띠하중에 따른 실트질 모래지반의 확률론적 지중응력분포 특성

봉태호 ( Tae-ho Bong ),손영환 ( Young-hwan Son ),노수각 ( Soo-kack Noh ),박재성 ( Jae-sung Park ),김성필 ( Seong-pil Kim ),허준 ( Joon Heo ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

최근 경제적이고 합리적인 최적 설계방안에 대한 요구가 증가하면서 신뢰성 분석을 기본으로 하는 설계법이 세계적인 추세가 되어가고 있으며 지반분야에서도 이러한 지반의 불확실성을 해석에 반영하고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 기초지반의 안정문제 및 침하문제를 해석하고 구조물의 기초 및 지하매설물 등을 설계하는 데 있어서 상부하중에 의한 지중응력분포는 필수적으로 고찰되어야 한다. 상부 구조물 시공이나 추가 성토에 따른 하중은 지반을 통하여 지중에 전달되는데 이에 따라 상부 하중의 불확실성도 지반을 통하여 같이 전달된다. 지반 내에서 응력의 발생은 지반 변형을 발생시키는 주요 원인이며 지중 구조물에 하중으로 작용하므로 지반 침하해석 및 지중 구조물의 확률론적 설계를 위해서는 상부 하중에 따른 지중응력증가 및 불확실성을 정량적으로 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 실트질 모래지반에서 일정한 변동계수를 갖는 확률분포하중에 따른 지중응력의 변동계수 분포를 파악하기 위하여 실내모형실험을 수행하였으며 지반 위치에 따른 지중응력의 변동계수분포를 산정하였다. 실험결과, 정적하중(1.14 kgf/㎠)과 확률분포하중(1.14 kgf/㎠, COV 14%)에 따른 지중응력분포는 거의 동일한 것으로 나타나 확률분포하중이 비교적 지반에 잘 전달되었음을 확인할 수 있었으며, 확률분포하중의 시행횟수에 따른 지중응력의 변동계수 변화는 약 10,000회 이상에서는 일정한 값에 수렴하는 것으로 나타났다. 또한 실험결과를 적용하여 Terzaghi 1차원 압밀이론식에 대한 지반 침하해석을 수행하고 각 해석변수에 대한 민감도 분석을 통하여 지중응력증가의 영향을 분석하였다.

교정용 미니스크류 식립 시 스크류의 길이, 직경 및 피질골 두께에 따른 응력 분포에 관한 3차원 유한요소법적 연구

임종원,김왕식,김일규,손충렬,변효인 대한치과교정학회 2003 대한치과교정학회지 Vol.33 No.1

본 연구는 교정치료 시 고정원 보강을 위해 사용되는 교정용 미니스크류의 길이, 직경 및 피질골 두께에 따른 응력분포 양상을 알아보기 위하여 시행되었다. 미니스크류의 길이와 직경 변화에 따른 응력 분포 양상을 관찰하기 위하여 식립되는 피질골의 두께를 1.0mm로 고정하고 미니스크류의 길이를 6.0mm, 8.0mm, 10.0mm, 12.0mm로, 직경을 1.2mm, 1.6mm, 2.0mm인 3차원 유한요소 모델을 제작하였다. 또한, 피질골의 두께 변화에 따른 응력 분포 양상을 관찰하기 위하여 미니스크류의 길이를 0.8mm로 고정하고 직경은 1.2mm, 1.6mm, 2.0mm로, 피질골의 두께는 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm, 2.5mm인 3차원 유한 요소 모델을 제작하였다. 각각의 유한요소 모델의 미니스크류 head 중심에 200gm의 수평력을 가하여 응력 분포 양상과 크기를 3차원 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS응 이용하여 비교한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 미니스크류 내부에서 나타나는 최대 응력값을 비교한 결과, 미니스크류의 직경이 1.2mm에서 2.0mm로 증가할수록 응력이 감소하였으며 같은 직경에서는 길이 증가에 상관없이 일정한 값을 유지하였다. 2. 피질골 및 해면골에 작용되는 최대 응력값을 비교한 결과, 미니스크류의 직경이 1.2mm에서 2.0mm로 증가할수록 응력이 감소하였으며 같은 직경에서는 길이 증가에 상관없이 일정한 값을 유지하였다. 3. 피질골 및 해면골에 작용되는 응력 분포를 관찰한 결과, 대부분의 응력이 피질골에서 흡수 되었으며, 해면골에 전달되는 응력값은 미미하였다. 4. 피질골 두께에 따른 최대 응력값을 비교한 결과, 같은 미니스크류의 직경에서는 피질골의 두께 증가에 상관없이 일정한 값을 유지하였다. 이상의 결과는 교정용 미니스크류의 유지에 길이보다는 직경이 더 크게 관여하는 것으로 나타나 미니스크류의 식립시 이에 대한 고려가 필요함을 시사하였다. The purpose of the present study is to evaluate the stress distribution on the length and diameter of the miniscrew and cortical bone width. Three dimensional finite element models were made of diameter 1.2mm, 1.6mm, 2.0mm and length 6.0mm, 8.0mm, 10.0mm, 12.0mm and cortical bone width 1.0mm. Also, another three dimensional finite element models were made of diameter 1.2mm, 1.6mm, 2.0mm and length 8.0mm and cortical bone width 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm, 2.5mm, Two-hundred grams horizontal force were applied on the center of the miniscrew head and at that stress distribution and its magnitude had been analyzed by ANSYS, which is three dimensional finite element analysis program. The obtained results were as follows : 1. The comparison of the maximum von-Mises stress in the miniscrew showed that as the diameter increases from 1.2mm to 2.0mm stress has been decreased, while on the same diameter stress was not changed regardless of the length change. 2. The comparison of the maximum von-Mises stress in the cortical and cancellous bone showed that as the diameter increases from 1.2mm to 2.0mm stress has been decreased, while on the same diameter stress was not changed regardless of the length change. 3. In the analysis of the stress distribution in the cortical and cancellous bone, the most of the stress had been absorbed in the cortical bone, and did not transmitted much to the cancellous bone. 4. In the analysis of the maximum von-Mises stress according to the cortical bone width, the same diameter of the miniscrew showed a constant stress value regardless of the cortical bone width change. The above results suggest that the maintenance of the miniscrew is more reliable on diameter than length of the miniscrew.

TRANSPALATAL LINGUAL ARCH에 의한 골내 응력 분포에 관한 광탄성적 연구

고기영,태기출,국윤아,김상철 대한치과교정학회 1997 대한치과교정학회지 Vol.27 No.5

본 연구는 TMA wire로 제작된 transpalatal lingual arch에 의한 골내 응력 분포를 파악하기 위하여 양측성 및 편측성 확장을 가하여 이때 발생하는 치아주위조직 응력 분포 양상을 광탄성 응력해석법으로 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 양측성 확장시 수평 변형만 적용했을 때 탄선끝이 각진 경우 둥근 탄선끝을 적용한 경우보다 응력이 치근단으로 집중되며 회전중심을 의미하는 흑색선이 변화하는 양태를 보였고 수직변형량이 증가되면서 전체적인 응력차수의 증가와 흑색선의 하방 이동 양상을 보였다. 2. 편측성 확장을 위해 수평 변형과 함께 확장측에만 수직 변형을 적용하였을 때 확장력이 확장측으로 편중되는 응력분포를 관찰할 수 있었다. 수직 변형량의 증가시 확장측 구치는 정출하는 응력을 보였고 수평변형량의 증가시 고정측치아도 경사지려는 응력분포가 관찰하였다. 3. 편측 구치의 회전을 개선하기 위해 철사끝을 비대칭적으로 toe-in한 경우 변형량이 적은 구치의 치근단 원심측에 응력분포를 관찰할 수 있었다. 4. 악궁 확장시 철사의 길이를 줄일수록 무늬차수가 증가하는 응력 분포를 보였다. The purpose of this study was to investigate the stress distribution and intensity derived from the transpalatal lingual arch in the investing bone composed of photoelastic material(PL-3). The transpalatal lingual arch wire was deflected in the horizontal and vertical direction to give the various conditions. The two-dimensional photoelastic stress analysis was performed, and the stress distrebution was recored by photography. The results were as follows: 1. In bilateral expansion, as horizontal deflection was singly applied, the stress was more concentrated on the root apex in square free end than round. In square free end, as vertical deflection was increased gradually, the black line meaning center of rotation moved inferiorly together with the increment of whole fringes. 2. In application of vertical deflection on anchorage side for unilateral expansion, the stress distribution that expansive force leaned to expansion side was observed. As vertical deflection increased, the extruding stress was observed on molar of expansion side. And as horizontal deflection increased, the tipping stress on the molar of anchorage side was observed. 3. In unilateral rotation with the asymmetric toe-in, the fringe appeared on the distal aspect of root apex.

교정용 미니임플랜트의 직경 및 식립각도에 따른 응력 분포에 관한 3차원 유한요소 분석

변나영,남은혜,윤영아,김일규 대한치과교정학회 2006 대한치과교정학회지 Vol.36 No.3

본 연구는 고정원 보강을 위하여 사용하는 교정용 미니임플랜트의 직경 및 식립각도에 따른 응력 분포 양상을 알아보기 위하여 시행되었다. 미니임플랜트의 직경 및 피질골 표면에 대한 식립각도에 따른 응력 분포 양상을 관찰하기 위하여 15 × 15 × 20 mm3의 육면체에서 식립되는 피질골의 두께를 1.0 mm로 하였으며, 미니임플랜트의 길이를 8.0 mm로 고정하고 직경은 1.2 mm, 1.6 mm와 2.0 mm, 식립각도는 피질골 표면에 대해 90˚, 75˚, 60˚, 45˚ 및 30˚인 3차원 유한요소 모델로 제작한 다음, 미니임플랜트 두부중심에 각도 변화 평면에 대하여 수직 방향으로 200 gm의 수평력을 가하여 응력 분포 양상과 크기를 3차원 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 비교하였다. 골에 나타나는 최대 응력은, 식립각도와 무관하게 미니임플랜트의 직경이 증가할수록 응력이 감소하였고, 대부분의 응력이 피질골에서 흡수되었다. 또한 미니임플랜트의 직경이 증가하고 식립각도가 감소함에 따라 피질골과 접촉면적이 유의성 있게 증가하였으나, 피질골에 나타나는 최대응력은 식립각도 보다 피질골 표면과 접촉하는 미니임플랜트 위치가 더 유의한 연관성을 가졌다. 이상의 결과는 미니임플랜트 사용 시 골내 응력 분포는 식립각도의 감소보다는 미니임플랜트 직경 증가와 미니임플랜트와 피질골 표면의 접촉위치가 미니임플랜트의 유지 및 안정성에 영향을 주므로 미니임플랜트의 식립 시 이에 대한 고려가 필요할 것으로 생각된다. The present study was performed to evaluate the stress distribution on the diameter of the mini-implant and insertion angle to the bone surface. To perform three dimensional finite element analysis, a hexadron of 15 × 15 × 20 mm3 was used, with a 1.0 mm width of cortical bone. Mini-implants of 8 mm length and 1.2 mm, 1.6 mm, and 2.0 mm in diameter were inserted at 90˚, 75˚, 60˚, 45˚, and 30˚ to the bone surface. Two hundred grams of horizontal force was applied to the center of the mini-implant head and stress distribution and its magnitude were analyzed by ANSYS, a three dimensional finite element analysis program. The findings of this study showed that maximum von Mises stresses in the mini-implant and cortical and cancellous bone were decreased as the diameter increased from 1.2 mm to 2.0 mm with no relation to the insertion angle. Analysis of the stress distribution in the cortical and cancellous bone showed that the stress was absorbed mostly in the cortical bone, and little was transmitted to the cancellous bone. The contact area increased according to the increased diameter and decreased insertion angle to the bone surface, but maximum von Mises stress in cortical bone was more significantly related with the contact point of the mini-implant into the cortical bone surface than the insertion angle to the bone surface. The above results suggest that the maintenance of the mini-implant is more closely related with the diameter and contact point of the mini-implant into the cortical bone surface rather than the insertion angle.

엔트로피 개념을 이용한 개수로에서 등류 및 부등류 흐름의 전단응력 산정

추연문,추태호,양다운,김중훈 한국습지학회 2017 한국습지학회지 Vol.19 No.2

전단응력은 여러 분야에서 사용하는 매우 중요한 역학 인자 중 하나이며, 인공수로의 설계를 위해서 중요하다. 현재 전단응력은 과거에 정해진 계산법을 사용하고 있지만, 사용되는 식에서 바닥전단응력과 에너지경사와 같이 실제로 측정하거나 계산하기 어려운 요소들이 존재한다. 특히, 에너지경사는 산정하기 매우 어려운 인자이며, 전단응력분포를 구하기위해서는 에너지경사가 있어야만 산정할 수 있지만, 경계층의 유속기울기와 유속을 측정하는 것은 현실적으로 어려운 부분이다. 또한 전단응력분포 중 바닥전단응력은 직접 측정하기 매우 어렵고, 유속에 비해 연구가 다소 더딘 실정 이다. 전단응력분포를 정확하게 산정할 수 있다면, 바닥전단응력과 에너지경사를 손쉽게 산정할 수 있다. 본 연구에서는 에너지경사를 반영하지 않고 엔트로피 M을 이용하여 평균유속과 전단응력분포를 간단히 산정하는 연구를 진행하 였고, 적용한 식의 효용성을 증명하기 위해 기존의 실험실 실측 자료를 사용하였다. 이는 그래프를 통해 응력분포를 나타내어 비교분석을 하였으며, 등류와 부등류에서 각각 결정계수는 0.930-0.998까지로 거의 일치하였다. Shear stress is one of the most important mechanical factors used in various fields and is important for the design of artificial channels. Current shear stresses have been used in the past, but there are factors that are difficult to actually measure or calculate, such as bed shear stress and energy slope in the equation used. In particular, the energy slope is a very difficult factor to estimate, and it is difficult to estimate the slope and flow velocity of the boundary layer although the energy slope can be used to obtain the shear stress distribution. In addition, the bed shear stress among the shear stress distribution is very difficult to measure directly, and the research is somewhat slower than the velocity. In this study, we have studied the simple calculation of the average flow velocity and the shear stress distribution using entropy M without reflecting the energy gradient, and we used existing laboratory data to demonstrate the utility of the applied equation. The stress distribution in the graphs was comparatively analyzed. In the case of the uniform flow and the non-uniform flow, the correlation coefficient was almost identical to 0.930-0.998.

쇼트피닝의 응력분포 측정과 유한요소 해석

이승호,이종대,강진식 한국기계기술학회 2001 한국기계기술학회지 Vol.3 No.2

재하하중에 따른 지중응력증가비의 실험적 고찰

봉태호 ( Tae-ho Bong ),김성필 ( Seong-pil Kim ),허준 ( Joon Heo ),손영환 ( Young-hwan Son ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

지표면에 응력이 재하 되었을 때 지중에서의 응력을 산정하는 방법은 일반적으로 탄성해법이나 근사해법에 의하여 이루어진다. 그러나 이들 방법은 지반을 실제와 다른 유사 탄성론에 의한 가정공식으로 흙을 균질성, 등방성으로 보고 응력분포를 산정하게 되므로 실제 지반의 응력과는 해석결과가 다르게 나타날 수 있다. 또한 기존의 해석방법(탄성해법, 근사해법, 수치해석법)은 모두 해석의 특성상 재하하중에 대한 지중응력이 선형적으로 증가하며 모든 깊이에 대해 동일한 응력증가비가 적용되므로 재하하중이 증가한 만큼 지중응력도 깊이에 관계없이 동일한 비율로 증가하게 된다. 본 연구에서는 실내모형실험을 통하여 실제 지중에서의 응력분포를 산정하고 기존 지중응력해석법에 대하여 동일한 조건하에 해석을 실시하여 이를 비교하였으며, 하중을 증가시켜가며 깊이별 하중증가량을 파악함으로써 재하하중에 따른 지중응력증가비를 산정하였다. 실험결과, 실내모형실험에 의한 지중응력은 기존의 해석이론에 의한 값보다 깊이가 증가할수록 작게 나타났으며 하중이 증가함에 따라 깊이별 하중의 크기는 모두 선형적으로 증가하는 경향을 나타냈지만 응력의 증가비는 깊이가 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다. 특히 깊이 15cm에서의 지중응력증가비는 깊이 90cm에서의 값보다 약 4배정도 큰 값을 나타내어 깊이에 따른 지중응력증가비의 차이는 매우 큰 것으로 나타났다. 따라서 보다 정확한 지중응력의 산정을 위해서는 재하하중에 따른 깊이별 지중응력증가비를 고려할 필요가 있을 것으로 판단된다.

만곡 근관에서 삼각 혹은 장방형 단면 구조의 니켈-티타늄 파일 응력 분포에 관한 3차원 유한요소 연구

김현주,이찬주,김병민,박정길,허복,김현철 대한치과보존학회 2009 Restorative Dentistry & Endodontics Vol.34 No.1

이 연구의 목적은 3차원 유한요소 모형 분석을 이용하여 삼각 대칭형과 S형태의 단면 및 변형된 사각 형태인 장방형 단면으로 분류되는 네 종류의 니켈티타늄 파일이 만곡 근관 적용 시의 응력 분포를 비교하는 것이다. 삼각 대칭형 단면 구조의 ProFile #30 / .06과 HeroShaper #30 / .06,장방형 단면구조의 Mtwo #30 / .05와 NRT #30 / .06 파일을 마이크로컴퓨터 단층촬영을 하고 reverse engineering을 통하여 파일의 구조를 얻고 삼차원 유한요소모형을 제작하였다. 모형 근관 내에서 파일이 근관장 끝까지 진입하여 회전할 때 발생하는 von Mises 응력 분포 및 파일의 제거후의 잔류 응력의 분포양상을 ABAQUS 프로그램을 이용하여 비교하였다. 근관 내 회전 시에 발생하는 응력을 관찰하였을 때 NRT 파일에서 가장 큰 응력을 나타냈으며 , 각 파일에서의 최고 응력과 최저 응력을 비교하였을 때 Mtwo파일에서 가장 큰 차이가 나타났다. 응력의 내부 분포 경향을 보았을때 장방형 구조의 단면을 가진 Mtwo 및 NRT 파일에서 불연속적인 응력의 집중 부위가 관찰되었으며 , 근관 외부로 파일을 제거하여 탄성 회복이 일어난 후의 잔류 응력도 NRT 파일에서 가장 높게 나타났다. 이상의 결과로 유추할 때, 삼각대칭 단면 구조를 가진 파일보다 S-형태의 단면과 변형된 사각 형태의 단면 등의 장방형 단면 구조의 파일이 파절의 위험성이 더 클 것으로 사료된다. The purpose of this study was to compare the stress distributions of NiTi rotary instruments bascd on their cross-sectional geometries of triangular shape-based cross-sectional design. S-shaped cross-sectional design and modified rectangular shape-based one using 3D FE models. NiTi rotary files of S-shaped and modified rectangular design of cross-section such as Mtwo or NRT showed larger stress change while file rotation during simulated shaping. The stress of files with rectangular cross-section design such as Mtwo, NRT was distributed as an intermittent pattern along the long axis of file. On the other hand, the stress of files with triangular cross-section design was distributed continuously. When the residual stresses which could increase the risk of file fatigue fracture were analyzed after their withdrawal, the NRT and Mtwo model also presented higher residual stresses. From this result, it can be inferred that S-shaped and modified rectangular shape-based files were more susceptible to file fracture than the files having triangular shape-based one.

Stress distribution of Class V composite resin restorations : A three-dimensional finite element study

Park, Jeong-Kil,Hur, Bock,Kim, Sung-Kyo 大韓齒科保存學會 2008 Restorative Dentistry & Endodontics Vol.33 No.1

본 연구는 3차원 유한요소분석법적 연구를 통해 쐐기형 비우식성 치경부병소의 복합레진 수복물에서 다른 탄성계수를 가진 복합레진의 수복과 와동의 형태와 응력의 방향에 따른 응력분포의 영향에 대해 알아보고자 하였다. 발거된 상악 제2소구치를 Micro-CT로 스캔한 후 3D-D0CT0R로 3차원유한요소 모형을 제작하였다. 제작된 소구치 모형에 쐐기형 와동과 변형시킨 와동을 형성하고 각 와동을 탄성계수가 서로 다른 혼합형 복합레진 또는 흐름성 복합레진으로 수복하였다. 수복 전, 후 협측교두와 설측교두에 500N의 하중을 가한 후 응력분포를 ANSYS 프로그램을 이용하여 주 응력 분석법으로 평가한 바 다음과 를 얻었다. 1. 수복 전 응력은 근심측 백악법랑경계와 와동저 선각부에 집중되었으며 최대응력은 근심협측우각부에서 나타났다. 2. 와동수복 후 와동저 선각의 응력은 현저히 감소했으나 치경부측 변연의 응력은 수복 전보다 증가하였다. 3. 쐐기형태의 병소의 수복 시 와동저 선각부는 탄성계수가 높은 재료가 유리하고 치경부측변연은 탄성계수가 낮은 재료가 유리하였다. 4. 와동저 선각부를 둥글게 변화시키는 것은 압축응력은 감소시키지 않으나 인장응력은 감소시켰다. This study was to investigate the influence of composite resins with different elastic modulus, cavity modification and occlusal loading condition on the stress distribution of restored notch-shaped noncarious cervical lesion using 3-dimensional (3D) finite element (FE) analysis. The extracted maxillary second premolar was scanned serially with Micro-CT. The 3D images were processed by 3D-D0CT0R. ANSYS was used to mesh and analyze 3D FE model. A notch-shaped cavity and a modified cavity with a rounded apex were modeled. Unmodified and modified cavities were filled with hybrid or flowable resin. After restoration, a static load of 500N was applied in a point-load condition at buccal cusp and palatal cusp. The stress data were analyzed using analysis of principal stress. The results were as follows: 1. In the unrestored cavity, the stresses were highly concentrated at mesial CEJ and lesion apex and the peak stress was observed at the mesial point angle under both loading conditions. 2. After restoration of the cavity, stresses were significantly reduced at the lesion apex, however cervical cavosurface margin, stresses were more increased than before restoration under both loading conditions. 3. When restoring the notch-shaped lesion, material with high elastic modulus worked well at the lesion apex and material with low elastic modulus worked well at the cervical cavosurface margin. 4. Cavity modification the rounding apex did not reduce compressive stress, but tensile stress was reduced.

고정체의 나사산 설계 변수의 변화에 따른 하악골의 응력해석

전흥재,정신영,한종현,허성주,정종평,최용창,류인철,김명호 대한의용생체공학회 2000 의공학회지 Vol.21 No.6

고정체 나사산 형상이 식립된 고정체를 둘러싸고 있는 턱 뼈에서 발생된 응력분포에 미치는 영향과 효과적인 나사산 형상을 결정하기 위해서 다양한 치아 고정체 형상에 대해서 응력해석을 수행하였다. 나사산 골 한쪽 부위에 라운딩이 된 형상의 고정체에서 발생된 응력분포는 다른 나사산 형상의 고정체에서 발생된 응력분포보다 더 효과적으로 나타났다. 이 해석 결과를 근거로 최적의 고정체 치수를 결정하기 위해서 나사산 끝단의 폭, 나사산 높이, 그리고 가해지는 하중의 방향 등과 같은 설계 변수의 변화에 따른 응력해석이 수행되었다. 최대 응력 집중은 고정체 나사산의 첫단 부위에서 발생하였으며, 100 N의 15도 경사하중이 가해졌을 때 발생된 최대 등가응력은 동일 크기의 수식하중보다 2배 정도 더 높게 나타났다. 그리고 나사산 끝단의 폭과 나사산 높이 사이의 연관성에 관련된 해석결과에서 나사산 끝단의 폭과 나사산 높이 사이의 연관성 효과는 무시할 만큼 작다는 것을 알았다. 고정체의 나사산 피치에 대한 나사산 끝단의 폭의 비와 나사산 높이의 비가 각각 0.5와 0.46일 때 다른 고정체의 치수들보다 더 효과적인 응력분포가 나타났다