산포특성을 고려하기 어려우므로 균질화법을 사용하여 시스템의 거 동을 해석하거나 국부영역에서 미세구조를 적용하여 해석한다. 본 연구에서는 입자의 랜덤적 산포특성을 고려하기 위해 RMDFs(random morphology description functions)를 사용하여 랜덤 미세구조를 생성하였고, 단면 1차 모멘트를 사용하여 가우시안 함수의 수(N)와 입자의 산포특성의 관계를 분석하였다. 그리고 랜덤 미세구조 구조물의 거동을 분석하기 위하여 랜덤 미세구조를 전체에 반영한 외팔보에 multi-scale 해석을 수행하였다. 그 결과 입자의 산포특성과 외팔보의 처짐의 편차 는 N의 증가에 따라 감소하고 N=200에서 수렴하는 것을 확인하였다. Since shape, size and distribution of particles in particulate composites have spreaded characteristics, properties of particulate composites have variation and also system behavior using particulate composites have variation. However, it is difficult to consider spreaded characteristic of particles so that a system behavior is analysed using homogeneous techniques or using microstructure in local areas. In this study, for considering random variation of particles, RMDFs(random morphology description functions) are used to generate random microstructure and relationship between the number of gaussian functions and spreaded characteristic of particles was analysed using the geometrical moment of area. Also, multi-scale analysis was carried out for cantilever beam with full-random microstructure to study behavior of particulate composites structure. As a result, it is defined that spreaded characteristic of particles and the variation of deflections of cantilever beam are decreased as the number of Gaussian functions(N) is increased and converges at N=200

패각 잔골재를 활용한 3D 프린팅 자원순환 콘크리트의 역학적 성능 평가

서지우,박주현,한동석 한국전산구조공학회 2024 한국전산구조공학회논문집 Vol.37 No.1

해양폐기물 중 하나인 패각의 발생량은 매년 증가하고 있으나, 대부분이 해안 근처에 야적되거나 방치되어 환경적·사회적으로 문제가 되고 있다. 천연 골재 부존량 감소에 따른 골재 대체재로서 패각이 사용된다면 재료 수송에 따른 물류비용을 효과적으로 감축시킬 수 있어 자원 재활용을 활성화할 수 있다. 본 연구에서는 3D 콘크리트 프린팅 기술을 활용한 해양 구조물의 건설 재료로서 패각 잔골재의 사용 가능성을 분석하였다. 패각을 활용한 3D 프린팅 콘크리트는 패각 잔골재와 시멘트 풀 계면 등의 공극 요인으로 일반 콘크리트 대비 낮은 강도를 가지기 때문에 역학적 성능 평가를 위한 미세구조 특성 분석이 요구된다. 유동성, 출력성 및 적층성을 고려하여 3D 프린팅 콘크리트의 배합을 선정하였으며, 패각 잔골재를 활용한 3D 프린팅 콘크리트 시편의 물성과 미세구조를 분석하였다. 시편의 물성을 평가하기 위해 3D 프린터로 압축강도와 부착강도 시편을 제작하였고 강도 시험을 진행하였다. 미세구조를 분석하기 위해 고해상도 이미지를 얻을 수 있는 SEM 촬영을 수행하였으며, 히스토그램 기반 상 분리 방법을 적용하여 공극을 분리하였다. 패각 잔골재 종류에 따른 공극률을 확인하고 확률함수를 활용하여 공극 분포 특성을 정량화하였으며, 패각 잔골재의 종류에 따른 시편의 역학적 물성과 미세구조 특성 간의 상관관계를 확인하였다. The volume of shells, a prominent form of marine waste, is steadily increasing each year. However, a significant portion of these shells is either discarded or left near coastlines, posing environmental and social concerns. Utilizing shells as a substitute for traditional aggregates presents a potential solution, especially considering the diminishing availability of natural aggregates. This approach could effectively reduce transportation logistics costs, thereby promoting resource recycling. In this study, we explore the feasibility of employing wasted shell aggregates in 3D concrete printing technology for marine structures. Despite the advantages, it is observed that 3D printing concrete with wasted shells as aggregates results in lower strength compared to ordinary concrete, attributed to pores at the interface of shells and cement paste. Microstructure characterization becomes essential for evaluating mechanical properties. We conduct an analysis of the mechanical properties and microstructure of 3D printing concrete specimens incorporating wasted shells. Additionally, a mix design is proposed, taking into account flowability, extrudability, and buildability. To assess mechanical properties, compression and bonding strength specimens are fabricated using a 3D printer, and subsequent strength tests are conducted. Microstructure characteristics are analyzed through scanning electron microscope tests, providing high-resolution images. A histogram-based segmentation method is applied to segment pores, and porosity is compared based on the type of wasted shell. Pore characteristics are quantified using a probability function, establishing a correlation between the mechanical properties and microstructure characteristics of the specimens according to the type of wasted shell.

도시공간구조와 기상요인이 계절별 고농도 미세먼지 발생에 미치는 영향에 관한 연구

허유경,강민규 대한국토·도시계획학회 2022 國土計劃 Vol.57 No.1

본 연구에서는 그간 다양한 노력을 통해 미세먼지 농도가 개선되고 있음에도, 고농도 미세먼지 발생이 오히려 빈번해지는 상황에 주목하였다. 전술하였듯 고농도 미세먼지는 계절적으로 겨울과 초봄에 많이 발생하고 있으며, 미세먼지 ‘나쁨’과 ‘매우 나쁨’ 일수를 기준으로 측정되고 있다. 미세먼지에 관한 기존 연구들은대부분 미세먼지 농도를 종속변수로 하는 다중회귀분석을 통해수행되었고, 고농도 미세먼지 발생빈도를 대상으로 하는 연구는거의 수행되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 미세먼지 농도를종속변수로 하는 다중회귀분석과 함께 미세먼지 ‘나쁨’과 ‘매우 나쁨’ 일수를 종속변수로 하는 가산자료분석을 진행하여 미세먼지발생 메커니즘을 종합적으로 규명하고자 한다. 특히 본 연구는고농도 미세먼지 발생이 주로 겨울과 초봄에 집중되어 있음을 감안하여, 계절별로 고농도 미세먼지 발생에 영향을 미치는 기상요인과 도시공간구조 요인을 실증적으로 분석하였다. 이를 통해 향후 도시계획 및 정책 수립에 있어 미세먼지 대응과 관련하여 고려해야 할 시사점을 제시하고자 한다.

약물에 의해 미세사의 기능장애를 받은 배양간세포의 미세구조 변화

김진국,고정식,안의태,박경호 대한해부학회 1999 Anatomy & Cell Biology Vol.32 No.5

약물에 의해 미세사의 기능장애를 받은 배양간세포의 미세구조 변화

김진국(Jin-Gook Kim),고정식(Jeong-Sik Ko),안의태(E-Tay Ahn),박경호(Kyung-Ho Park) 대한해부학회 1999 Anatomy & Cell Biology Vol.32 No.5

To examine the role of actin microfilaments which are located at beneath the plasma membrane, we observed the ultrastructural changes of rat hepatocyte induced by alteration of the microfilamentous integrity. The isolated hepatocytes from Sprague-Dawley were cultured in the L-15 medium containing phalloidin (agent that cause polymerization of actin) or cytochalasin D(agent that cause depolymerization of actin) for 30 min, 1 hour, 2 hours, 4 hours, 10 hours and 20 hours, respectively. The results observed with scanning and transmission electron microscope were as follows. 1. Following the alteration of actin microfilaments, bile canaliculi were dilated and devoid of microvilli. In phalloidin treated group, the thickening of microfilamentous ectoplasm was more marked than that of cytochalasin D treated group. Whereas, the dilation of bile canaliculi was more marked in cytochalasin D group. 2. Both drugs, phalloidin or cytochalasin D, produced the alteration of cell shape to form cytoplasmic protrusions at the cell surface. In the phalloidin treated group, protrusions were pedunculated, and the microfilament networks were accumulated at the narrow neck region. 3. In cytochalasin D treated group, no microfilament barrier was seen at the broad base of protrusion which exhibit direct continuity with the internal cytoplasm. 4. Single hepatocyte tend to recover their structural integrity as those in vivo. The new bile canaliculus was sealed off at the intercellular space by tight junctions, and intercellular contacts were established by the junctional complexes. The results demonstrated that excessive accumulation or depletion of microfilaments induced by phalloidin or cytochalasin D altered the cell shape different, respectively. The microfilaments of ectoplasm play an important role in the maintenance of the structural integrity of cultured hepatocytes. 간세포의 쓸개모세관 주위세포질에는 미세사가 풍부하게 분포하면서 세포뼈대를 이룬다. 본 실험은 미세사를 증식 또는 억제한 후에 간세포의 미세구조 변화를 연구하였다. 체중 200 g 내외의 숫흰쥐의 간조직에 IV형 collagenase를 처리하여 간세포를 분리∙배양하면서 배지에 미세사의 중합 촉 진제인 phalloidin이나 미세사 중합 억제제인 cytochalasin D를 투여한 후 주사전자현미경과 투과전자현미경으로 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. Phalloidin이나 cytochalasin D 투여군의 간세포에서는 쓸개모세관이 확장되고, 미세융모의 소실이 뚜렷하였다. Phalloidin 투여군에서는 미세사가 증식되고 겉형질층이 두터워져 쓸개모세관은 경직된 모습이었고, cytochalasin D 투여군에서는 미세사가 감소되었으나 Phalloidine 투여군보다 쓸개모세관의 확장은 더욱 심했다. 2. Phalloidin 투여군에서는 간세포 표면에 작은 세포질돌기가 돌출되었다. 돌출부는 잘록한 곤봉모양으로 연결부에는 미세사가 증식되어 돌출부와 세포질을 분리시키고 있었다. 3. Cytochalasin D 투여군에서 세포질은 각종 세포소기관들이 포함된 채로 세포질이 바깥쪽으로 밀고 나와 둥근 돌출부를 이루었다. 4. 분리된 간세포는 20시간이 경과하면 인접세포사이에 연접복합체를 형성하여 세포줄을 이루고 새로운 쓸개모세관이 형 성되어 생체 간세포의 특성을 회복하려는 모습을 나타냈다. 이상의 결과를 보면 미세사의 기능적인 이상이 오면 간세포표면의 미세융모가 사라지고 세포질이 돌출되며 쓸개모세관 이 확장되는 간세포형태의 변화를 초래하게 되는데 이때 미세사의 이상증식이나 감소시에는 서로 다른 형태학적 변화를 나타내게 된다.

흰쥐 가슴샘상피세포 아형의 미세구조학적 특성

김봉선(Bong-Seon Kim),이경희(Kyeong-Hee Lee),이희우(Hee-Woo Lee),김재봉(Jae-Bong Kim),김성일(Sung-Il Kim),윤 식(Sik Yoon) 대한해부학회 2003 Anatomy & Cell Biology Vol.36 No.4

Thymic epithelial cells constitute a major component of the thymic microenvironment. The thymus is involved in the regulation of the proliferation, maturation and differentiation of thymocytes. There is some controversy about the classification of thymic epithelial cell types. Traditionally, thymic epithelial cells have been divided into cortical and medullary epithelial cell types. In general, the thymic epithelium can be broadly subdivided into subcapsular, cortical and medullary epithelial cells, and Hassall’s corpuscles by immunocytochemical methods. Although a few studies were performed on the ultrastructural characteristics of the different types of thymic epithelial cells, there is still some controversy about the classification of thymic epithelial cell subsets. Thus, the present study was performed to investigate the ultrastructural features of thymic epithelial cell subsets in adult male Sprague-Dawley rats, which are the most commonly used species of rat for biological researches, using transmission electron microscopy to shed more light on the heterogeneity of thymic epithelial cells. On the basis of ultrastructural features, we could identify and classify eight subsets of epithelial cells in normal rat thymus. In particular, this study provided a clear and easy way to identify the type 3 epithelial cells by their characteristic ‘perinuclear arrangement pattern of relatively short bundles of tonofilaments’. This is an important finding since the type 3 epithelial cells has been considered to be the most difficult type to identify among various thymic epithelial cell types. The results of the present ultrastructural study of thymic epithelial cells provided more insight into the heterogeneity of thymic epithelial cells, and can contribute to the understanding of roles played by different types of thymic epithelial cells. 가슴샘상피세포는 가슴샘세포의 증식, 성숙 및 분화에 관여하는 가슴샘미세환경의 가장 주된 구성요소이다. 이전에는 가슴샘상피세포를 겉질상피세포 및 속질상피세포로 크게 두 종류로 구분하였으나, 현재에는 일반적으로 면역세포화학적 방법을 이용하여 피막밑상피세포, 겉질상피세포, 속질상피세포 및 가슴샘소체의 네 종류로 분류하는 방법을 널리 사용하 고 있다. 비록 전자현미경을 이용하여 이를 더 세부적으로 분류하고자 하는 여러 시도가 있어왔지만, 아직 이들 각 아형에 대한 자세한 미세구조학적 특성 및 이러한 특성에 따른 세부적인 분류방법이 체계적으로 정립되어 있지 않은 실정이다. 본 연구는 투과전자현미경을 이용하여 Sprague-Dawley계 성체 웅성 흰쥐 가슴샘상피세포의 미세구조학적 특성을 자세히 관찰하고 이러한 미세구조학적 특성에 따라 가슴샘상피세포를 세분하고자 시도되었다. 본 연구결과 미세구조학적 특징에 따라 흰쥐 가슴샘상피세포를 8가지 아형으로 세분할 수 있었다. 제1형은 피막밑/사이 막옆/혈관주위에 위치하였으며, 제2형은 가슴샘겉질에 널리 분포하며 전자밀도가 매우 낮은 핵을 가지고 있었다. 제3형도 대부분 가슴샘겉질에 분포하고 있었으며, 제2형과 제4형 사이의 중간 정도의 미세구조학적 특성을 지니고 있었다. 제4형 은 주로 가슴샘겉질에 분포하고 있었으나 가끔 가슴샘속질에도 분포하였으며 세포질과 핵이 모두 높은 전자밀도를 가지 는 것이 특징적인 소견이었다. 제5~8형은 모두 가슴샘속질에 분포하였다. 제5형은 다소 미분화된 세포의 형태학적 특징 을 지녔고, 제6형은 다른 종류의 가슴샘상피세포보다 크기가 매우 컸으며 대부분 세포질내에 포도송이 모양의 액포집합 체를 포함하고 있었다. 제7형은 세포질 돌기가 매우 잘 발달하였으며 세포질돌기내에는 매우 잘 발달된 당김미세섬유를 함유하고 있는 것이 매우 특징적인 소견이었다. 제8형은 가슴샘소체를 형성하고 있는 가슴샘상피세포이었다. Sprague-Dawley계 흰쥐는 일반적으로 가장 널리 사용되고 있는 실험동물이기 때문에 본 연구의 결과는 향후 흰쥐 가 슴샘의 미세구조학적 연구에 중요한 참고자료가 될 뿐만 아니라, 나아가 흰쥐 가슴샘을 실험대상으로 하는 여러 형태학적 혹은 기능적 연구에도 중요한 기초자료를 제공해 줄 수 있을 것이다.