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스폰지 뼈의 Remodeling 예측을 위한 체적 변형률을 이용한 유한요소 알고리즘
김용,벤더비 레이,Kim, Young,Vanderby, Ray 대한의용생체공학회 2000 의공학회지 Vol.21 No.4
본 연구의 목적은 체적 변형률 (volumetric strain)에 의한 스폰지 뼈의 밀도를 예측하는 것이다. 스폰지 뼈의 내부에서 유체의 흐름을 고려하기 위하여 각각의 normal strain의 합을 체적 변형률로 정의하였다. 체적 변형률의 경계조건에 대한 민감한 반응은 스폰지 뼈의 밀도를 예측하도록 하였다. 이러한 이론적 배경을 유한요소법 (finite element method)에 적용시켜 대퇴골 (femur)과 척구 (spine)의 스폰지 뼈에서의 밀도를 예측하였다. 예측된 뼈의 밀도는 실험적 데이터와 매우 유사하였다. (Wolff 1892, Keller et al. 1989, Codyet al. 1992). 뼈의 밀도의 함수인 뼈의 탄성계수와 강도 또한 실험적 결과와 매우 유사하였다. (Keller et al. 1989, Carter and Hayes 1977). 본 연구에서 정립된 알고리즘은 스폰지 뼈의 밀도를 예측하는데 있어서 수렴성과 민감성이 우수하였다. 따라서 본 연구의 컴퓨터 알고리즘은 스폰지 뼈의 밀도예측에 있어서 매우 유용한 방법이 될 것이다. The goal of this paper is to develop a computational method to predict cancellous bone density distributions based upon continuum levels of volumetric strain. Volumetric strain is defined as the summation of normal strains, excluding shear strains, within an elastic range of loadings. Volumetric strain at a particular location in a cancellous structure changes with changes of the boundary conditions (prescribed displacements, tractions, and pressure). This change in the volumetric strain is postulated to predict the adaptive change in the bone apparent density. This bone remodeling theory based on volumetric strain is then used with the finite element method to compute the apparent density distribution for cancellous bone in both lumbar spine and proximal femur using an iterative algorithm, considering the dead zone of strain stimuli. The apparent density distribution of cancellous bone predicted by this method has the same pattern as experimental data reported in the literature (Wolff 1892, Keller et al. 1989, Cody et al. 1992). The resulting bone apparent density distributions predict Young's modulus and strength distributions throughout cancellous bone in agreement with the literature (Keller et al. 1989, Carter and Hayes 1977). The method was convergent and sensitive to changes in boundary conditions. Therefore, the computational algorithm of the present study appears to be a useful approach to predict the apparent density distribution of cancellous bone (i.e. a numerical approximation for Wolff's Law)
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광산갱도 계측을 통한 굴착에 따른 스프레이 콘크리트의 갱도 보강효과 평가
김동민,마상준 한국자원공학회 2013 한국자원공학회지 Vol.50 No.6
In this study, the convergence and the stress of sprayed concrete were measured in process of excavation of mine drift and it was evaluated that the stability of unsupported and supported mine drift. In result of the prediction of final displacement, the displacement of unsupported mine drift was somewhat larger than that of supported mine and sprayed concrete stress was early stabilized in supported mine. The critical strain of crown displacement in unsupported mine drift was located in Caution Level I, so it was judged that the relaxation zone was locally appeared in ground and some caution was required in process of excavation. In result of the computation of apparent young's modulus, that increased by the effect of sprayed concrete supporting and sprayed concrete supporting was highly efficient by more than 50% comparing with unsupported mine drift. 본 연구에서는 광산갱도에서 굴착에 따른 변위 및 스프레이 콘크리트의 응력을 계측하고, 무지보 및 보강갱도에서의 안정성을 평가하였다. 갱도의 최종변위량 예측결과 무지보 갱도가 스프레이 콘크리트 보강갱도에 비해 전반적인 변위가 다소 크게 나타났으며, 스프레이 콘크리트 보강갱도의 경우 강도가 발현됨에 따라 갱도가 빨리 안정화되는 것으로 나타났다. 무지보 갱도의 한계변형률은 천단변위의 경우 주의레벨Ⅰ로 국부적으로 지반의 이완영역이 발생하여 굴착시 약간의 주의가 필요할 것으로 판단되었다. 갱도의 겉보기 탄성계수산정결과 스프레이 콘크리트의 지보효과에 의해 겉보기 탄성계수가 증가하는 효과를 확인할 수 있었고, 무지보 갱도에 비해 약 50% 이상 갱도 보강 효율이 높은 것으로 평가되었다.
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정윤영 ( Yun Young Jeong ),한희수 ( Heui Soo Han ),이재호 ( Jae Ho Lee ) 대한지질공학회 2010 지질공학 Vol.20 No.1
이 연구는 터널설계의 안정성을 예측하기 위한 터널거동분석에 초점을 맞춘 것이다. 3차원 수치해석, 현장계측 후 최대변형 및 사쿠라이에 의해 제안된 터널변형에 관한 경험적 안정성 평가방법들을 결합한 평가기법을 사용하였다. 사쿠라이가 사용한 계측자료들은 새로운 해석기법을 도입하여 재해석되었다. 터널안정해석을 위한 사쿠라이의 경험적 추세선은 이론적 추세선으로 새로이 도입되었으며, 이는 안정, 불안정 및 파괴영역으로 구분되었다. 터널 현장자료의 새 해석기법을 평가하기 위한 현장의 적용 예로, 김포의 지하철 9호선으로 연결되는 인천공항의 지하철터널을 이용하였다. 그 결과 터널보강후 인천공항 지하철의 상부 및 하부터널 모두 충분한 안정성을 보였다. 마이크로 실리카 그라우팅과 엄브레라방법에 의한 지반보강 후 겉보기 영계수가 상당히 증가하는 것을 볼 수 있었다. 그러므로, 제안된 새 해석기법을 이용하면, 터널변형과 지반조건에 따른 최적의 보강기법 선정에 활용할 수 있다. This study is focused on the analysis of tunnel behavior to estimate the stability on tunnel design. An estimation method was proposed as a hybrid consideration, which contains the displacement analysis by 3D numerical simulation, the maximum displacement obtained after field measurement, and an assessment of tunnel stability using a deformation analysis proposed by Sakurai(1988, 1997). The points of case study by Sakurai(1988, 1997) were replotted considering his analysis. From the new analysis of the tunnel case study, the trend line for analyzed points is analogized, which curve is divided into stable, unstable and failure zone. To evaluate the estimation method, a special shape of railway tunnel was selected, which are the Inchon international airport rail way connected to subway line 9 in Gimpo, Korea. The point s of upper and below track on the Inchon international airport rail way were satisfied to the stability of tunnel after reinforcing. Also the points shows the higher apparent Young`s modulus, which resulted from improvement on shear strength by the micro silica grouting and the supporting of umbrella method. Therefore, if new analysis used, proper tunnel reinforcing method could be selected according to tunnel strain and geological property.
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Applications of fiber optic sensors for structural health monitoring
Kesavan, K.,Ravisankar, K.,Parivallal, S.,Sreeshylam, P. Techno-Press 2005 Smart Structures and Systems, An International Jou Vol.1 No.4
Large and complex structures are being built now-a-days and, they are required to be functional even under extreme loading and environmental conditions. In order to meet the safety and maintenance demands, there is a need to build sensors integrated structural system, which can sense and provide necessary information about the structural response to complex loading and environment. Sophisticated tools have been developed for the design and construction of civil engineering structures. However, very little has been accomplished in the area of monitoring and rehabilitation. The employment of appropriate sensor is therefore crucial, and efforts must be directed towards non-destructive testing techniques that remain functional throughout the life of the structure. Fiber optic sensors are emerging as a superior non-destructive tool for evaluating the health of civil engineering structures. Flexibility, small in size and corrosion resistance of optical fibers allow them to be directly embedded in concrete structures. The inherent advantages of fiber optic sensors over conventional sensors include high resolution, ability to work in difficult environment, immunity from electromagnetic interference, large band width of signal, low noise and high sensitivity. This paper brings out the potential and current status of technology of fiber optic sensors for civil engineering applications. The importance of employing fiber optic sensors for health monitoring of civil engineering structures has been highlighted. Details of laboratory studies carried out on fiber optic strain sensors to assess their suitability for civil engineering applications are also covered.
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