WO2023008740A1 - Method of determining elastic constants for anisotropic material - Google Patents

Method of determining elastic constants for anisotropic material Download PDF

Info

Publication number
WO2023008740A1
WO2023008740A1 PCT/KR2022/008580 KR2022008580W WO2023008740A1 WO 2023008740 A1 WO2023008740 A1 WO 2023008740A1 KR 2022008580 W KR2022008580 W KR 2022008580W WO 2023008740 A1 WO2023008740 A1 WO 2023008740A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
strain
elastic constant
core sample
anisotropic
learning
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/008580
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
민기복
이윤성
임주휘
홍승기
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Publication of WO2023008740A1 publication Critical patent/WO2023008740A1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N20/00Machine learning
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014Type of force applied
    • G01N2203/0016Tensile or compressive
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058Kind of property studied
    • G01N2203/0069Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075Strain-stress relations or elastic constants
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/0202Control of the test
    • G01N2203/0212Theories, calculations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0676Force, weight, load, energy, speed or acceleration

Definitions

  • the present invention relates to a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material.
  • Anisotropic rocks such as gneiss and shale exist in various strata, and industries in various resource fields target these strata.
  • Shale a representative anisotropic rock, contains a large amount of shale gas, and the global market for shale gas was valued at $68.9 billion in 2019 (Grand View Research, 2020).
  • research is being conducted to build a high-level radioactive waste disposal site in the deep ground worldwide, including countries such as Finland, Sweden, and Korea, and geothermal energy and carbon dioxide underground storage are also growing industrially. In order to further advance these technologies, a high understanding of the ground layer is required.
  • Patent Document 1 Patent Publication No. 10-2017-0092830
  • One aspect of the present invention is to provide a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material, which can drastically reduce time and cost by calculating the anisotropic elastic constant using only a single core sample.
  • the learning strain obtained by applying a local load to the learning anisotropic core sample and the strain of a plurality of data sets consisting of the learning elastic constant of the learning anisotropic core sample as an input value and the elastic constant as an output value Prepare a computer system that performs machine learning doing;
  • Preparing a plurality of data sets consisting of a strain for learning obtained by applying a local load to an anisotropic core sample for learning and an elastic constant for learning of the anisotropic core sample for learning;
  • the anisotropic elastic constant using only a single core sample, and it is possible to provide a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material, which can significantly reduce time and cost.
  • FIG. 1 schematically shows the sequence of a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material using artificial intelligence according to an implementation example of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram schematically showing a method for calculating the elastic constant through a concentrated load test, which is an embodiment of the present invention
  • Figure 2 (a) shows the structure of a flexible platen
  • Figure 2 (b) shows the core sample 2(c) schematically shows a structure in which a flexible platen is placed on one end of a core sample so as to contact only a part of the surface of one end of the core sample.
  • FIG 3 shows a schematic diagram of a core sample during a concentrated load test, which is an implementation example.
  • FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing a method for measuring an indirect tensile test, which is an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 shows the attachment position of the strain measuring sensor during the concentrated load test, which is an embodiment of the present invention, and the arrow indicates the load position.
  • FIG. 6 shows a conceptual diagram for the direction of the elastic constant and the isotropic plane, which is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an artificial neural network constructed from a machine learning computer system, which is an implementation example of the present invention.
  • FIG. 10 shows the attachment position of the strain measuring sensor on the surface of the anisotropic core sample during the concentrated load test in the embodiment of the present invention, and the arrow indicates the load position.
  • the inventors of the present invention as a result of intensive examination to solve the above-described problem, have invented a method capable of sufficiently calculating the elastic constant of an anisotropic material even if only a single core specimen is used using a general load machine.
  • the elastic constant it was found that it can be easily obtained by learning the previously analyzed data set without using complicated numerical analysis or a plurality of specimens, and the present invention was completed. It is explained in detail below.
  • the learning strain obtained by applying a local load to the learning anisotropic core sample and the strain of a plurality of data sets consisting of the learning elastic constant of the learning anisotropic core sample as an input value and the elastic constant as an output value Prepare a computer system that performs machine learning doing;
  • Preparing a plurality of data sets consisting of a strain for learning obtained by applying a local load to an anisotropic core sample for learning and an elastic constant for learning of the anisotropic core sample for learning;
  • Figure 1 of the present application schematically shows the procedure of the calculation method of the elastic constant for the anisotropic material, and the configuration of the present invention will be described in detail below.
  • the strain of the data set consisting of the learning strain obtained by applying a local load to the learning anisotropic core sample and the learning elastic constant of the learning anisotropic core sample as an input value, and the elastic constant as an output value.
  • a step of preparing a computer system performing machine learning may be performed (see FIG. 1A ).
  • a step of preparing a plurality of data sets consisting of a learning strain obtained by applying a local load to an anisotropic core sample for learning and an elastic constant for learning of the anisotropic core sample for learning is performed, and then the plurality A step of causing the computer system to perform machine learning using the strain of the data set as an input value and the elastic constant as an output value may be followed (see FIG. 1B).
  • the strain for learning and the elastic constant for learning included in the data set may be 100 or more sets in terms of securing accuracy of output values. For greater accuracy, there may be more than 1,000 sets, and in one implementation, more than 1,800 sets.
  • the larger the number of data sets the larger the size of the secured database, thereby improving the accuracy of calculating the elastic constant for anisotropic materials. Therefore, the upper limit of the number of data sets may not be particularly limited, and as a non-limiting example, 5,000 can be a dog
  • the strain input to the data set may be referred to as 'learning strain' in order to distinguish it from the 'actual strain' actually measured to calculate the elastic constant of the anisotropic core material.
  • elastic constants are also referred to as 'learning elastic constants' that are input to the data set.
  • the elastic constant calculated by the actual strain can be called 'actual elastic constant' apart from this.
  • the actual strain and the actual elastic constant may also be included in the data set to increase the learning accuracy, and in this case, they may serve as the learning strain and the elastic constant for learning.
  • the learning strain included in the data set may be measured under the same load condition or substantially the same load condition. This is because even if the elastic constant is the same, the strain pattern can be different when the loading conditions are different.
  • the computer system refers to an artificial intelligence program or a system equipped with the same.
  • machine learning may be performed in advance by using the strain for learning included in the data set as an input value and the elastic constant for learning as an output value. Therefore, the computer system can calculate the actual elastic constant with high accuracy when the actual strain obtained under the same load condition is input.
  • machine learning is a term generally widely used in artificial intelligence, and the method is not particularly limited in the present invention. However, one method of machine learning applicable to the present invention will be described as follows.
  • an artificial neural network that calculates an elastic constant as an output value when a strain is input as an input value can be constructed by performing machine learning by training the data set with artificial intelligence.
  • the principle on which such an artificial neural network is built is similar to a regression problem for a general linear function. That is, to create a function that tells the relationship between input values and output values of given data sets.
  • the artificial intelligence learning method is a widely known method such as machine learning, and any method among previously known methods may be used in the present invention.
  • Machine learning is a very well-known method, but in brief, it has the following concept. For example, assuming that there is data between study hours and test scores, we want to model the relationship between study hours and test scores using these data.
  • the values of a and b are obtained at the point where the difference between the linear function describing the relationship between the actual data and the actual data is the minimum, and the process of finding the values of a and b at this time uses an optimization method called gradient descent. done through After first guessing the values of a and b, the difference between the linear function obtained from them and the actual data is obtained, and the values of a and b are corrected through gradient descent. From this, by repeating the process of obtaining the difference between the linear function and the actual data, the values of a and b are finally found.
  • the artificial neural network also has a principle similar to the above-described example, and a schematic diagram of the artificial neural network used for artificial intelligence learning, which is an implementation example of the present invention, is shown in FIG. 7 .
  • the number of nodes is determined according to the number of strain measuring sensors attached to the surface of the core sample.
  • 7 shows an example in which 8 strain measuring sensors are attached to the surface of an anisotropic core sample, and accordingly, 8 strain values are input to the input layer of the first column of FIG. 7 .
  • an artificial neural network is created, and a modeling that predicts one elastic integer from the final column obtained from this is built. Therefore, when calculating a total of 5 elastic constants, since the artificial neural networks shown in FIG. 7 are independently performed for each elastic constant, 5 artificial neural networks are independently formed.
  • each node in the input layer of the first column is connected to each node of the second column by a line, and through each line Node values in the second column are determined using the strain values.
  • the first node present at the top of the second column follows the same calculation as the following relational expression A.
  • value 1 represents the value of the first node in the second column
  • a11 to a18 represent the weight of each strain for determining the value of the first node in the second column, respectively
  • ⁇ 1 to ⁇ 8 are 8, respectively. represents two strain values.
  • the second node of the second column also follows the same calculation, and specifically follows the same calculation as the following relational expression B.
  • value 2 represents the value of the second column, second node, and the definitions of a21 to a28 and ⁇ 1 to ⁇ 8 are respectively for the second node of the second column, except for the relational expression A Same as definition.
  • E represents the sum of squares of the difference between the actual value and the predicted value
  • c represents the c-th data set
  • j represents the j-th elasticity constant
  • y j,c represents the j-th elasticity of the c-th data set represents the predicted value of an integer
  • d j,c represents the actual value of the j-th elastic constant of the c-th data set. Since each artificial neural network predicts only one elastic integer, j is set from 1 to 1.
  • the above-described actual strain may be measured under the same load condition as the load condition used when obtaining the strain for learning and the elastic constant for learning.
  • the step of measuring the actual strain may be performed prior to obtaining the plurality of data sets consisting of the above-described strain for learning and the elastic constant for learning, or after obtaining the plurality of data sets.
  • the shape and size of the anisotropic core sample, the strain measurement position (ie, the strain measuring sensor attachment position), the strain measurement direction, etc. may be the same as when obtaining the elastic constant for learning.
  • the shape and size of the anisotropic core sample when the actual strain is measured, the strain measuring position (ie, the strain measuring sensor attachment position), the strain measuring direction, etc. may be slightly different from when obtaining the strain for learning and the elastic constant for learning. The different cases will be described in more detail later.
  • the method described below may be applied in the same way to the method of collecting the anisotropic core sample, the method of attaching the strain measuring sensor, and the method of applying a local load.
  • the actual strain of the anisotropic core sample measured by applying the aforementioned local load can be input to the computer system that performed the aforementioned machine learning, and the computer system outputs an estimate of the actual elastic constant based on the already learned artificial neural network. can do.
  • the predicted value output may be calculated as an actual elastic constant.
  • elastic constants that can be calculated using the computer system include Young's modulus (E), shear modulus (G), Poisson's ratio ( ⁇ ), and the like, ,
  • E Young's modulus
  • G shear modulus
  • Poisson's ratio
  • FIG. 1 A conceptual diagram of the direction of the elastic constant and the isotropic plane is shown in FIG.
  • the number of elastic constants that can be calculated in the present invention may be five, and examples thereof include E 1 , E 2 , G 2 , ⁇ 1 and ⁇ 2 . As shown in FIG.
  • E 1 , E 2 , and G 2 are the Young's modulus on the xz plane, the Young's modulus on the y-axis, and the shear modulus on the xy plane or yz plane, respectively, when the isotropic plane is placed parallel to the xz plane. it means.
  • ⁇ 1 is the first Poisson's ratio as a negative value of the ratio of strain in the z-axis direction to strain in the x-axis when a uniaxial compression test parallel to the x-axis is performed
  • ⁇ 2 is a uniaxial compression test parallel to the y-axis.
  • the second Poisson's ratio is a negative value of the ratio of the strain in the z-axis or x-axis direction to the strain in the y-axis.
  • the elastic constant for an anisotropic material using artificial intelligence, it is economical and simple compared to the conventional elastic constant calculation method, and the elastic constant with relatively low error rate and excellent accuracy is effectively calculated. can do.
  • the step of evaluating the accuracy of the computer system may be further included.
  • a strain for evaluation obtained by applying a local load to an anisotropic core sample for evaluation and a plurality of evaluations consisting of an elastic constant for evaluation of the anisotropic core sample for evaluation Prepare the data set.
  • the number of data sets for evaluation may be smaller than the number of data sets described above, and as an example, may be 6 or more, 50 or more, or 100 or more.
  • the upper limit of the number of data sets for evaluation is also preferable for accuracy evaluation as the value is higher, so this is not particularly limited.
  • the upper limit of the number of data sets for evaluation may be smaller than the upper limit of the number of the plurality of data sets composed of the strain for learning and the elastic constant for learning.
  • the evaluation data set may be obtained by repeatedly performing a computer numerical simulation experiment to obtain a corresponding strain for evaluation while changing the value of the elastic constant for evaluation.
  • the above description can be equally applied to the method of conducting the computer numerical simulation experiment.
  • the value of the elastic constant obtained and predicted from the above-described machine learning computer system is compared with the value of each elastic constant obtained from the above-described data set for evaluation, and from the following relational expression 1 A case where the calculated error rate is 10% or less is evaluated as pass.
  • the elastic constants for confirming the error rate include Young's modulus (E), shear modulus (G), and the like.
  • E true represents the value of each elastic constant obtained from the evaluation data set for each elastic constant
  • E predicted represents the value of the predicted elastic constant obtained from the machine learning computer system for each elastic constant.
  • the value of the elastic constant obtained and predicted from the above-described machine learning computer system is compared with the value of each elastic constant obtained from the above-described data set for evaluation, and from the following relational expression 2 A case where the calculated error rate is 0.03 or less is evaluated as pass.
  • the elastic constant for confirming the error rate below includes Poisson's ratio ( ⁇ ) and the like.
  • E true represents the value of each elastic constant obtained from the evaluation data set for each elastic constant
  • E predicted represents the value of the predicted elastic constant obtained from the machine learning computer system for each elastic constant indicate.
  • an anisotropic core sample (or a core sample for learning) is prepared.
  • the anisotropic core sample may be taken from an anisotropic material, or a commercially available anisotropic core sample may be used.
  • Such anisotropic materials include rocks having anisotropy such as gneiss and shale.
  • the anisotropic core sample may be collected using a coring method well known in the art and may have a columnar shape.
  • the cross section of the pillar shape is not particularly limited, but may have a circular shape due to the nature of the coring method. However, it is not necessarily limited to a circular shape, and may have various cross sections by changing the sampling method or post-processing.
  • the columnar shape referred to in the present invention generally means a shape in which the length in the axial direction is longer than the width of the cross section, and is not particularly limited as long as it can be recognized as a columnar shape in the art.
  • the shape and size of the anisotropic core sample described above in the present invention are not limited, and can be applied to various shapes and sizes of samples. That is, in one embodiment of the present invention, if the anisotropic core sample is applied to the computer system that performed the above-described machine learning and can be accurately reproduced to obtain the actual elastic constant, the shape and size of the anisotropic core sample are not particularly limited. , the elastic constant calculation method according to the present invention can also be applied to anisotropic core samples of various shapes and sizes.
  • the anisotropic core sample may be the same as the anisotropic core sample for learning.
  • it may be included in the scope of the present invention.
  • the anisotropic core sample for learning may be a partial sample taken from the anisotropic core sample.
  • the diameter of the anisotropic core sample for learning and the anisotropic core sample may be the same, and the length in the axial direction is about 9 cm or more. As long as they are satisfied, they may be slightly different within a range not impairing the object of the present invention.
  • the anisotropic material having a unique elastic constant exhibits a unique strain behavior by an applied load.
  • the elastic constant of the anisotropic material can be obtained without using two or more core samples taken from various directions like conventional methods, and thus time and cost can be greatly reduced.
  • a local load is applied to the anisotropic core sample (or the anisotropic core sample for learning).
  • a method of applying a local load in the present invention will be described in detail.
  • a load is applied to both ends of the prepared anisotropic core sample (or an anisotropic core sample for learning, hereinafter, the display of 'anisotropic core sample for learning' is omitted), and the load is an anisotropic core sample can be applied at both ends of
  • at least one of the loads applied from both ends of the anisotropic core sample may be a local load applied only to a part of the end surface instead of the entire end surface.
  • the strain for learning and the elastic constant for learning can be stored as one data set. .
  • a plurality of such data sets are acquired and stored in a database, so that artificial intelligence can be used for learning (eg, machine learning).
  • the strain is measured while applying a uniform load to the entire cross section of the sample.
  • the same stress state is applied to all locations of the material, so in order to calculate the elastic constant for each direction of the material, two or more core samples are prepared and several experiments are performed.
  • the flexible pressure plate 20 may be provided so as to contact only a portion of the end surface to which the load is applied ( see Figure 2(c)). Therefore, since the flexible platen 20 partially occupies the end surface 101 of the core sample 100 (ie, the surface in the axial direction X with respect to the core sample 100), the core sample 100 The end surface 101 of ) has an area 102 in contact with the soft platen 20 and an area 103 not in contact with the soft platen. At this time, the end surface 101 means the surface of the sample viewed from the direction in which a load is applied to the core sample.
  • the axial direction (X) may be the same as the direction in which the load is applied to the core sample (corresponding to 'Load' in FIG. 2) during the concentrated load test (except for the indirect tensile test) .
  • the flexible platen 20 is not particularly limited, but has a lower Young's modulus than that of the sample, but a yield stress equal to or greater than that of the sample (ie, a yield stress greater than or equal to that of an anisotropic material).
  • the material of the flexible platen is not particularly limited, but since the flexible platen can be easily manufactured in a desired shape by a 3D printing method, as an example, the flexible platen can be made of a material used as a material for a 3D printer. there is. Veroclear can be selected and used as one example that can be advantageously used as a flexible platen.
  • the flexible platen can effectively calculate the elastic constant of the sample by controlling the sample not to be destroyed under high stress despite the concentrated load.
  • the above-described flexible platen is relatively inexpensive, it can be easily used to calculate the elastic constant without a large increase in manufacturing cost.
  • the Young's modulus (Y 1 ) of the flexible platen is less than 1/10 of the Young's modulus (Y 0 ) of the core sample (ie, Y 1 /Y 0 ⁇ 1/10) .
  • 3D printer materials such as the aforementioned Veroclear, or materials such as PC, ULTEM TM 9085 Resin, and ULTEM TM 1010 Resin may be used.
  • the Young's modulus of the flexible platen exceeds 1/10 of the Young's modulus (Y 0 ) of the core sample (ie, when the Y 1 /Y 0 exceeds 1/10)
  • the load transmitted to the contact surface becomes heterogeneous.
  • the lower limit of the value of Y 1 /Y 0 is not separately limited.
  • the allowable limit of the amount of change in the width of the pressurized area (corresponding to 'Width' in FIG. 3) is about 1 mm
  • the lower limit of Y 1 is approximately 0.5 GPa
  • Y 1 /Y 0 The lower limit of may be approximately 1/100.
  • the flexible pressure plate 20 is provided to contact only a portion of the end surface 101, but the flexible pressure plate 20 may be positioned differently according to the coring direction of the core sample.
  • the area where the flexible platen contacts the core sample is the farthest from the point closest to one end surface of the core sample among the points of the curve 600 where the isotropic surface 500 of the core sample meets the circumferential surface.
  • a straight line drawn from each point toward the end surface may include a line segment connecting the two points where the end surface meets the end surface.
  • the area where the flexible platen contacts the core sample is a curve 600 where the isotropic surface 500 of the core sample meets the surface in the circumferential direction It may include a line segment connecting two points that meet the surface of one end of the core sample. That is, the end surface 101 of the core sample in a direction parallel to the line segment connecting the two points where the isotropic surface 500 of the core sample meets the circumferential surface and the line segment connecting the two points where the curve 600 meets one end surface of the core sample A flexible platen 20 may be placed on the top. Therefore, when the flexible platen 20 is placed on the end surface 101 of the sample, the center of the area 102 where the end surface 101 of the core sample 100 contacts the soft platen 20 and the end of the sample The centers of the surfaces 101 can be made coincident.
  • a plurality of (ie, two or more) different attachment positions and attachment directions are attached to the anisotropic core sample.
  • the strain measuring sensor is also called a strain gauge, and refers to a device attached to the surface of a core sample and measuring strain at that point.
  • FIG. 2 (b) a form in which the strain measuring sensor 10 is attached to the core sample 100 is schematically shown in FIG. 2 (b).
  • the strain measuring sensor 10 is attached to and attached to each other on a surface other than both end surfaces of the anisotropic core sample 100 Two or more are attached such that at least one of the directions is different, so that strain at the point of attachment can be measured.
  • the anisotropic core sample is cylindrical, on the surface in the circumferential direction (Y) excluding both end surfaces of the anisotropic core sample 100 (ie, the circumferential surface), (attachment position to each other and Two or more strain measuring sensors 10 (different in at least one of attachment directions) may be attached to measure the strain at the attachment point. That is, the strain measurement can be applied to any surface of the core sample within a range that does not impair the object of the present invention, as long as it is not the surface of both ends to which the load is applied.
  • two or more strain measuring sensors 10 attached to the two or more points may be attached to the same part on the surface of the anisotropic core sample 100 in different measurement directions, or two or more of the core sample 100 Each may be attached to two or more different points on the surface.
  • the attachment position and number of the strain measuring sensors can be controlled. That is, the number of strain measuring sensors attached to the surface of the anisotropic core sample may be plural (ie, 2 or 3 or more), and the plurality of strain measuring sensors may differ in at least one of the attachment position and direction of attachment.
  • the number of strain measuring sensors is 200 on the assumption that a strain gauge from Kyowa with a length of 16 mm and a width of 5.2 mm is tightly attached to the sample surface based on the case of using a sample with a radius of 54 mm and a height of 108 mm. Can be used up to dogs.
  • the number of channels corresponding to the sensors of the data acquisition system used in actual experiments is usually several to dozens, it can be set to less than 100.
  • the number of positions for attaching strain measuring sensors on the surface of the core sample may be two or more, more preferably three or more. .
  • the strain measuring sensor 11 or 12 when the strain measuring sensor 10 is attached, the axial direction from the end surface 101 of the anisotropic core sample (or the surface of the side where the soft platen with respect to the core sample contacts) (One or more) strain measuring sensors 11 or 12 are attached to the first position 1 separated by a predetermined distance in (X).
  • the strain measuring sensor 11 or 12 is 0.5 times to the width of the flexible platen 20 (corresponding to 'Width' in FIG. 3) from the end surface 101 of the core sample to the core sample. It may be attached at a first location less than 1.5 times the diameter of .
  • the width of the flexible platen 20 (corresponding to 'Width' in FIG. 3) is the shortest distance of the narrow side based on the area where the flexible platen 20 contacts the end surface 101 of the core sample. can mean
  • the first position is less than 0.5 times the width of the flexible platen 20 from the end surface of the anisotropic core sample, the unevenness of the load transmitted by the flexible platen due to experimental errors may cause a problem that greatly affects the strain can
  • the first position is greater than 1.5 times the diameter of the core sample from the end surface of the anisotropic core sample, the effect of the concentrated load is dispersed, resulting in a decrease in the accuracy of calculating the elastic constant.
  • strain measuring sensors 21 or 22 can be attached at a second position 2 further away in the axial direction X from the end surface 101 than the first position. .
  • the strain value for each point measured from the strain measuring sensor attached to two or more different points can be used to predict the elastic constant by injecting it as an input value of a machine learning computer system described later.
  • FIG. 3 One implementation example of the attachment form of the above-described strain measuring sensor is shown in FIG. 3 .
  • two or more strain measuring sensors 11 and 12 having different strain measuring directions may be attached to the first position 1 .
  • two or more strain measuring sensors 21 and 22 having different strain measuring directions may be attached to the second position 2 as well.
  • the different directions of measuring the strain may mean that the directions of the strain designed to be measured by the strain measuring sensor attached to the surface of the anisotropic core sample are different.
  • a strain gauge when used as a strain measuring sensor, it may mean that the direction in which the grids of the strain gauge are aligned is the direction of the strain the strain gauge is designed to measure, and the directions of the grids are different from each other.
  • at least one of two or more strain measuring sensors attached to any one location may have the same strain measurement direction as the axial direction (X) of the core sample, , Another one may be the same as the direction in which the strain measurement direction is perpendicular to the axial direction (X).
  • the strain measuring sensor 11 and the strain measuring sensor 12 are attached to the first position 1 at the same distance from the end surface 101 of the anisotropic core sample, but each strain is measured. Since the strain directions designed to be measured by the sensors are different from each other, this corresponds to an example in which the strain measurement directions are different.
  • the strain measuring sensor 11 corresponds to an example in which the strain measuring direction is perpendicular to the axial direction X
  • the strain measuring sensor 12 corresponds to the strain measuring direction in the axial direction.
  • the strain measuring sensors 21 and 22 are also attached to each other at the same position as the second position 2, but the strain measuring directions are different from each other, and the strain measuring sensors 31 and 32 and (33) also correspond to examples in which the attachment positions are the same, but the strain measurement directions are different.
  • the strain measuring directions need not be the same, and the desired effect in the present invention can be achieved. If this can be achieved, various changes can be made in the measurement direction of the strain, and this is not particularly limited.
  • the strain measuring sensor 10 when the strain measuring sensor 10 is attached, the axis relative to the portion 102 in contact with the flexible pressure plate 20 on the end surface 101 of the core sample. (One or more) strain measurements at locations A (on the circumferential surface) included in parallel region 1000 in direction X (e.g., corresponding to locations (1) and (2) in FIG. 3). A sensor 10 may be attached.
  • position B (for example, corresponding to position (3) in FIG. 3). That is, the B position is the circumferential direction (Y ) can be located on the surface.
  • the position A may be the same as the first position described above, or may be the same as the first position and the second position.
  • two or more strain measuring sensors may be attached to the A position.
  • three or more strain measuring sensors may be attached to the B position.
  • FIG. 3 One form in which three or more strain measuring sensors are attached to the position B is shown in FIG. 3, and three strain measuring sensors 31, 32, and 33 having different strain measuring directions are attached to position (3). You can check. At this time, the above description may be equally applied to the measurement direction of the strain.
  • the number of the above-described attached strain measuring sensors is three or more, as shown in FIG. 3, in the axial direction with respect to the portion 102 where the flexible platen 20 contacts the end surface 101 of the core sample.
  • Two or more strain measuring sensors are attached to a position A included in the parallel area 1000 to (X), and included in the area 2000 other than the parallel area 1000 (ie, the parallel area (1000) may include a form in which one or more strain measuring sensors are attached to position B).
  • the attachment position and attachment direction of the strain measuring sensors attached to the A position may be different from each other.
  • the number of strain measuring sensors attached to the surface of the core sample may be 5 or more, in which case Therefore, it is possible to make it 7 or more.
  • the core sample is at a portion 102 in contact with the flexible pressure plate 20 on the end surface 101 of the core sample.
  • three or more strain measuring sensors (different from each other at least one of the attaching position and attaching direction) at least one position selected from the position B, and one or more strain measuring sensors may be attached to the remaining positions.
  • One or more strain measuring sensors may be additionally attached to at least one of the positions A and B so that at least one of the attachment position and direction is different from the strain measuring sensor already attached to at least one position.
  • the end surface 101 of the core sample is not included in the area 1000 parallel to the area 1000 in the axial direction X with respect to the portion 102 in contact with the flexible platen 20 (the surface of the core sample (circumference)
  • One or more strain measuring sensors (31, 32) having different strain measurement directions at position B (or, position B included in the region 2000 other than the parallel region 1000) on the surface in the direction (Y)) , 33) can be attached.
  • the number of attached strain measuring sensors is 5 or more
  • a certain distance away from the end surface 101 of the core sample in the axial direction (X) (the surface of the core sample ( One or more strain measuring sensors (at least one of 11 or 12) may be attached at a first location (1) on the circumferential (Y) surface). At this time, when two or more strain measuring sensors are attached to the first position, strain measuring directions may be different from each other.
  • one or more strain measuring sensors may be attached to a second position (2) further away from the end surface (101) of the core sample in the axial direction (X) than the first position, At this time, at least one of the strain measuring sensors attached to the second location may have the same strain measuring direction as a direction perpendicular to the axial direction X (ie, corresponding to 21 in FIG. 3 ).
  • the measurement sensor attached to the B position and the strain measurement sensor attached to the second position have the same shortest distance from the end surface 101 of the core sample in the axial direction (X). (At this time, the shortest distance described above is measured based on the center in the measurement direction of strain of each measuring sensor). Therefore, as one implementation example in which the number of the above-described attached strain measuring sensors is 5 or more, in FIG. 3, the strain measuring sensors are at least ⁇ one or more of (11) and (12) ⁇ , (21), (31) , (32), (33).
  • the axial direction (X ), but included in the parallel region 1000 (corresponding to position A), at a first position 1 spaced a certain distance from the end surface 101 of the core sample in the axial direction (X), two or more strains Measurement sensors 11 and 12 may be attached.
  • Two or more strain measuring sensors 21 and 22 may be attached to a second position 2 farther from the end surface 101 in the axial direction X than the first position.
  • Three or more strain measuring sensors 31, 32 and 33 may be attached to (3).
  • the strain measuring sensors when a plurality of the strain measuring sensors are attached, one or more of the attachment position and attachment direction may be different from each other.
  • the measuring sensor attached to the third position (3) and the strain measuring sensor attached to the second position (2), from the end surface 101 of the core sample in the axial direction (X ) may be the same (at this time, the shortest distance described above is measured based on the center in the measurement direction of the strain of each measuring sensor). Therefore, as one implementation example in which the number of the above-described attached strain measuring sensors is 7 or more, the strain measuring sensors are at least in FIG. 3, (11), (12), (21), (22), (31), ( 32) and (33).
  • the number and position of the strain measuring sensor are not limited to the above-described form, and can be changed in various forms.
  • various examples of changing the attachment position and number of strain measuring sensors during a concentrated load test are shown in FIG. 5 .
  • FIG. 5 the attachment position on the y-axis of the strain measuring sensor in the concentrated load test along the coring direction of the x-axis is shown.
  • the axial direction (X) of the core sample 100 After applying a concentrated load, which is a local load, by , the strain value is measured by the strain measuring sensor 10 (see FIG. 2(b)).
  • the direction of applying the aforementioned concentrated load (corresponding to 'Load' in FIG. 2) may be the same as the axial direction (X) of the core sample.
  • a concentrated load test method commonly known in the art can be equally applied to the present invention, except that a local load is applied using the above-described flexible platen 20.
  • the present invention has the advantage that it can be realized without adding a large cost because the compressive loader and the strain measuring sensor used in general experiments using compressive loads can be used as they are.
  • an indirect tensile test may be additionally performed on the partial sample 200 additionally taken from the anisotropic core sample for learning.
  • the indirect tensile test applying a load from both ends in the radial direction 50 of the partial sample 200; and measuring a strain value on the surface of the partial sample 200 to which the load is applied.
  • the measurement method of this indirect tensile test is schematically shown in FIG. 4 .
  • strain values at each attachment point may be measured.
  • the number of strain measuring sensors 71 and 72 attached to the axial surface of the partial sample may be two or more, and in this case, the two or more strain measuring sensors are attached to each other in the position and direction of attachment. At least one (more than one) may be different. That is, the strain measuring sensors may be attached to the same attachment location so that strain measurement directions are different from each other, or may be attached to different attachment locations.
  • the description of the measurement direction of the strain can be applied in the same manner as described above, except for the fact that it is an indirect tensile test.
  • the axial direction 60 of the partial sample 200 in the indirect tensile test may coincide with the axial direction X of the core sample in the above-described concentrated load test.
  • the accuracy of the elastic constant calculated from the anisotropic material can be further improved.
  • the present invention has significant economic advantages compared to existing methods.
  • the average elastic constant can be calculated economically and simply for anisotropic materials, it is highly applicable to rocks handled in fields such as rock engineering, petroleum engineering, and resource engineering.
  • it since it can be applied to various types of samples, it can be widely applied in fields such as construction environment engineering and materials engineering.
  • the rock was cored to obtain a cylindrical anisotropic core sample having a length of 10.8 cm in the axial direction and a diameter of 5.4 cm.
  • a flexible pressure plate having a width of 5.4 cm, a length of 2.2 cm, and a height of 2 cm was prepared using Veroclear manufactured by a 3D printer. The flexible pressure plate was brought into contact with only a part of the surface of either end of both ends of the collected anisotropic core sample.
  • a strain measuring sensor was attached on the surface (ie, the circumferential surface) of the core sample except for the end surface, and the specific attachment position of the strain measuring sensor is shown in FIG. 10a (corresponding to '1) 70 degrees' and It is shown in Figure 10b (corresponding to '2) 90 degrees' above.
  • a local load was applied to the flexible platen in the axial direction of the core sample using a compressive strength tester from MTS. Then, the strain value was measured with the strain measuring sensor.
  • the strain was obtained by changing the combination of elastic constants.
  • a total of 1800 data sets are obtained, and one data set contains 5 elastic constants and 8 strains (10 when indirect tensile tests are added).
  • the elastic constant combinations of the 1800 data sets are shown in Tables 1 and 2 below, respectively.
  • the data set was used to train a computer program by machine learning.
  • an artificial neural network is formed, and 8 strains (10 when indirect tension is included) are input to the input layer of the artificial neural network thus formed, and 1 elastic constant is output to the output layer.
  • Five artificial neural networks were created according to the five elastic constants. The structure of this artificial neural network is shown in FIG. 7 .
  • E 1 , E 2 , and G 2 are Young's modulus on the xz plane, Young's modulus on the y-axis, and the xy plane or yz plane, respectively, when the isotropic plane is placed parallel to the xz plane as shown in FIG. is the shear modulus of elasticity at ⁇ 1 is the first Poisson's ratio as a negative value of the ratio of strain in the z-axis direction to strain in the x-axis when a uniaxial compression test parallel to the x-axis is performed, and ⁇ 2 is a uniaxial compression test parallel to the y-axis.
  • the second Poisson's ratio is the negative value of the ratio of the strain in the z-axis or x-axis direction to the strain in the y-axis.
  • FIG. 8 is a computer numerical simulation experiment performed on a heterogeneous sample having an average elastic constant of a specific combination to obtain a strain, and then substituting the obtained strain into a machine learning computer system to calculate the elastic constant.
  • the elastic constant values of E 1 , E 2 , and G 2 calculated using the learned computer system (squares in FIG. 8) and their average values (thick lines in FIG. 8) and elasticity obtained by performing computer numerical simulation experiments Integer values (dotted lines) are compared.
  • core samples having the same shape were taken in the same manner as in Example 1, but two core samples were taken so that the respective coring angles were 0 ° and 45 °.
  • two strain measuring sensors in different directions were attached to the center of the sample, and for a sample with a coring angle of 45 °, two sensors with different strain measurement directions were placed at position (3) in FIG. A strain measuring sensor was attached, and two strain measuring sensors having different strain measuring directions were attached to position (2) in FIG. 3 .
  • Example 2 After taking an anisotropic core sample in the same manner as in Example 1, the same local load was applied using the same flexible platen, and a strain measuring sensor was attached to the same position.
  • the strain value is measured with the strain measuring sensor, and the input elastic constant value is changed using the Comsol Multiphysics program, and a computer numerical simulation experiment is performed under the same load condition as that applied to the core sample.
  • the strain at was calculated.
  • the elastic constant value when the sum of the squared residuals between the measured strains and the calculated strains was the smallest was determined as the elastic constant value of the core sample.
  • the Gauss-Newton method was used to optimize the elastic constant, and the substitution method was used to optimize the angle. The results obtained by following the above procedure are shown in Tables 5 to 8 below.
  • Example 1 using an artificial neural network has an advantage over Comparative Example 1. That is, in the experimental method, the existing method requires excessive time and cost because samples with different coring angles must be taken, but the method using artificial neural networks uses only a single core sample, so time and cost can be reduced. .

Abstract

The present invention provides a method for determining an elastic constant for an anisotropic material, which can determine an anisotropic elastic constant only with a single core sample and thus can dramatically reduce time and cost.

Description

이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법How to Calculate the Elasticity Constant for Anisotropic Materials
본 발명은 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material.
편마암, 셰일 등 이방성을 가진 암석은 지층에 다양하게 존재하고, 다양한 자원분야의 산업들은 이러한 지층을 대상으로 한다. 대표적인 이방성 암석인 셰일은 셰일가스를 다량 함유하고 있으며, 셰일가스의 세계 시장 규모는 2019년 689억 달러로 평가된 바 있다(Grand View Research, 2020). 또한, 핀란드, 스웨덴, 한국 등의 국가를 비롯하여 전세계적으로 고준위 방사성 폐기물 처분장을 심지층에 건설하기 위한 연구가 진행되고 있고, 지열 에너지, 이산화탄소 지중 저장도 산업적으로 성장하고 있다. 이러한 기술들이 더욱 고도화 되기 위해서는 지반층에 대한 높은 이해를 필요로 한다.Anisotropic rocks such as gneiss and shale exist in various strata, and industries in various resource fields target these strata. Shale, a representative anisotropic rock, contains a large amount of shale gas, and the global market for shale gas was valued at $68.9 billion in 2019 (Grand View Research, 2020). In addition, research is being conducted to build a high-level radioactive waste disposal site in the deep ground worldwide, including countries such as Finland, Sweden, and Korea, and geothermal energy and carbon dioxide underground storage are also growing industrially. In order to further advance these technologies, a high understanding of the ground layer is required.
특히, 이와 같은 기술들에서 시추방법이나 조건 등을 설계하기 위하여 지반을 이루는 암석의 탄성 정수에 대한 정보를 파악하는 것은 매우 중요하다. 그런데, 암석들은 방향에 따라서 그 탄성정수 값이 달라지는 이방성을 가지는 경우가 많기 때문에, 여러 가지 방향별로 암석의 탄성 정수를 파악하여야 전체적인 암석층의 물리적 거동을 이해할 수 있다. 기존에는 암석의 방향별로 탄성 정수를 파악하기 위하여 복수의 방향에서 여러 개의 코어를 채취하고 채취된 코어에 대하여 방향별로 각각 탄성 정수를 측정하여야 하거나, 하나의 코어에서 여러 방향의 탄성 정수를 측정하기 위해서는 특별한 하중기를 이용하는 것이 필요하였다. 따라서, 이러한 방법들의 적용에는 상당한 비용이 따르는 문제가 있었으나, 지금까지 시간 및 비용을 효과적으로 저감할 수 있는 수준의 기술은 개발되지 않은 실정이다.In particular, in these technologies, it is very important to grasp information about the elastic constant of the rock constituting the ground in order to design drilling methods or conditions. However, since rocks often have anisotropy in which the value of the elastic constant varies depending on the direction, the physical behavior of the entire rock layer can be understood only by grasping the elastic constant of the rock in various directions. Conventionally, in order to determine the elastic constant for each direction of a rock, several cores must be sampled in a plurality of directions, and the elastic constants must be measured for each direction for each core. It was necessary to use a special loader. Accordingly, the application of these methods has a problem of considerable cost, but a level of technology capable of effectively reducing time and cost has not been developed so far.
(특허문헌 1) 특허 공개공보 제 10-2017-0092830호(Patent Document 1) Patent Publication No. 10-2017-0092830
본 발명의 일 측면은, 단일의 코어 시료만으로도 이방성 탄성 정수의 산정이 가능하여 시간 및 비용을 획기적으로 저감할 수 있는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법을 제공하고자 한다.One aspect of the present invention is to provide a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material, which can drastically reduce time and cost by calculating the anisotropic elastic constant using only a single core sample.
본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.The object of the present invention is not limited to the foregoing. Anyone with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs will have no difficulty in understanding the additional objects of the present invention from the contents throughout the present specification.
본 발명의 일 측면은,One aspect of the present invention,
학습용 이방성 코어 시료에 국부 하중을 가하여 구한 학습용 변형률 및 상기 학습용 이방성 코어 시료의 학습용 탄성 정수로 이루어진 복수의 데이터 세트의 변형률을 입력값으로 하고 탄성 정수를 출력값으로 하여 머신 러닝을 수행한 컴퓨터 시스템을 준비하는 단계;The learning strain obtained by applying a local load to the learning anisotropic core sample and the strain of a plurality of data sets consisting of the learning elastic constant of the learning anisotropic core sample as an input value and the elastic constant as an output value Prepare a computer system that performs machine learning doing;
이방성 코어 시료에 대하여 국부 하중을 가하여 실제 변형률을 측정하는 단계; 및 Measuring an actual strain by applying a local load to the anisotropic core sample; and
상기 실제 변형률을 머신 러닝된 상기 컴퓨터 시스템에 입력하여 실제 탄성 정수를 구하는 단계;obtaining an actual elastic constant by inputting the actual strain into the machine-learned computer system;
를 포함하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법을 제공한다.Including, it provides a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은,In addition, another aspect of the present invention,
학습용 이방성 코어 시료에 국부 하중을 가하여 구한 학습용 변형률 및 상기 학습용 이방성 코어 시료의 학습용 탄성 정수로 이루어진 복수의 데이터 세트를 준비하는 단계;Preparing a plurality of data sets consisting of a strain for learning obtained by applying a local load to an anisotropic core sample for learning and an elastic constant for learning of the anisotropic core sample for learning;
상기 복수의 데이터 세트의 변형률을 입력값으로 하고, 탄성 정수를 출력값으로 하여 컴퓨터 시스템으로 하여금 머신 러닝을 수행시키는 단계;causing a computer system to perform machine learning using strains of the plurality of data sets as input values and elastic constants as output values;
이방성 코어 시료에 대하여 국부 하중을 가하여 실제 변형률을 측정하는 단계; 및Measuring an actual strain by applying a local load to the anisotropic core sample; and
상기 실제 변형률을 머신 러닝된 상기 컴퓨터 시스템에 입력하여 실제 탄성 정수를 구하는 단계;obtaining an actual elastic constant by inputting the actual strain into the machine-learned computer system;
를 포함하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법을 제공한다.Including, it provides a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material.
본 발명의 일 측면에 따르면, 단일의 코어 시료만으로도 이방성 탄성 정수의 산정이 가능하고, 시간 및 비용을 획기적으로 저감할 수 있는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to calculate the anisotropic elastic constant using only a single core sample, and it is possible to provide a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material, which can significantly reduce time and cost.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않고, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various and beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and will be more easily understood in the process of describing specific embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 구현례에 따른 인공 지능을 이용한 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법의 순서를 개략적으로 나타낸 것이다.1 schematically shows the sequence of a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material using artificial intelligence according to an implementation example of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 구현례인 집중 하중시험을 통한 탄성 정수의 산정 방법을 모식적으로 나타낸 모식도로서, 도 2(a)는 연성 가압판의 구조를 나타내고, 도 2(b)는 코어 시료에 대한 집중 하중 시험 방법을 나타낸 것이고, 도 2(c)는 코어 시료의 일 단부 표면의 일부에만 접촉되도록, 코어 시료의 일 단부 상에 연성 가압판을 위치시킨 구조를 모시적으로 나타낸 것이다.Figure 2 is a schematic diagram schematically showing a method for calculating the elastic constant through a concentrated load test, which is an embodiment of the present invention, Figure 2 (a) shows the structure of a flexible platen, Figure 2 (b) shows the core sample 2(c) schematically shows a structure in which a flexible platen is placed on one end of a core sample so as to contact only a part of the surface of one end of the core sample.
도 3은 구현례인 집중 하중시험 시, 코어 시료에 대한 모식도를 나타낸 것이다.3 shows a schematic diagram of a core sample during a concentrated load test, which is an implementation example.
도 4는 본 발명의 일 구현례인 간접 인장시험의 측정 방법을 모식적으로 나타낸 모식도이다.4 is a schematic diagram schematically showing a method for measuring an indirect tensile test, which is an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 구현례인 집중하중 시험 시 변형률 측정센서의 부착 위치를 나타낸 것이고, 화살표는 하중 위치를 나타낸다.Figure 5 shows the attachment position of the strain measuring sensor during the concentrated load test, which is an embodiment of the present invention, and the arrow indicates the load position.
도 6은 본 발명의 일 구현례인 탄성 정수 및 등방성면의 방향에 대한 개념도를 나타낸 것이다.6 shows a conceptual diagram for the direction of the elastic constant and the isotropic plane, which is an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 구현례인 머신 러닝된 컴퓨터 시스템으로부터 구축된 인공 신경망의 모식도를 나타낸 것이다.7 is a schematic diagram of an artificial neural network constructed from a machine learning computer system, which is an implementation example of the present invention.
도 8은 머신 러닝된 컴퓨터 시스템의 정확도를 평가하기 위하여, 본 발명의 실시예에서 부분 시료에 대한 E1, E2, G2의 탄성 정수의 정확도를 평가하기 위해, 특정 조합의 탄성 정수를 평균으로 가지는 불균질 시료에 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 변형률을 구한 뒤, 구한 변형률을 머신 러닝된 컴퓨터 시스템에 대입하여 탄성정수를 산출했을 때, 머신 러닝된 컴퓨터 시스템을 이용하여 확보된 각 탄성 정수 값들(및 이의 평균값)과, 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 산출되는 탄성 정수 값들을 비교한 모식도이다.8 is an average of the elastic constants of a specific combination in order to evaluate the accuracy of the elastic constants of E 1 , E 2 , and G 2 for partial samples in an embodiment of the present invention in order to evaluate the accuracy of the machine learning computer system. After calculating the strain by performing a computer numerical simulation experiment on an inhomogeneous sample with It is a schematic diagram comparing (and its average value) and the elastic constant values calculated by performing a computer numerical simulation experiment.
도 9는 본 발명의 실시예에서 부분 시료에 대한 ν1 및 ν2의 탄성 정수의 정확도를 평가하기 위해, 특정 조합의 탄성 정수를 평균으로 가지는 불균질 시료에 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 변형률을 구했을 때, 구한 변형률을 머신 러닝된 컴퓨터 시스템에 대입하여 탄성정수를 산출했을 때, 머신 러닝된 컴퓨터 시스템을 이용하여 확보된 각 탄성 정수값들(및 이의 평균값)과, 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 산출되는 탄성 정수 값들을 비교한 모식도이다. 9 is a computer numerical simulation experiment performed on a heterogeneous sample having an average elastic constant of a specific combination in order to evaluate the accuracy of the elastic constants of ν 1 and ν 2 for partial samples in an embodiment of the present invention, and strain When the elastic constant was calculated by substituting the obtained strain into the machine learning computer system, each elastic constant value (and its average value) obtained using the machine learning computer system and the computer numerical simulation experiment were performed to obtain It is a schematic diagram comparing the calculated elastic constant values.
도 10은 본 발명의 실시예에서 집중 하중 시험 시, 이방성 코어 시료의 표면에 변형률 측정센서의 부착 위치를 나타낸 것이고, 화살표는 하중 위치를 나타낸다.10 shows the attachment position of the strain measuring sensor on the surface of the anisotropic core sample during the concentrated load test in the embodiment of the present invention, and the arrow indicates the load position.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 관련 정의가 이와 명백히 반대되는 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.Terms used herein are for describing specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Also, the singular forms used herein include the plural forms unless the related definition clearly dictates the contrary.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 구성을 구체화하고, 다른 구성의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.The meaning of "comprising" as used in the specification specifies a component, and does not exclude the presence or addition of other components.
달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지도록 해석된다.Unless otherwise defined, all terms including technical terms and scientific terms used in this specification have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. The terms defined in the dictionary are interpreted to have a meaning consistent with the related technical literature and the currently disclosed content.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있고, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
종래의 이방성 암석의 탄성 정수를 구하는 방법들은 실제 적용에 있어서 공학적 및 경제적으로 한계가 있었다. 구체적으로, 기존의 방법들은 이방성 암석의 탄성 정수를 산정하기 위하여, 여러 방향에서 채취한 2개 이상의 코어 시료를 필요로 하거나, 혹은 특별한 하중기의 이용을 필수로 하는 등의 제약이 있어, 비용이 대폭적으로 증가하는 문제가 있었다. Conventional methods for obtaining the elastic constant of anisotropic rocks have engineering and economical limitations in practical applications. Specifically, in order to calculate the elastic constant of anisotropic rock, the existing methods have limitations such as requiring two or more core samples taken from various directions or requiring the use of a special loader, which is costly. There was a problem that was growing exponentially.
이에, 본 발명자들은, 전술한 문제를 해결하고자 예의 검토를 행한 결과, 일반적인 하중기를 사용하고, 단일의 코어 시편만을 이용하더라도, 충분히 이방성 재료의 탄성 정수를 산정할 수 있는 방법을 발명하였다. 특히, 탄성 정수의 경우에는 복잡한 수치해석이나 복수개의 시편을 사용하지 않더라도 기존에 분석된 데이터 세트를 학습시킴으로써 용이하게 얻을 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다. 이하에서 구체적으로 설명한다.Accordingly, the inventors of the present invention, as a result of intensive examination to solve the above-described problem, have invented a method capable of sufficiently calculating the elastic constant of an anisotropic material even if only a single core specimen is used using a general load machine. In particular, in the case of the elastic constant, it was found that it can be easily obtained by learning the previously analyzed data set without using complicated numerical analysis or a plurality of specimens, and the present invention was completed. It is explained in detail below.
본 발명의 일 측면에 따른 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법은,A method for calculating the elastic constant for an anisotropic material according to an aspect of the present invention,
학습용 이방성 코어 시료에 국부 하중을 가하여 구한 학습용 변형률 및 상기 학습용 이방성 코어 시료의 학습용 탄성 정수로 이루어진 복수의 데이터 세트의 변형률을 입력값으로 하고 탄성 정수를 출력값으로 하여 머신 러닝을 수행한 컴퓨터 시스템을 준비하는 단계;The learning strain obtained by applying a local load to the learning anisotropic core sample and the strain of a plurality of data sets consisting of the learning elastic constant of the learning anisotropic core sample as an input value and the elastic constant as an output value Prepare a computer system that performs machine learning doing;
이방성 코어 시료에 대하여 국부 하중을 가하여 실제 변형률을 측정하는 단계; 및 Measuring an actual strain by applying a local load to the anisotropic core sample; and
상기 실제 변형률을 머신 러닝된 상기 컴퓨터 시스템에 입력하여 실제 탄성 정수를 구하는 단계;obtaining an actual elastic constant by inputting the actual strain into the machine-learned computer system;
를 포함하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법을 제공한다.Including, it provides a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material.
한편, 본 발명의 또 다른 일 측면은,On the other hand, another aspect of the present invention,
학습용 이방성 코어 시료에 국부 하중을 가하여 구한 학습용 변형률 및 상기 학습용 이방성 코어 시료의 학습용 탄성 정수로 이루어진 복수의 데이터 세트를 준비하는 단계;Preparing a plurality of data sets consisting of a strain for learning obtained by applying a local load to an anisotropic core sample for learning and an elastic constant for learning of the anisotropic core sample for learning;
상기 복수의 데이터 세트의 변형률을 입력값으로 하고, 탄성 정수를 출력값으로 하여 컴퓨터 시스템으로 하여금 머신 러닝을 수행시키는 단계;causing a computer system to perform machine learning using strains of the plurality of data sets as input values and elastic constants as output values;
이방성 코어 시료에 대하여 국부 하중을 가하여 실제 변형률을 측정하는 단계; 및Measuring an actual strain by applying a local load to the anisotropic core sample; and
상기 실제 변형률을 머신 러닝된 상기 컴퓨터 시스템에 입력하여 실제 탄성 정수를 구하는 단계;obtaining an actual elastic constant by inputting the actual strain into the machine-learned computer system;
를 포함하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법을 제공한다.Including, it provides a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material.
본원 도 1에 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법의 순서를 개략적으로 나타내었고, 이하에서는 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.Figure 1 of the present application schematically shows the procedure of the calculation method of the elastic constant for the anisotropic material, and the configuration of the present invention will be described in detail below.
우선, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 학습용 이방성 코어 시료에 국부 하중을 가하여 구한 학습용 변형률 및 상기 학습용 이방성 코어 시료의 학습용 탄성 정수로 이루어진 데이터 세트의 변형률을 입력값으로 하고 탄성 정수를 출력값으로 하여 머신 러닝을 수행한 컴퓨터 시스템을 준비하는 단계가 수행될 수 있다(도 1a 참조). First, according to one embodiment of the present invention, the strain of the data set consisting of the learning strain obtained by applying a local load to the learning anisotropic core sample and the learning elastic constant of the learning anisotropic core sample as an input value, and the elastic constant as an output value. A step of preparing a computer system performing machine learning may be performed (see FIG. 1A ).
혹은, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 학습용 이방성 코어 시료에 국부 하중을 가하여 구한 학습용 변형률 및 상기 학습용 이방성 코어 시료의 학습용 탄성 정수로 이루어진 복수의 데이터 세트를 준비하는 단계가 수행되고, 이어서 상기 복수의 데이터 세트의 변형률을 입력값으로 하고, 탄성 정수를 출력값으로 하여 컴퓨터 시스템으로 하여금 머신 러닝을 수행시키는 단계가 후행될 수도 있다(도 1b 참조).Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a step of preparing a plurality of data sets consisting of a learning strain obtained by applying a local load to an anisotropic core sample for learning and an elastic constant for learning of the anisotropic core sample for learning is performed, and then the plurality A step of causing the computer system to perform machine learning using the strain of the data set as an input value and the elastic constant as an output value may be followed (see FIG. 1B).
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 데이터 세트에 포함되는 학습용 변형률과 학습용 탄성 정수는, 출력값의 정확도를 확보하는 측면에서, 100 세트 이상일 수 있다. 보다 정확도를 높이기 위해서 1,000 세트 이상일 수 있고, 한가지 구현례에서는 1,800 세트 이상일 수 있다. 상기 데이터 세트의 수가 클수록 확보되는 데이터 베이스의 규모가 커져, 이로부터 이방성 재료에 대한 탄성정수 산정의 정확도가 향상되므로, 상기 데이터 세트 수의 상한은 특별히 한정하지 않을 수 있고, 비제한적인 일례로서 5,000개일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the strain for learning and the elastic constant for learning included in the data set may be 100 or more sets in terms of securing accuracy of output values. For greater accuracy, there may be more than 1,000 sets, and in one implementation, more than 1,800 sets. The larger the number of data sets, the larger the size of the secured database, thereby improving the accuracy of calculating the elastic constant for anisotropic materials. Therefore, the upper limit of the number of data sets may not be particularly limited, and as a non-limiting example, 5,000 can be a dog
또한, 본 발명에서는 데이터 세트에 입력되는 변형률을, 실제로 이방성 코어 재료의 탄성 정수를 산정하기 위하여 측정되는 '실제 변형률'과 구분하기 위하여 '학습용 변형률'이라고도 부를 수 있다. 마찬가지로 탄성 정수 역시 데이터 세트에 입력되는 것을 '학습용 탄성 정수'라고 부르기로 한다. 실제 변형률에 의해 산정되는 탄성 정수는 이와 구분하여 '실제 탄성 정수'라고 부를 수 있다. 물론 실제 변형률과 실제 탄성 정수 역시 학습 정확도를 높이기 위하여 데이터 세트에 포함될 수 있으며, 이 경우 학습용 변형률과 학습용 탄성 정수의 역할을 수행할 수 있다.Also, in the present invention, the strain input to the data set may be referred to as 'learning strain' in order to distinguish it from the 'actual strain' actually measured to calculate the elastic constant of the anisotropic core material. Similarly, elastic constants are also referred to as 'learning elastic constants' that are input to the data set. The elastic constant calculated by the actual strain can be called 'actual elastic constant' apart from this. Of course, the actual strain and the actual elastic constant may also be included in the data set to increase the learning accuracy, and in this case, they may serve as the learning strain and the elastic constant for learning.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 데이터 세트에 포함되는 상기 학습용 변형률은 동일한 하중 조건 하에서 측정되거나 실질적으로 동일한 하중 조건 하에서 측정될 수 있다. 탄성 정수가 동일하다고 하더라도 하중 조건이 달라지면 변형률 패턴이 달라질 수 있기 때문이다.According to one embodiment of the present invention, the learning strain included in the data set may be measured under the same load condition or substantially the same load condition. This is because even if the elastic constant is the same, the strain pattern can be different when the loading conditions are different.
상기 학습용 변형률과 학습용 탄성 정수를 구하는 방법에는, 특별한 제한이 없다. 다만, 한가지 방법으로서, 상기 이방성 코어 시료의 양 단부 중 적어도 하나에 국부 하중을 가하는 조건에서, 입력되는 탄성 정수의 값을 변경하면서, 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 변형률을 구하는 것을 반복하여 복수의 데이터 세트를 확보하는 방법을 들 수 있다. 이 때, 상기 이방성 코어 시료의 채취 방법, 변형률 측정 센서의 부착 방법 및 국부 하중을 가하는 방법 등에 대해서는 후술한 방법을 동일하게 적용할 수 있다. There is no particular limitation on how to obtain the strain for learning and the elastic constant for learning. However, as one method, under the condition of applying a local load to at least one of both ends of the anisotropic core sample, while changing the value of the input elastic constant, performing a computer numerical simulation experiment to obtain a strain repeatedly to obtain a plurality of data There are ways to secure a set. At this time, the method described below may be applied in the same way to the method of collecting the anisotropic core sample, the method of attaching the strain measuring sensor, and the method of applying a local load.
이 때, 상기 컴퓨터 수치 모사 실험 시에는, Comsol Multiphysics의 컴퓨터 수치 모사를 위한 프로그램과 같은 당해 기술분야에서 통상적으로 이용하는 장비를 사용할 수 있다. 따라서, 전술한 본 발명의 한가지 구현례에 의하면, 기존의 탄성 정수를 산정하는 방법에서 사용하던 복잡한 수식을 이용한 수치해석을 적용하지 않더라도, 통상적으로 사용되는 컴퓨터 수치 모사 실험을 이용하여 비교적 용이하면서도 정확도 높게 탄성 정수를 산정할 수 있다.At this time, during the computer numerical simulation experiment, equipment commonly used in the art, such as a program for computer numerical simulation of Comsol Multiphysics, may be used. Therefore, according to one embodiment of the present invention described above, even if numerical analysis using a complicated formula used in the existing method for calculating the elastic constant is not applied, it is relatively easy and accurate using a commonly used computer numerical simulation experiment. A high elastic constant can be calculated.
상기 컴퓨터 시스템은 인공지능 프로그램 또는 이를 탑재한 시스템을 의미한다. 상기 컴퓨터 시스템으로서, 상기 데이터 세트에 포함된 상기 학습용 변형률을 입력값으로 하고 상기 학습용 탄성 정수를 출력값으로 하여 머신 러닝을 미리 수행해 둘 수 있다. 따라서, 컴퓨터 시스템은 동일한 하중 조건 하에서 얻어진 실제 변형률이 입력되면 정확도 높게 실제 탄성 정수를 산정해 낼 수 있다.The computer system refers to an artificial intelligence program or a system equipped with the same. As the computer system, machine learning may be performed in advance by using the strain for learning included in the data set as an input value and the elastic constant for learning as an output value. Therefore, the computer system can calculate the actual elastic constant with high accuracy when the actual strain obtained under the same load condition is input.
전술한 머신 러닝이라 함은, 인공지능에서 일반적으로 널리 사용되는 용어로서 본 발명에서 특별히 그 방법을 제한하지는 아니한다. 다만, 본 발명에 적용할 수 있는 머신 러닝의 한가지 방법을 설명하면 다음과 같다.The aforementioned machine learning is a term generally widely used in artificial intelligence, and the method is not particularly limited in the present invention. However, one method of machine learning applicable to the present invention will be described as follows.
본 발명의 일 구현례에 따르면, 상기 데이터 세트를 인공 지능에 학습시켜서 머신 러닝을 수행함으로써, 입력값으로서 변형률을 입력하면 출력값으로 탄성정수를 산출하는 인공 신경망을 구축할 수 있다. 이러한 인공 신경망이 구축되는 원리로는, 일반적인 선형 함수에 대한 회귀 문제와 유사하다. 즉, 주어진 데이터 세트들의 입력(input) 값과 출력(output) 값의 관계를 알려주는 함수를 만드는 것이다. 인공 지능의 학습 방법은 머신 러닝 등과 같이 널리 알려진 방법으로서 본 발명에서는 이미 공지된 방법 중의 임의의 방법을 취할 수 있다. 머신 러닝은 매우 잘 알려진 방법이지만 간단히 설명하면 다음과 같은 개념을 가진다. 예를 들어, 공부 시간과 시험 점수 간의 데이터가 있다고 가정했을 때, 이러한 데이터를 이용하여, 공부 시간과 시험 점수 간의 관계를 모델링 하고자 한다. 이 때, 공부 시간과 시험 점수간의 관계가 선형 함수(시험 점수 = a×공부 시간 + b) 관계를 가진다고 생각할 수 있고, 이어서 a 및 b의 값을 찾는 일이 후속된다. 이러한 a 및 b의 값은 실제 데이터의 관계를 묘사하는 선형 함수와 실제 데이터 간의 차이가 가장 최소가 되는 지점으로 구해지게 되고, 이 때 a 및 b의 값을 찾아내는 과정은 경사 하강법이라는 최적화 방법을 통해 이루어진다. 최초로 a 및 b의 값을 추측한 다음, 그로부터 얻은 선형 함수와 실제 데이터 간의 차이를 구하고, 경사 하강법을 통해 a 및 b의 값을 수정한다. 이로부터 다시 선형 함수 및 실제 데이터 간의 차이를 구하는 과정을 반복함으로써, 최종적으로 a 및 b의 값을 찾는 것이다. 상기 설명에 간단한 예시를 기재하였으나, 인공 신경망 역시 전술한 예시와 유사한 원리를 가지고, 이러한 본 발명의 구현례인 인공 지능의 학습에 사용된 인공 신경망의 모식도를 도 7에 나타내었다. According to an implementation example of the present invention, an artificial neural network that calculates an elastic constant as an output value when a strain is input as an input value can be constructed by performing machine learning by training the data set with artificial intelligence. The principle on which such an artificial neural network is built is similar to a regression problem for a general linear function. That is, to create a function that tells the relationship between input values and output values of given data sets. The artificial intelligence learning method is a widely known method such as machine learning, and any method among previously known methods may be used in the present invention. Machine learning is a very well-known method, but in brief, it has the following concept. For example, assuming that there is data between study hours and test scores, we want to model the relationship between study hours and test scores using these data. At this time, it can be considered that the relationship between the study time and the test score has a linear function (test score = a × study time + b) relationship, followed by finding the values of a and b. The values of a and b are obtained at the point where the difference between the linear function describing the relationship between the actual data and the actual data is the minimum, and the process of finding the values of a and b at this time uses an optimization method called gradient descent. done through After first guessing the values of a and b, the difference between the linear function obtained from them and the actual data is obtained, and the values of a and b are corrected through gradient descent. From this, by repeating the process of obtaining the difference between the linear function and the actual data, the values of a and b are finally found. Although a simple example has been described in the above description, the artificial neural network also has a principle similar to the above-described example, and a schematic diagram of the artificial neural network used for artificial intelligence learning, which is an implementation example of the present invention, is shown in FIG. 7 .
본원 도 7에서 세로로 존재하는 5개의 열 중, 1번째 열의 입력층에는 코어 시료의 표면에 부착되는 변형률 측정센서의 개수에 따라 노드의 개수가 정해진다. 도 7은 이방성 코어 시료의 표면에 변형률 측정센서가 8개 부착된 예를 나타낸 것이고, 이에 따라, 도 7의 첫번째 열의 입력층에는 8개의 변형률 값이 입력된다. 이러한 각 열이 다음 열로 연결되면서 인공 신경망을 만들고, 이로부터 확보되는 최종 열로부터 하나의 탄성 정수를 예측하는 모델링을 구축한다. 따라서, 총 5개의 탄성 정수의 산정 시에는, 도 7과 같은 인공 신경망을 각 탄성 정수에 대하여 각각 독립적으로 수행하므로, 5개의 인공 신경망이 독립적으로 형성된다.In the input layer of the first column among the five columns vertically in FIG. 7 herein, the number of nodes is determined according to the number of strain measuring sensors attached to the surface of the core sample. 7 shows an example in which 8 strain measuring sensors are attached to the surface of an anisotropic core sample, and accordingly, 8 strain values are input to the input layer of the first column of FIG. 7 . As each of these columns is connected to the next column, an artificial neural network is created, and a modeling that predicts one elastic integer from the final column obtained from this is built. Therefore, when calculating a total of 5 elastic constants, since the artificial neural networks shown in FIG. 7 are independently performed for each elastic constant, 5 artificial neural networks are independently formed.
이렇듯, 도 7의 1번째 열의 입력층에 8개의 변형률 값이 입력되고, 이어서, 1번째 열의 입력층 중의 각 노드는 2번째 열의 각 노드와 선으로 연결되어 있고, 각 선을 통해 1번째 열에 있는 변형률의 값들을 이용하여 2번째 열의 노드 값들을 결정한다. 2번째 열의 가장 위 부분에 존재하는 제1 노드는 하기 관계식 A와 같은 계산을 따르게 된다. As such, eight strain values are input to the input layer of the first column in FIG. 7, and then each node in the input layer of the first column is connected to each node of the second column by a line, and through each line Node values in the second column are determined using the strain values. The first node present at the top of the second column follows the same calculation as the following relational expression A.
[관계식 A][relational expression A]
value1 = 1/[1 + exp(-(a11×ε1 + a12×ε2 + … + a18×ε8))] value1 = 1/[1 + exp(-(a11×ε1 + a12×ε2 + … + a18×ε8))]
(상기 관계식 A에 있어서, value 1은 2번째 열, 제1 노드의 값을 나타내고, a11 내지 a18은 각각 2번째 열의 제1 노드 값의 결정을 위한 각 변형률의 가중치을 나타내며, ε1 내지 ε8은 각각 8개의 변형률 값을 나타낸다.)(In the relational expression A, value 1 represents the value of the first node in the second column, a11 to a18 represent the weight of each strain for determining the value of the first node in the second column, respectively, and ε1 to ε8 are 8, respectively. represents two strain values.)
이어서, 2번째 열의 제2 노드 역시 동일한 계산을 따르며, 구체적으로 하기 관계식 B와 같은 계산을 따르게 된다.Subsequently, the second node of the second column also follows the same calculation, and specifically follows the same calculation as the following relational expression B.
[관계식 B][relational expression B]
value2 = 1/[1 + exp(-(a21×ε1 + a22×ε2 + … + a28×ε8))] value2 = 1/[1 + exp(-(a21×ε1 + a22×ε2 + … + a28×ε8))]
(상기 관계식 B에 있어서, value 2는 2번째 열, 제2 노드의 값을 나타내고, a21 내지 a28 및 ε1 내지 ε8의 정의는 각각 2번째 열의 제2 노드에 대한 것임을 제외하고는, 상기 관계식 A의 정의와 동일하다.)(In relational expression B, value 2 represents the value of the second column, second node, and the definitions of a21 to a28 and ε1 to ε8 are respectively for the second node of the second column, except for the relational expression A Same as definition.)
이러한 동일한 과정을, 3번째 열부터 마지막 열까지 반복 실행할 수 있다. 이어서, a11, a12, …, a18, a21, a22, … a28 등과 같은 미지수들의 값들을 바꿔가면서 인공 신경망이라는 함수를 실제 데이터의 입력과 출력 간의 관계를 찾아낸다.This same process can be repeated from the third column to the last column. Subsequently, a11, a12, . . . , a18, a21, a22, … By changing the values of unknown factors such as a28, a function called artificial neural network finds the relationship between input and output of real data.
이를 위해, 처음에 임의로 a11, a12, … a28 등에 값을 주고 계산된 출력 값과 실제 데이터의 출력 간의 차이를 구하고 이의 차이를 줄여주기 위해, 하기 관계식 C와 같은 식에 경사하강법(gradient descent)을 사용하여 a11, a12, … a28 등의 값들을 수정한다. 이렇듯, 출력 값 사이의 차이를 이용하여 미지수들의 값을 수정해나가는 과정을 역전파(back-propagation)라고 한다. 이러한 역전파를 하면서 인공 신경망이 실제 데이터 사이의 관계를 찾아나가는 과정을 인공 지능이 학습하는 것에 해당한다.To this end, initially arbitrarily a11, a12, ... To find the difference between the calculated output value and the actual data output by giving values to a28, etc., and to reduce the difference, a11, a12, ... Modify values such as a28. In this way, the process of correcting the values of the unknowns using the difference between the output values is called back-propagation. While performing such backpropagation, the artificial intelligence learns the process of the artificial neural network finding a relationship between real data.
[관계식 C][relational expression C]
Figure PCTKR2022008580-appb-img-000001
Figure PCTKR2022008580-appb-img-000001
(상기 관계식 C에 있어서, E는 실제값과 예측값 간의 차이의 제곱합을 나타내고, c는 c번째 데이터 세트을 나타내고, j는 j번째 탄성정수를 나타내고, yj,c는 c번째 데이터 세트의 j번째 탄성정수의 예측값을 나타내고, dj,c는 c번째 데이터 세트의 j번째 탄성정수의 실제값을 나타낸다. 각 인공신경망은 한 개의 탄성정수만을 예측하기 때문에 j는 1부터 1까지로 정해진다.)(In the relational expression C, E represents the sum of squares of the difference between the actual value and the predicted value, c represents the c-th data set, j represents the j-th elasticity constant, and y j,c represents the j-th elasticity of the c-th data set represents the predicted value of an integer, and d j,c represents the actual value of the j-th elastic constant of the c-th data set. Since each artificial neural network predicts only one elastic integer, j is set from 1 to 1.)
전술한 바와 같은 인공 지능의 학습 과정을 통해, 종래의 방법에서 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 시, 실제 사용자의 별도 작업이 필요했던 것과는 반대로, 본 발명에 의하면 실제 사용자의 별도 작업 없이도 머신 러닝된 컴퓨터 시스템에 측정된 변형률을 입력해주기만 하면 즉각적으로 탄성 정수의 예측 값을 얻어낼 수 있다. 따라서, 기존의 실험 장비와 결합하여 쉽게 사용 가능하기 때문에, 시간 및 비용의 획기적인 저감이 가능해진다.Through the artificial intelligence learning process as described above, when calculating the elastic constant for an anisotropic material in the conventional method, as opposed to requiring a separate operation by a real user, according to the present invention, machine learning without a separate operation by an actual user By simply inputting the measured strain into the computer system, the predicted value of the elastic constant can be immediately obtained. Therefore, since it can be easily used in combination with existing laboratory equipment, it is possible to drastically reduce time and cost.
이후, 상기 컴퓨터 시스템을 이용하여 탄성 정수를 알지 못하는 새로운 이방성 코어 시료의 실제 탄성 정수를 산정하기 위하여, 이방성 코어 시료에 대하여 국부 하중을 가하여 실제 변형률을 측정하는 단계가 수행된다. Then, in order to calculate the actual elastic constant of the new anisotropic core sample whose elastic constant is not known using the computer system, a step of measuring an actual strain by applying a local load to the anisotropic core sample is performed.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상술한 실제 변형률은 상기 학습용 변형률 및 학습용 탄성 정수를 구할 때 사용된 하중 조건과 동일한 하중 조건 하에서 측정될 수 있다. 이 때, 상기 실제 변형률을 측정하는 단계는 전술한 학습용 변형률 및 학습용 탄성 정수로 이루어진 복수의 데이터 세트를 구하는 것보다 선행하여 수행될 수도 있고, 상기 복수의 데이터 세트를 구하는 것보다 후행될 수도 있다.According to one embodiment of the present invention, the above-described actual strain may be measured under the same load condition as the load condition used when obtaining the strain for learning and the elastic constant for learning. At this time, the step of measuring the actual strain may be performed prior to obtaining the plurality of data sets consisting of the above-described strain for learning and the elastic constant for learning, or after obtaining the plurality of data sets.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 실제 변형률을 측정할 때, 상기 이방성 코어 시료의 형태 및 크기, 변형률의 측정 위치(즉, 변형률 측정센서의 부착 위치), 변형률의 측정 방향 등이 학습용 변형률 및 학습용 탄성 정수를 구할 때와 동일할 수 있다. 혹은, 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위 내에서, 상기 실제 변형률을 측정할 때의 상기 이방성 코어 시료의 형태 및 크기, 변형률의 측정 위치(즉, 변형률 측정센서의 부착 위치), 변형률의 측정 방향 등은 학습용 변형률 및 학습용 탄성 정수를 구할 때와 다소 상이할 수도 있다. 상기 상이한 경우에 대해서는 나중에 보다 상세히 설명한다. 이 때, 상기 이방성 코어 시료의 채취 방법, 변형률 측정 센서의 부착 방법 및 국부 하중을 가하는 방법 등에 대해서는 후술한 방법을 동일하게 적용할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the actual strain is measured, the shape and size of the anisotropic core sample, the strain measurement position (ie, the strain measuring sensor attachment position), the strain measurement direction, etc. It may be the same as when obtaining the elastic constant for learning. Alternatively, the shape and size of the anisotropic core sample when the actual strain is measured, the strain measuring position (ie, the strain measuring sensor attachment position), the strain measuring direction, etc. may be slightly different from when obtaining the strain for learning and the elastic constant for learning. The different cases will be described in more detail later. At this time, the method described below may be applied in the same way to the method of collecting the anisotropic core sample, the method of attaching the strain measuring sensor, and the method of applying a local load.
이어서, 상기 실제 변형률을 머신 러닝된 상기 컴퓨터 시스템에 입력하여 실제 탄성 정수를 구하는 단계가 수행된다.Subsequently, a step of obtaining an actual elastic constant by inputting the actual strain into the machine-learned computer system is performed.
즉, 전술한 국부 하중을 가하여 측정된 이방성 코어 시료의 실제 변형률은 전술한 머신 러닝을 수행한 컴퓨터 시스템에 입력될 수 있으며, 컴퓨터 시스템은 이미 학습된 인공 신경망을 바탕으로 실제 탄성 정수의 예측치를 출력할 수 있다. 본 발명의 한가지 구현례에서는 출력된 상기 예측치를 실제 탄성 정수로 산정할 수 있다.That is, the actual strain of the anisotropic core sample measured by applying the aforementioned local load can be input to the computer system that performed the aforementioned machine learning, and the computer system outputs an estimate of the actual elastic constant based on the already learned artificial neural network. can do. In one embodiment of the present invention, the predicted value output may be calculated as an actual elastic constant.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 컴퓨터 시스템을 이용하여 산정 가능한 탄성 정수로는, 영률(Young's modulus, E), 전단 탄성률(shear modulus, G), 포아송 비(Poisson's ratio, ν) 등이 있고, 이러한 탄성 정수 및 등방성면의 방향에 대한 개념도를 도 6에 나타내었다. 일례로서, 본 발명에서 산정 가능한 탄성 정수의 개수는 5개일 수 있고, 예를 들어, E1, E2, G2, ν1 및 ν2를 들 수 있다. 도 6에 나타난 바와 같이 E1, E2, G2는 등방성면을 xz평면에 평행하게 두었을 때, 각각 xz평면 상에서의 영률, y축 상에서의 영률, xy평면이나 yz평면에서의 전단 탄성율을 의미한다. 또한, ν1은 x축에 평행한 일축압축시험을 했을 때, x축 변형률에 대한 z축방향 변형률의 비의 음수값으로 첫번째 포아송비이며, ν2는 y축에 평행한 일축압축시험을 했을 때, y축 변형률에 대한 z축 방향 혹은 x축 방향 변형률의 비의 음수값으로 두번째 포아송비이다.According to one embodiment of the present invention, elastic constants that can be calculated using the computer system include Young's modulus (E), shear modulus (G), Poisson's ratio (ν), and the like, , A conceptual diagram of the direction of the elastic constant and the isotropic plane is shown in FIG. As an example, the number of elastic constants that can be calculated in the present invention may be five, and examples thereof include E 1 , E 2 , G 2 , ν 1 and ν 2 . As shown in FIG. 6, E 1 , E 2 , and G 2 are the Young's modulus on the xz plane, the Young's modulus on the y-axis, and the shear modulus on the xy plane or yz plane, respectively, when the isotropic plane is placed parallel to the xz plane. it means. In addition, ν 1 is the first Poisson's ratio as a negative value of the ratio of strain in the z-axis direction to strain in the x-axis when a uniaxial compression test parallel to the x-axis is performed, and ν 2 is a uniaxial compression test parallel to the y-axis. , the second Poisson's ratio is a negative value of the ratio of the strain in the z-axis or x-axis direction to the strain in the y-axis.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 인공 지능을 이용하여 이방성 재료에 대한 탄성 정수를 산정함으로써, 기존의 탄성 정수의 산정 방법 대비 경제적이고 간편하면서도, 비교적 오차율이 적어 정확도가 우수한 탄성 정수를 효과적으로 산정할 수 있다.As described above, according to the present invention, by calculating the elastic constant for an anisotropic material using artificial intelligence, it is economical and simple compared to the conventional elastic constant calculation method, and the elastic constant with relatively low error rate and excellent accuracy is effectively calculated. can do.
한편, 특별히 한정하는 것은 아니나, 선택적으로, 상기 컴퓨터 시스템의 정확도를 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다. On the other hand, although not particularly limited, optionally, the step of evaluating the accuracy of the computer system may be further included.
전술한 머신 러닝된 컴퓨터 시스템의 정확도를 평가하는 방법으로서는, 일례로서, 평가용 이방성 코어 시료에 국부 하중을 가하여 구한 평가용 변형률 및 상기 평가용 이방성 코어 시료의 평가용 탄성 정수로 이루어진 복수의 평가용 데이터 세트를 준비한다. 이 때, 상기 평가용 데이터 세트의 개수는 전술한 데이터 세트의 개수보다 작을 수 있고, 일례로서 6개 이상일 수 있고, 혹은 50개 이상이거나, 100개 이상일 수 있다. 다만, 전술한 데이터 세트 개수의 상한과 마찬가지로, 상기 평가용 데이터 세트 개수의 상한 역시 그 값이 높을수록 정확도 평가에 바람직하므로, 이를 별도로 한정하지 않는다. 다만, 일례로서 상기 평가용 데이터 세트 개수의 상한은 전술한 학습용 변형률 및 학습용 탄성 정수로 이루어진 복수의 데이터 세트 개수의 상한보다 작을 수 있다.As a method for evaluating the accuracy of the above-described machine learning computer system, as an example, a strain for evaluation obtained by applying a local load to an anisotropic core sample for evaluation and a plurality of evaluations consisting of an elastic constant for evaluation of the anisotropic core sample for evaluation Prepare the data set. In this case, the number of data sets for evaluation may be smaller than the number of data sets described above, and as an example, may be 6 or more, 50 or more, or 100 or more. However, like the upper limit of the number of data sets described above, the upper limit of the number of data sets for evaluation is also preferable for accuracy evaluation as the value is higher, so this is not particularly limited. However, as an example, the upper limit of the number of data sets for evaluation may be smaller than the upper limit of the number of the plurality of data sets composed of the strain for learning and the elastic constant for learning.
또한, 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 평가용 데이터 세트는, 상기 평가용 탄성 정수의 값을 변경하면서, 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 대응되는 평가용 변형률을 구하는 것을 반복 수행함으로써 확보될 수 있다. 여기서, 상기 컴퓨터 수치 모사 실험을 행하는 방법에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.In addition, although not particularly limited, the evaluation data set may be obtained by repeatedly performing a computer numerical simulation experiment to obtain a corresponding strain for evaluation while changing the value of the elastic constant for evaluation. Here, the above description can be equally applied to the method of conducting the computer numerical simulation experiment.
전술한 평가용 데이터 세트를 확보한 후, 전술한 머신 러닝된 컴퓨터 시스템으로부터 구하여 예측되는 탄성 정수의 값과, 전술한 평가용 데이터 세트로부터 확보되는 각 탄성 정수의 값을 비교하여, 하기 관계식 1로부터 계산되는 오차율이 10% 이하인 경우를 합격으로 평가한다. 이 때, 하기 오차율을 확인할 수 있는 탄성 정수로는 영률(Young's modulus, E), 전단 탄성률(shear modulus, G) 등을 포함한다.After securing the above-described data set for evaluation, the value of the elastic constant obtained and predicted from the above-described machine learning computer system is compared with the value of each elastic constant obtained from the above-described data set for evaluation, and from the following relational expression 1 A case where the calculated error rate is 10% or less is evaluated as pass. At this time, the elastic constants for confirming the error rate include Young's modulus (E), shear modulus (G), and the like.
[관계식 1][Relationship 1]
[|Etrue - Epredicted |/ Etrue] × 100 (%)[|E true - E predicted |/ E true ] × 100 (%)
(Etrue는 각 탄성정수에 대하여 평가용 데이터 세트로부터 확보되는 각 탄성 정수 값을 나타내고, Epredicted는 각 탄성 정수에 대하여 머신 러닝된 컴퓨터 시스템으로부터 구해진 예측 탄성 정수의 값을 나타낸다.)(E true represents the value of each elastic constant obtained from the evaluation data set for each elastic constant, and E predicted represents the value of the predicted elastic constant obtained from the machine learning computer system for each elastic constant.)
전술한 평가용 데이터 세트를 확보한 후, 전술한 머신 러닝된 컴퓨터 시스템으로부터 구하여 예측되는 탄성 정수의 값과, 전술한 평가용 데이터 세트로부터 확보되는 각 탄성 정수의 값을 비교하여, 하기 관계식 2로부터 계산되는 오차율이 0.03 이하인 경우를 합격으로 평가한다. 이 때, 하기 오차율을 확인할 수 있는 탄성 정수로는 포아송 비(Poisson's ratio, ν) 등을 포함한다.After securing the above-described data set for evaluation, the value of the elastic constant obtained and predicted from the above-described machine learning computer system is compared with the value of each elastic constant obtained from the above-described data set for evaluation, and from the following relational expression 2 A case where the calculated error rate is 0.03 or less is evaluated as pass. At this time, the elastic constant for confirming the error rate below includes Poisson's ratio (ν) and the like.
[관계식 2][Relationship 2]
|Etrue - Epredicted ||E true - E predicted |
(상기 관계식 2에 있어서, Etrue는 각 탄성정수에 대하여 평가용 데이터 세트로부터 확보되는 각 탄성 정수 값을 나타내고, Epredicted는 각 탄성 정수에 대하여 머신 러닝된 컴퓨터 시스템으로부터 구해진 예측 탄성 정수의 값을 나타낸다.)(In the above relational expression 2, E true represents the value of each elastic constant obtained from the evaluation data set for each elastic constant, and E predicted represents the value of the predicted elastic constant obtained from the machine learning computer system for each elastic constant indicate.)
한편, 이하에서는 전술한 학습용 변형률 및 실제 변형률을 측정하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 즉, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 학습용 변형률과 실제 변형률은 전술한 바와 같이, 동일한 하중 조건 하에서 측정될 수 있으므로, 이하의 설명은 학습용 변형률 및 실제 변형률의 측정 시 동일하게 적용될 수 있다. 뿐만 아니라, 특별히 이에 한정되는 것만은 아니고, 본 발명에서 목적하는 효과를 달성 가능하다면, 학습용 변형률과 실제 변형률의 측정 조건이 다소 상이하더라도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다. 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.Meanwhile, hereinafter, a method for measuring the strain for learning and the actual strain will be described in detail. That is, according to one embodiment of the present invention, since the strain for learning and the actual strain can be measured under the same load condition as described above, the following description can be applied equally to the measurement of the strain for learning and the actual strain. In addition, it is not particularly limited thereto, and as long as the desired effect can be achieved in the present invention, even if the learning strain and the actual strain measurement conditions are slightly different, it may be included in the scope of the present invention. It will be described in more detail below.
먼저, 이방성 코어 시료(또는, 학습용 코어 시료)를 준비한다. 상기 이방성 코어 시료는 이방성 재료로부터 채취할 수도 있고, 시판되는 이방성 코어 시료를 사용할 수도 있다. 이러한 이방성 재료로는 편마암, 셰일 등과 같은 이방성을 가진 암석 등을 포함한다. 또한, 상기 이방성 코어 시료는 당해 기술분야에서 잘 알려진 코어링 방법을 이용하여 채취될 수 있으며, 기둥 형상을 가질 수 있다. 이 때, 상기 기둥 형상의 단면은 특별히 한정하지 아니하나, 코어링 방법의 특성상 원형을 가질 수 있다. 다만, 반드시 원형으로 한정되지는 아니하며, 채취 방법의 변경이나 후가공 등에 의하여 다양한 단면을 가질 수도 있다. 그리고, 본 발명에서 말하는 기둥 형상이라 함은 대체로 단면의 폭에 비하여 축방향의 길이가 긴 형상을 의미하는 것으로써, 당해 기술분야에서 기둥 형상으로 인식될 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 아니한다.First, an anisotropic core sample (or a core sample for learning) is prepared. The anisotropic core sample may be taken from an anisotropic material, or a commercially available anisotropic core sample may be used. Such anisotropic materials include rocks having anisotropy such as gneiss and shale. In addition, the anisotropic core sample may be collected using a coring method well known in the art and may have a columnar shape. At this time, the cross section of the pillar shape is not particularly limited, but may have a circular shape due to the nature of the coring method. However, it is not necessarily limited to a circular shape, and may have various cross sections by changing the sampling method or post-processing. In addition, the columnar shape referred to in the present invention generally means a shape in which the length in the axial direction is longer than the width of the cross section, and is not particularly limited as long as it can be recognized as a columnar shape in the art.
또한, 본 발명에서 전술한 이방성 코어 시료는 형태 및 크기를 한정하지 않으며, 다양한 시료의 형태 및 크기에 대하여 적용 가능하다. 즉, 본 발명의 한가지 구현례에서 상기 이방성 코어 시료는 전술한 머신 러닝을 수행한 컴퓨터 시스템에 적용되어 실제 탄성 정수를 구하는 데에 정확히 재현 가능하다면, 특별히 이방성 코어 시료의 형태 및 크기를 한정하지 않고, 다양한 형태 및 크기의 이방성 코어 시료에 대해서도 본 발명에 따른 탄성 정수의 산정 방법을 적용할 수 있다.In addition, the shape and size of the anisotropic core sample described above in the present invention are not limited, and can be applied to various shapes and sizes of samples. That is, in one embodiment of the present invention, if the anisotropic core sample is applied to the computer system that performed the above-described machine learning and can be accurately reproduced to obtain the actual elastic constant, the shape and size of the anisotropic core sample are not particularly limited. , the elastic constant calculation method according to the present invention can also be applied to anisotropic core samples of various shapes and sizes.
또한, 본 발명의 일 구현례에 따르면, 상기 이방성 코어 시료는 상기 학습용 이방성 코어 시료와 동일할 수 있다. 혹은, 전술한 머신 러닝을 수행한 컴퓨터 시스템에 적용되어 실제 탄성 정수를 구하는 데에 정확히 재현 가능하다면, 상기 이방성 코어 시료가 상기 학습용 이방성 코어 시료와 상이하더라도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다. 일례로서, 상기 학습용 변형률의 측정 시, 후술하는 간접 인장 시험을 적용한다면, 상기 학습용 이방성 코어 시료는, 상기 이방성 코어 시료로부터 채취된 부분 시료일 수도 있다. 한편, 상기 학습용 변형률 및 실제 변형률의 측정이 모두 집중 하중 시험을 적용하는 경우라면, 상기 학습용 이방성 코어 시료 및 상기 이방성 코어 시료의 직경은 동일할 수 있고, 축 방향의 길이는 약 9㎝ 이상의 조건을 충족하기만 하면, 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 다소 상이할 수도 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the anisotropic core sample may be the same as the anisotropic core sample for learning. Alternatively, if it is applied to the computer system that performed the above-described machine learning and is accurately reproducible in obtaining the actual elastic constant, even if the anisotropic core sample is different from the learning anisotropic core sample, it may be included in the scope of the present invention. As an example, if an indirect tensile test described later is applied when measuring the strain for learning, the anisotropic core sample for learning may be a partial sample taken from the anisotropic core sample. On the other hand, if the concentration load test is applied to both the measurement of the strain for learning and the actual strain, the diameter of the anisotropic core sample for learning and the anisotropic core sample may be the same, and the length in the axial direction is about 9 cm or more. As long as they are satisfied, they may be slightly different within a range not impairing the object of the present invention.
본 발명자들의 연구결과에 따르면, 고유의 탄성 정수를 가지는 이방성 재료는 가해지는 하중에 의하여 독특한 변형률 거동을 나타내게 된다. 이를 이용하면, 기존 방법들과 같이 여러 방향에서 채취한 2개 이상의 코어 시료를 이용하지 않으면서도 이방성 재료의 탄성 정수를 구할 수 있어 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에서는 상기 이방성 코어 시료(또는, 상기 학습용 이방성 코어 시료)에 국부 하중을 가한다. 이하에서는 본 발명에서 국부 하중을 가하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.According to the research results of the present inventors, the anisotropic material having a unique elastic constant exhibits a unique strain behavior by an applied load. By using this, the elastic constant of the anisotropic material can be obtained without using two or more core samples taken from various directions like conventional methods, and thus time and cost can be greatly reduced. To this end, in the present invention, a local load is applied to the anisotropic core sample (or the anisotropic core sample for learning). Hereinafter, a method of applying a local load in the present invention will be described in detail.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 준비된 이방성 코어 시료(또는, 학습용 이방성 코어 시료, 이하에서는 '학습용 이방성 코어 시료'의 표시를 생략한다)의 양 단부에 하중을 가하고, 상기 하중은 이방성 코어 시료의 양 단부에서 가해질 수 있다. 이 때, 상기 이방성 코어 시료의 양 단부에서 가해지는 하중 중 적어도 하나의 하중은, 상기 단부 표면의 전체가 아닌 단부 표면의 일부에만 가해지는 국부 하중일 수 있다. 전술한 바와 같이, 국부 하중에 의해 얻어지는 변형률 거동과 이방성 코어 시료의 탄성 정수 사이에는 밀접한 관계가 있으므로, 전술한 데이터 세트를 구할 때에, 학습용 변형률 및 학습용 탄성 정수를 하나의 데이터 세트로 하여 저장할 수 있다. 이와 같은 데이터 세트는 복수 개 취득되어 데이터 베이스에 보관됨으로써 인공지능이 학습(예를 들면 머신 러닝)하는데 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a load is applied to both ends of the prepared anisotropic core sample (or an anisotropic core sample for learning, hereinafter, the display of 'anisotropic core sample for learning' is omitted), and the load is an anisotropic core sample can be applied at both ends of At this time, at least one of the loads applied from both ends of the anisotropic core sample may be a local load applied only to a part of the end surface instead of the entire end surface. As described above, since there is a close relationship between the strain behavior obtained by the local load and the elastic constant of the anisotropic core sample, when obtaining the above-described data set, the strain for learning and the elastic constant for learning can be stored as one data set. . A plurality of such data sets are acquired and stored in a database, so that artificial intelligence can be used for learning (eg, machine learning).
상기 변형률과 탄성 정수의 데이터 세트를 구하는 방법에는 특별한 제한이 없다. 다만, 한가지 비제한적인 방법을 설명하면 다음과 같은 방법을 이용할 수 있다. 즉, 본 발명의 한가지 구현례에서는 통상적으로는 시료의 단면 전체에 균일한 하중을 가하면서 변형률을 측정한다. 그런데, 이와 같이 시료의 단면 전체에 균일한 하중을 가할 경우, 재료의 모든 위치에서 동일한 응력 상태가 적용되므로, 재료의 방향별 탄성 정수를 산정하기 위해서는, 2개 이상의 코어 시료를 준비하여 여러 번의 실험을 행할 필요가 있었다. 그러나, 본 발명에서와 같이, 시료의 양 단부 중 적어도 하나에 국부 하중을 가함으로써, 하나의 이방성 코어 시료를 기준으로, 재료의 위치별로 다른 응력 상태가 형성되므로, 이방성이 있는 재료의 경우에도 단일의 코어 시료만으로도 방향별 탄성 정수를 용이하게 산정할 수 있다.There is no particular limitation on how to obtain the strain and elastic constant data sets. However, if one non-limiting method is described, the following method may be used. That is, in one embodiment of the present invention, the strain is measured while applying a uniform load to the entire cross section of the sample. However, when a uniform load is applied to the entire cross-section of the sample, the same stress state is applied to all locations of the material, so in order to calculate the elastic constant for each direction of the material, two or more core samples are prepared and several experiments are performed. it was necessary to do However, as in the present invention, by applying a local load to at least one of both ends of the sample, a different stress state is formed for each position of the material based on one anisotropic core sample, so even in the case of an anisotropic material, a single The elastic constant in each direction can be easily calculated with only the core sample of
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 예를 들어 본원 도 2(a)~(c)에 나타낸 바와 같이, 상기 하중이 가해지는 단부 표면의 일부에만 접촉되도록 연성 가압판(20)을 구비할 수 있다(도 2(c) 참조). 따라서, 상기 연성 가압판(20)은 코어 시료(100)의 단부 표면(101)(즉, 코어 시료(100)에 대한 축 방향(X)으로의 표면)을 부분적으로 점유하므로, 상기 코어 시료(100)의 단부 표면(101)은 연성 가압판(20)과 접촉하는 영역(102)과, 상기 연성 가압판과 접촉하지 않는 영역(103)을 갖는다. 이 때, 상기 단부 표면(101)이라 함은, 코어 시료에 하중을 가하는 방향에서 바라 본 시료의 표면을 의미한다. 또한, 상기 축 방향(X)이라 함은, 집중 하중 시험 시에 있어서(단, 간접 인장시험은 제외), 코어 시료에 하중을 가하는 방향(도 2의 'Load'에 해당)과 동일할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, for example, as shown in FIGS. 2 (a) to (c) herein, the flexible pressure plate 20 may be provided so as to contact only a portion of the end surface to which the load is applied ( see Figure 2(c)). Therefore, since the flexible platen 20 partially occupies the end surface 101 of the core sample 100 (ie, the surface in the axial direction X with respect to the core sample 100), the core sample 100 The end surface 101 of ) has an area 102 in contact with the soft platen 20 and an area 103 not in contact with the soft platen. At this time, the end surface 101 means the surface of the sample viewed from the direction in which a load is applied to the core sample. In addition, the axial direction (X) may be the same as the direction in which the load is applied to the core sample (corresponding to 'Load' in FIG. 2) during the concentrated load test (except for the indirect tensile test) .
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 연성 가압판(20)으로는 특별히 한정하는 것은 아니나, 시료보다 영률은 낮지만, 항복응력은 시료의 그것과 동일하거나 큰(즉, 항복응력이 이방성 재료 이상인) 재료를 이용한다. 상술한 조건을 충족한다면 연성 가압판의 재료를 특별히 한정하지는 않으나, 상기 연성 가압판이 3D 프린트법에 의해 원하는 형상으로 제조되기 용이하므로, 일례로서 연성 가압판은 3D 프린터의 재료 물질로 사용되는 재료로 이루어질 수 있다. 연성 가압판으로 유리하게 사용될 수 있는 한가지 예로서 Veroclear를 선택하여 이용할 수 있다. 이러한 조건을 충족하는 연성 가압판을 사용함으로써, 후술하는 하중기로부터 재하되는 하중을 코어 시료의 특정 부분에 균일한 집중 하중을 전달시킬 수 있다. 이로 인해, 연성 가압판은 집중 하중임에도 불구하고 높은 응력에서 시료가 파괴되지 않도록 제어하여 효과적으로 시료의 탄성 정수를 산정할 수 있다. 뿐만 아니라, 전술한 연성 가압판은 상대적으로 저렴하기 때문에, 큰 제조 비용의 상승 없이도 쉽게 탄성 정수를 산출하는 데 이용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the flexible platen 20 is not particularly limited, but has a lower Young's modulus than that of the sample, but a yield stress equal to or greater than that of the sample (ie, a yield stress greater than or equal to that of an anisotropic material). use the material If the above conditions are satisfied, the material of the flexible platen is not particularly limited, but since the flexible platen can be easily manufactured in a desired shape by a 3D printing method, as an example, the flexible platen can be made of a material used as a material for a 3D printer. there is. Veroclear can be selected and used as one example that can be advantageously used as a flexible platen. By using a flexible pressure plate that satisfies these conditions, a load applied from a loader described later can be uniformly and concentratedly transmitted to a specific portion of the core sample. Due to this, the flexible platen can effectively calculate the elastic constant of the sample by controlling the sample not to be destroyed under high stress despite the concentrated load. In addition, since the above-described flexible platen is relatively inexpensive, it can be easily used to calculate the elastic constant without a large increase in manufacturing cost.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 연성 가압판의 영률(Y1)은, 상기 코어 시료의 영률(Y0) 대비 1/10 이하가 되도록 한다(즉, Y1/Y0 ≤ 1/10). 예를 들어, 일반적인 암석의 영률을 고려했을 때, 전술한 Veroclear 등의 3D 프린터 재료를 사용하거나, PC, ULTEMTM 9085 Resin, ULTEMTM 1010 Resin 등의 재료를 사용할 수 있다. 상기 연성 가압판의 영률이 상기 코어 시료의 영률(Y0)의 1/10을 초과하면(즉, 상기 Y1/Y0가 1/10을 초과하면), 접촉면으로 전달되는 하중이 불균질해짐으로써, 컴퓨터 수치 모사로 실험을 재현하는 데에 부정확성이 커지는 문제가 생길 수 있다. 상기 Y1/Y0의 값이 1/10 이하로 보다 작을수록, 접촉 면적에서의 전달되는 하중이 균질해지기 때문에, 수치 모사의 측면에서는 바람직하다. 그러나, 포아송 효과(압축 실험 시, 가압판이 옆으로 팽창하는 현상)에 의해서 접촉 면적이 증가하는 현상이 일어날 우려가 있다. 다만, 전술한 Veroclear, ULTEMTM 9085 Resin, ULTEMTM 1010 Resin 등의 재료를 이용한 실험의 경우에는 포아송 현상이 무시할 수준이었고, 현실적으로 전술한 Veroclear 등의 재료들보다 영률이 훨씬 작으면서 항복응력은 여전히 높은 수준의 재료를 찾기 어렵다는 점에서, Y1/Y0의 하한을 산정하는 것이 무의미할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Y1/Y0의 값의 하한을 별도로 한정하지 않는다. 다만, 비제한적인 일례로서 가압면적의 폭(도 3의 'Width'에 해당)이 변화하는 량의 허용한계를 1mm 정도라고 할 때, Y1의 하한은 대략 0.5 GPa이고, Y1/Y0의 하한은 대략 1/100일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the Young's modulus (Y 1 ) of the flexible platen is less than 1/10 of the Young's modulus (Y 0 ) of the core sample (ie, Y 1 /Y 0 ≤ 1/10) . For example, considering the Young's modulus of a general rock, 3D printer materials such as the aforementioned Veroclear, or materials such as PC, ULTEM TM 9085 Resin, and ULTEM TM 1010 Resin may be used. When the Young's modulus of the flexible platen exceeds 1/10 of the Young's modulus (Y 0 ) of the core sample (ie, when the Y 1 /Y 0 exceeds 1/10), the load transmitted to the contact surface becomes heterogeneous. However, there may be a problem of increasing inaccuracy in reproducing the experiment by computer numerical simulation. The smaller the value of Y 1 /Y 0 is 1/10 or less, the more uniform the load transmitted in the contact area becomes, which is preferable in terms of numerical simulation. However, there is a possibility that the contact area increases due to the Poisson effect (a phenomenon in which the pressure plate expands laterally during a compression test). However, in the case of experiments using the above-mentioned materials such as Veroclear, ULTEM TM 9085 Resin, and ULTEM TM 1010 Resin, the Poisson phenomenon was negligible, and in reality, the Young's modulus was much smaller than the above-mentioned materials such as Veroclear, and the yield stress was still high. Given that it is difficult to find materials of this level, it may be meaningless to calculate the lower limit of Y 1 /Y 0 . Therefore, in the present invention, the lower limit of the value of Y 1 /Y 0 is not separately limited. However, as a non-limiting example, when the allowable limit of the amount of change in the width of the pressurized area (corresponding to 'Width' in FIG. 3) is about 1 mm, the lower limit of Y 1 is approximately 0.5 GPa, and Y 1 /Y 0 The lower limit of may be approximately 1/100.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 연성 가압판(20)은 상기 단부 표면(101)의 일부에만 접촉되도록 구비하되, 코어 시료의 코어링 방향에 따라 연성 가압판(20)을 다르게 위치시킬 수 있다. 예를 들어, 연성 가압판이 코어 시료에 접촉하는 영역은, 코어 시료의 등방성면(500)이 원주 방향 표면과 만나는 곡선(600)의 각 지점 중에서 코어 시료의 한쪽 단부 표면과 가장 가까운 지점과 가장 먼 지점에서 각각 단부 표면을 향하여 그은 직선이 단부 표면과 만나는 두 지점을 연결한 선분을 포함하도록 할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the flexible pressure plate 20 is provided to contact only a portion of the end surface 101, but the flexible pressure plate 20 may be positioned differently according to the coring direction of the core sample. For example, the area where the flexible platen contacts the core sample is the farthest from the point closest to one end surface of the core sample among the points of the curve 600 where the isotropic surface 500 of the core sample meets the circumferential surface. A straight line drawn from each point toward the end surface may include a line segment connecting the two points where the end surface meets the end surface.
구체적으로, 도 5(b)~(d)와 같이, x축의 코어링 방향(φ)이 0°초과 45° 이하인 경우에는, 본원 도 3에 나타낸 바와 같이, 코어 시료의 등방성면(500)과 시료의 원주 방향 표면(즉, 코어 시료의 양 단부 표면을 제외한 표면)이 만나는 곡선(600)이 시료의 단부 표면(101)과 평행해지는 영역(1000) 상에, 상기 연성 가압판(20)을 나란히 위치시킬 수 있다. 또한, 도 5(e)~(f)와 같이, x축의 코어링 방향(φ)이 45°를 초과 90°이하인 경우에는, 상기 곡선(600)이 최대 경사를 가지는 영역 상에 상기 연성 가압판(20)을 나란히 위치시킬 수 있다.Specifically, as shown in FIGS. 5 (b) to (d), when the coring direction φ of the x-axis exceeds 0° and is 45° or less, as shown in FIG. 3 of the present application, the isotropic surface 500 of the core sample and The flexible platen 20 is placed side by side on the area 1000 where the curve 600 where the circumferential surfaces of the sample (ie, surfaces other than both end surfaces of the core sample) meet is parallel to the end surface 101 of the sample. can be located. In addition, as shown in FIGS. 5 (e) to (f), when the coring direction φ of the x-axis exceeds 45 ° and is 90 ° or less, the flexible platen ( 20) can be placed side by side.
또한, 도 5(a)와 같이 코어링 방향(φ)이 0°인 경우에는, 상기 곡선(600)의 전체가 상기 단부 표면(101)과 평행해지기 때문에, 이 경우에는 코어 시료의 단부 표면(101) 상에 임의의 방향으로 연성 가압판(20)을 위치시킬 수 있다. In addition, as shown in FIG. 5(a), when the coring direction φ is 0°, since the entire curve 600 is parallel to the end surface 101, in this case, the end surface of the core sample The flexible platen 20 can be positioned on the 101 in any direction.
한편, 도 5(g)와 같이 코어링 방향(φ)이 90°인 경우, 연성 가압판이 코어 시료에 접촉하는 영역은, 코어 시료의 등방성면(500)이 원주 방향 표면과 만나는 곡선(600)의 코어 시료의 한쪽 단부 표면과 만나는 두 지점을 연결한 선분을 포함하도록 할 수 있다. 즉, 상기 코어 시료의 등방성면(500)이 원주 방향 표면과 만나는 곡선(600)의 코어 시료의 한쪽 단부 표면과 만나는 두 지점을 연결한 선분과 평행하도록 나란한 방향으로 코어 시료의 단부 표면(101) 상에 연성 가압판(20)을 위치시킬 수 있다. 따라서, 상기 연성 가압판(20)을 시료의 단부 표면(101)에 위치시킬 때는 상기 코어 시료(100)의 단부 표면(101)이 연성 가압판(20)과 접촉하는 영역(102)의 중심과 시료 단부 표면(101)의 중심이 일치하도록 할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 5(g), when the coring direction φ is 90°, the area where the flexible platen contacts the core sample is a curve 600 where the isotropic surface 500 of the core sample meets the surface in the circumferential direction It may include a line segment connecting two points that meet the surface of one end of the core sample. That is, the end surface 101 of the core sample in a direction parallel to the line segment connecting the two points where the isotropic surface 500 of the core sample meets the circumferential surface and the line segment connecting the two points where the curve 600 meets one end surface of the core sample A flexible platen 20 may be placed on the top. Therefore, when the flexible platen 20 is placed on the end surface 101 of the sample, the center of the area 102 where the end surface 101 of the core sample 100 contacts the soft platen 20 and the end of the sample The centers of the surfaces 101 can be made coincident.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 전술한 변형률을 측정하는 한가지 방법으로서, 채취된 이방성 코어 시료에 서로 부착 위치 및 부착 방향 중 적어도 하나가(1 이상이) 상이한 복수의(즉, 2개 이상의) 변형률 측정센서를 부착한 후, 변형률 값을 측정하는 방법이 있다. 상기 변형률 측정센서는 스트레인 게이지(strain gauge)라고도 불리고, 코어 시료의 표면에 부착되어 그 지점에서의 변형률을 측정하는 장치를 말한다. 본 발명에 있어서, 전술한 변형률 측정센서의 부착 위치를 설명하기 위해, 도 2(b)에 코어 시료(100)에 변형률 측정 센서(10)를 부착한 형태를 모식적으로 나타내었다.According to one embodiment of the present invention, as one method of measuring the above-described strain, a plurality of (ie, two or more) different attachment positions and attachment directions (one or more) are attached to the anisotropic core sample. After attaching the strain measuring sensor, there is a method to measure the strain value. The strain measuring sensor is also called a strain gauge, and refers to a device attached to the surface of a core sample and measuring strain at that point. In the present invention, in order to explain the attachment position of the above-described strain measuring sensor, a form in which the strain measuring sensor 10 is attached to the core sample 100 is schematically shown in FIG. 2 (b).
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 도 2(b)에서 볼 수 있듯이, 상기 변형률 측정센서(10)는 상기 이방성 코어 시료(100)에 대한 양 단부 표면을 제외한 표면 상에, 서로 부착 위치 및 부착 방향 중 1 이상이 상이하도록 2개 이상이 부착되어, 그 부착 지점에서의 변형률을 측정할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, as can be seen in FIG. 2 (b), the strain measuring sensor 10 is attached to and attached to each other on a surface other than both end surfaces of the anisotropic core sample 100 Two or more are attached such that at least one of the directions is different, so that strain at the point of attachment can be measured.
혹은, 상기 이방성 코어 시료가 원기둥 형상인 경우에는, 상기 이방성 코어 시료(100)에 대한 양 단부 표면을 제외한 원주 방향(Y)으로의 표면(즉, 원주방향 표면) 상에, (서로 부착 위치 및 부착 방향 중 적어도 하나가 상이한) 2개 이상의 각 변형률 측정센서(10)가 부착되어, 그 부착 지점에서의 변형률을 측정할 수 있다. 즉, 상기 변형률의 측정은, 하중이 가해지는 양 단부 표면만 아니라면, 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 코어 시료의 표면 어디에도 적용 가능하다.Alternatively, when the anisotropic core sample is cylindrical, on the surface in the circumferential direction (Y) excluding both end surfaces of the anisotropic core sample 100 (ie, the circumferential surface), (attachment position to each other and Two or more strain measuring sensors 10 (different in at least one of attachment directions) may be attached to measure the strain at the attachment point. That is, the strain measurement can be applied to any surface of the core sample within a range that does not impair the object of the present invention, as long as it is not the surface of both ends to which the load is applied.
이 때, 상기 2 이상의 지점에 각각 부착된 변형률 측정센서(10)는, 이방성 코어 시료(100)의 표면 상의 동일한 부위에 서로 다른 측정 방향으로 2개 이상 부착될 수도 있고, 코어 시료(100)의 표면 상의 서로 다른 2개 이상의 지점에 각각 부착될 수도 있다.At this time, two or more strain measuring sensors 10 attached to the two or more points may be attached to the same part on the surface of the anisotropic core sample 100 in different measurement directions, or two or more of the core sample 100 Each may be attached to two or more different points on the surface.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 단일의 이방성 코어 시료만으로도 이방성 재료에 대한 비교적 정확도가 높은 탄성 정수를 산출하기 위하여, 상기 변형률 측정센서의 부착 위치 및 개수를 제어할 수 있다. 즉, 상기 이방성 코어 시료의 표면 상에 부착된 변형률 측정센서는 복수개(즉, 2개 또는 3개 이상)일 수 있고, 상기 복수개의 변형률 측정센서는 서로 부착 위치 및 부착 방향 중 1 이상이 상이할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, in order to calculate the elastic constant with relatively high accuracy for an anisotropic material using only a single anisotropic core sample, the attachment position and number of the strain measuring sensors can be controlled. That is, the number of strain measuring sensors attached to the surface of the anisotropic core sample may be plural (ie, 2 or 3 or more), and the plurality of strain measuring sensors may differ in at least one of the attachment position and direction of attachment. can
한편, 상기 변형률 측정센서의 개수는 그 값이 높을수록 정확도가 향상되므로, 상기 변형률 측정센서의 개수에 대한 상한을 별도로 한정하지 않을 수 있다. 다만, 일례로서, 상기 변형률 측정센서의 개수는 길이 16 mm, 폭 5.2 mm인 Kyowa사의 스트레인 게이지를 반지름 54 mm, 높이 108 mm인 시료에 사용할 경우를 기준으로 시료 표면에 빼곡하게 붙인다는 가정하에 200개까지 쓰일 수 있다. 그러나 실제 실험에서 쓰이는 Data Acquisition system의 센서에 대응하는 채널 수가 보통 수 개에서 수십 개 정도이므로 100개 이하라고 정할 수 있다.Meanwhile, since accuracy improves as the value of the number of strain measuring sensors increases, an upper limit on the number of strain measuring sensors may not be separately limited. However, as an example, the number of strain measuring sensors is 200 on the assumption that a strain gauge from Kyowa with a length of 16 mm and a width of 5.2 mm is tightly attached to the sample surface based on the case of using a sample with a radius of 54 mm and a height of 108 mm. Can be used up to dogs. However, since the number of channels corresponding to the sensors of the data acquisition system used in actual experiments is usually several to dozens, it can be set to less than 100.
또한, 본 발명의 한 가지 구현례에 따르면, 탄성 정수의 정확도 향상을 위해, 상기 코어 시료의 표면 상에 변형률 측정센서를 부착하는 위치는 2개 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 3개 이상일 수 있다. In addition, according to one embodiment of the present invention, in order to improve the accuracy of the elastic constant, the number of positions for attaching strain measuring sensors on the surface of the core sample may be two or more, more preferably three or more. .
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 변형률 측정센서(10)의 부착 시, 상기 이방성 코어 시료의 단부 표면(101)(혹은, 상기 코어 시료에 대한 연성 가압판이 접촉하는 측의 표면)으로부터 축 방향(X)으로 일정 거리 떨어진 제1 위치(1)에 (1개 이상의) 변형률 측정센서(11 또는 12)를 부착한다. 본 발명의 한가지 구현례에서 상기 변형률 측정센서(11 또는 12)는, 코어 시료의 단부 표면(101)으로부터 연성 가압판(20)의 폭(도 3의 'Width'에 해당) 대비 0.5배 내지 코어 시료의 직경의 1.5배 이하 떨어진 제1 위치에 부착될 수 있다. 이 때, 상기 연성 가압판(20)의 폭(도 3의 'Width'에 해당)이란, 연성 가압판(20)이 코어 시료의 단부 표면(101)에 접촉되는 면적을 기준으로, 좁은 측 변의 최단 거리를 의미할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the strain measuring sensor 10 is attached, the axial direction from the end surface 101 of the anisotropic core sample (or the surface of the side where the soft platen with respect to the core sample contacts) (One or more) strain measuring sensors 11 or 12 are attached to the first position 1 separated by a predetermined distance in (X). In one embodiment of the present invention, the strain measuring sensor 11 or 12 is 0.5 times to the width of the flexible platen 20 (corresponding to 'Width' in FIG. 3) from the end surface 101 of the core sample to the core sample. It may be attached at a first location less than 1.5 times the diameter of . At this time, the width of the flexible platen 20 (corresponding to 'Width' in FIG. 3) is the shortest distance of the narrow side based on the area where the flexible platen 20 contacts the end surface 101 of the core sample. can mean
한편, 상기 제1 위치가 이방성 코어 시료의 단부 표면으로부터 연성 가압판(20)의 폭 대비 0.5배 미만인 경우, 실험적 오차에 의해 연성 가압판에 의해 전달되는 하중의 불균질성이 변형률에 큰 영향을 주는 문제가 생길 수 있다. 또한, 상기 제1 위치가 이방성 코어 시료의 단부 표면으로부터 코어 시료의 직경의 1.5배 초과인 경우, 집중하중에 의한 효과가 분산됨으로 인해 탄성 정수 산정 정확도가 하락하는 문제가 생길 수 있다.On the other hand, when the first position is less than 0.5 times the width of the flexible platen 20 from the end surface of the anisotropic core sample, the unevenness of the load transmitted by the flexible platen due to experimental errors may cause a problem that greatly affects the strain can In addition, when the first position is greater than 1.5 times the diameter of the core sample from the end surface of the anisotropic core sample, the effect of the concentrated load is dispersed, resulting in a decrease in the accuracy of calculating the elastic constant.
이어서, 상기 제1 위치보다 상기 단부 표면(101)으로부터 축 방향(X)으로 더 멀리 떨어진 제2 위치(2)에 (1개 이상의) 추가의 변형률 측정센서(21 또는 22)를 부착할 수 있다. 이렇듯, 서로 다른 2개 이상의 지점에 부착된 변형률 측정센서로부터 측정된 각 지점에 대한 변형률 값을, 후술하는 머신 러닝된 컴퓨터 시스템의 입력값으로 주입하여 탄성 정수를 예측하는 데에 이용할 수 있다.Then, (one or more) additional strain measuring sensors 21 or 22 can be attached at a second position 2 further away in the axial direction X from the end surface 101 than the first position. . In this way, the strain value for each point measured from the strain measuring sensor attached to two or more different points can be used to predict the elastic constant by injecting it as an input value of a machine learning computer system described later.
전술한 변형률 측정센서의 부착 형태에 대한 한가지 구현례를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 제1 위치(1)에는 서로 변형률의 측정 방향이 상이한 2개 이상의 변형률 측정센서(11, 12)가 부착될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2 위치(2)에도 서로 변형률의 측정 방향이 상이한 2개 이상의 변형률 측정센서(21, 22)가 부착될 수 있다. One implementation example of the attachment form of the above-described strain measuring sensor is shown in FIG. 3 . As can be seen in FIG. 3 , according to one embodiment of the present invention, two or more strain measuring sensors 11 and 12 having different strain measuring directions may be attached to the first position 1 . Similarly, two or more strain measuring sensors 21 and 22 having different strain measuring directions may be attached to the second position 2 as well.
여기서, 상기 변형률의 측정 방향이 상이하다는 것은, 상기 이방성 코어 시료의 표면에 부착된 변형률 측정센서가 측정하도록 설계된 변형률의 방향이 상이하다는 것을 의미할 수 있다. 일례로, 변형률 측정센서로 스트레인 게이지를 사용할 경우, 스트레인 게이지의 그리드가 정렬된 방향이 스트레인 게이지가 측정하도록 설계된 변형률의 방향이고, 이 그리드의 방향이 서로 상이하다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 위치(예를 들어, 위치(1))에 부착되는 2개 이상의 변형률 측정센서 중 적어도 하나는 변형률의 측정 방향이 상기 코어 시료의 축 방향(X)와 동일할 수 있고, 또 다른 하나는 변형률의 측정 방향이 상기 축 방향(X)과 수직인 방향과 동일할 수 있다. Here, the different directions of measuring the strain may mean that the directions of the strain designed to be measured by the strain measuring sensor attached to the surface of the anisotropic core sample are different. For example, when a strain gauge is used as a strain measuring sensor, it may mean that the direction in which the grids of the strain gauge are aligned is the direction of the strain the strain gauge is designed to measure, and the directions of the grids are different from each other. For example, at least one of two or more strain measuring sensors attached to any one location (eg, location (1)) may have the same strain measurement direction as the axial direction (X) of the core sample, , Another one may be the same as the direction in which the strain measurement direction is perpendicular to the axial direction (X).
즉, 도 3에서 볼 수 있듯이, 변형률 측정센서(11)과 변형률 측정센서(12)는 이방성 코어 시료의 단부 표면(101)으로부터 떨어진 거리가 동일한 제1 위치(1)에 부착되었지만, 각 변형률 측정센서가 측정하도록 설계된 변형률 방향이 서로 상이하므로, 변형률의 측정 방향이 상이한 예에 해당한다. 예를 들어, 도 3에 있어서, 변형률 측정센서(11)은 변형률의 측정 방향이 축 방향(X)과 수직인 방향인 예에 해당하고, 변형률 측정센서(12)는 변형률의 측정 방향이 축 방향(X)과 동일한(혹은, 평행한) 예에 해당한다. 따라서, 도 3에 있어서, 변형률 측정센서(21) 및 (22) 역시 서로 부착 위치는 제2 위치(2)로 동일하나 서로 변형률의 측정 방향이 상이하고, 변형률 측정센서(31), (32) 및 (33) 역시 서로 부착 위치는 동일하나 변형률의 측정 방향이 상이한 예에 해당한다.That is, as can be seen in FIG. 3, the strain measuring sensor 11 and the strain measuring sensor 12 are attached to the first position 1 at the same distance from the end surface 101 of the anisotropic core sample, but each strain is measured. Since the strain directions designed to be measured by the sensors are different from each other, this corresponds to an example in which the strain measurement directions are different. For example, in FIG. 3 , the strain measuring sensor 11 corresponds to an example in which the strain measuring direction is perpendicular to the axial direction X, and the strain measuring sensor 12 corresponds to the strain measuring direction in the axial direction. Corresponds to the same (or parallel) example as (X). Therefore, in FIG. 3, the strain measuring sensors 21 and 22 are also attached to each other at the same position as the second position 2, but the strain measuring directions are different from each other, and the strain measuring sensors 31 and 32 and (33) also correspond to examples in which the attachment positions are the same, but the strain measurement directions are different.
한편, 본 명세서에 있어서, 전술한 어느 하나의 위치에 서로 변형률의 측정 방향이 상이하도록 변형률 측정센서를 부착하는 형태로는, 서로 변형률의 측정 방향이 동일하지만 않으면 되고, 본 발명에서 목적하는 효과를 달성할 수 있다면 상기 변형률의 측정 방향에는 다양한 변경이 가능한 것이므로, 이를 별도로 한정하지는 않는다.On the other hand, in the present specification, in the form of attaching the strain measuring sensors so that the strain measuring directions are different from each other at any one of the above positions, the strain measuring directions need not be the same, and the desired effect in the present invention can be achieved. If this can be achieved, various changes can be made in the measurement direction of the strain, and this is not particularly limited.
또한, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 변형률 측정센서(10)의 부착 시에는, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에서, 상기 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)에 포함되는 (원주 방향 표면 상의) A 위치(예를 들어, 도 3의 위치(1) 및 (2)에 해당)에 (1개 이상의) 변형률 측정센서(10)를 부착할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, when the strain measuring sensor 10 is attached, the axis relative to the portion 102 in contact with the flexible pressure plate 20 on the end surface 101 of the core sample. (One or more) strain measurements at locations A (on the circumferential surface) included in parallel region 1000 in direction X (e.g., corresponding to locations (1) and (2) in FIG. 3). A sensor 10 may be attached.
이어서, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에서, 상기 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)에 포함되지 않는 (원주 방향 표면 상의) B 위치(예를 들어, 도 3의 위치(3)에 해당)에 (1개 이상의) 추가의 변형률 측정센서를 부착할 수 있다. 즉, 상기 B 위치는 상기 이방성 코어 시료에 상기 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)이 아닌 영역(2000)의 원주 방향(Y) 표면 상에 위치할 수 있다. 이 때, 도 3에서와 같이, 상기 A 위치는 전술한 제1 위치와 동일할 수도 있고, 혹은, 제1 위치 및 제2 위치와 동일할 수도 있다.Then, on the end surface 101 of the core sample, not included in the parallel area 1000 in the axial direction X to the portion 102 with which the flexible platen 20 is in contact (on the circumferential surface) ) (one or more) additional strain measuring sensors may be attached to position B (for example, corresponding to position (3) in FIG. 3). That is, the B position is the circumferential direction (Y ) can be located on the surface. At this time, as shown in FIG. 3, the position A may be the same as the first position described above, or may be the same as the first position and the second position.
혹은, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 A 위치에 (서로 부착 위치 및 부착 방향 중 1 이상이 상이한) 2개 이상의 변형률 측정센서가 부착될 수 있다. 혹은, 상기 B 위치에 (서로 부착 위치 및 부착 방향 중 1 이상이 상이한) 3개 이상의 변형률 측정센서가 부착될 수 있다. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, two or more strain measuring sensors (different from each other at least one of the attachment position and attachment direction) may be attached to the A position. Alternatively, three or more strain measuring sensors (where one or more of the attachment positions and attachment directions are different from each other) may be attached to the B position.
상기 B 위치에 3개 이상의 변형률 측정센서가 부착된 한 가지 형태를 도 3에 나타내었고, 위치(3)에 서로 변형률의 측정 방향이 상이한 3개의 변형률 측정센서(31, 32, 33)가 부착됨을 확인할 수 있다. 이 때, 상기 변형률의 측정 방향에 대해서는 전술한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.One form in which three or more strain measuring sensors are attached to the position B is shown in FIG. 3, and three strain measuring sensors 31, 32, and 33 having different strain measuring directions are attached to position (3). You can check. At this time, the above description may be equally applied to the measurement direction of the strain.
혹은, 전술한 부착된 변형률 측정센서의 개수가 3개 이상인 예로서, 도 3과 같이, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에 상기 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)에 포함되는 A 위치에 변형률 측정센서를 2개 이상 부착하고, 상기 평행한 영역(1000)이 아닌 영역(2000)에 포함되는(즉, 상기 평행한 영역(1000)에 포함되지 않는) B 위치에 변형률 측정센서를 1개 이상 부착하는 형태 등을 들 수 있다. 이 때, 상기 A 위치에 부착된 변형률 측정센서는 서로 부착 위치 및 부착 방향 중 1 이상이 상이할 수 있다.Alternatively, as an example in which the number of the above-described attached strain measuring sensors is three or more, as shown in FIG. 3, in the axial direction with respect to the portion 102 where the flexible platen 20 contacts the end surface 101 of the core sample. Two or more strain measuring sensors are attached to a position A included in the parallel area 1000 to (X), and included in the area 2000 other than the parallel area 1000 (ie, the parallel area (1000) may include a form in which one or more strain measuring sensors are attached to position B). At this time, at least one of the attachment position and attachment direction of the strain measuring sensors attached to the A position may be different from each other.
한편, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 확보되는 탄성 정수의 정확도를 향상시키고자 하는 측면에서, 상기 코어 시료의 표면 상에 부착된 변형률 측정센서의 개수를 5개 이상으로 할 수 있고, 경우에 따라서는 7개 이상으로 할 수도 있다.On the other hand, according to one embodiment of the present invention, in terms of improving the accuracy of the elastic constant secured, the number of strain measuring sensors attached to the surface of the core sample may be 5 or more, in which case Therefore, it is possible to make it 7 or more.
상기 부착된 변형률 측정센서의 개수를 5개 이상으로 제어하는 한 가지 구현례로서, 상기 코어 시료는, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에 상기 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)에 포함되는 A 위치(도 3의 1, 2)와, 상기 평행한 영역(1000)에 포함되지 않는 B 위치를 포함하고, 전술한 A 위치 및 B 위치 중에서 선택된 적어도 하나의 위치에 (서로 부착 위치 및 부착 방향 중 1 이상이 상이한) 3개 이상의 변형률 측정센서를 부착하고, 나머지 위치에 1개 이상의 변형률 측정센서를 부착할 수 있다. 일례로, A 위치 및 B 위치 중에서 선택된 적어도 하나의 위치에 (서로 부착 위치 및 부착 방향 중 1 이상이 상이한) 3개의 변형률 측정센서를 부착하고, 나머지 위치에 1개의 변형률 측정센서를 부착한 후, A 위치 및 B 위치 중에서 적어도 하나의 위치에 이미 부착된 변형률 측정센서와 부착 위치 및 부착 방향 중 1 이상이 상이하도록 1개 이상의 변형률 측정센서를 추가로 부착할 수 있다.As one implementation example of controlling the number of the attached strain measuring sensors to 5 or more, the core sample is at a portion 102 in contact with the flexible pressure plate 20 on the end surface 101 of the core sample. A position (1 and 2 in FIG. 3) included in the parallel area 1000 in the axial direction (X) for the axis and a B position not included in the parallel area 1000, and the above-described A position And three or more strain measuring sensors (different from each other at least one of the attaching position and attaching direction) at least one position selected from the position B, and one or more strain measuring sensors may be attached to the remaining positions. For example, after attaching three strain measuring sensors (at least one of the attachment positions and attaching directions different from each other) to at least one position selected from positions A and B, and attaching one strain measuring sensor to the remaining positions, One or more strain measuring sensors may be additionally attached to at least one of the positions A and B so that at least one of the attachment position and direction is different from the strain measuring sensor already attached to at least one position.
혹은, 또 다른 한 가지 구현례로서, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에 상기 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)에 포함되도록 (코어 시료 표면(원주 방향(Y) 표면) 상의) A 위치에 3개 이상의 변형률 측정센서가 부착될 수 있다. 또한, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에 상기 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)에 포함되지 않는 (코어 시료 표면(원주 방향(Y) 표면) 상의) B 위치(혹은, 상기 평행한 영역(1000)이 아닌 영역(2000)에 포함되는 B 위치)에 서로 변형률의 측정 방향이 상이한 1개 이상의 변형률 측정센서(31, 32, 33)가 부착될 수 있다.Alternatively, as another embodiment, it is included in the area 1000 parallel to the axial direction (X) of the portion 102 in contact with the end surface 101 of the core sample. Three or more strain measuring sensors may be attached to position A (on the core sample surface (circumferential direction (Y) surface)) as much as possible. In addition, the end surface 101 of the core sample is not included in the area 1000 parallel to the area 1000 in the axial direction X with respect to the portion 102 in contact with the flexible platen 20 (the surface of the core sample (circumference) One or more strain measuring sensors (31, 32) having different strain measurement directions at position B (or, position B included in the region 2000 other than the parallel region 1000) on the surface in the direction (Y)) , 33) can be attached.
혹은, 부착된 변형률 측정센서의 개수가 5개 이상인 또 다른 한 가지 구현례로서, 상기 A 위치 중에, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)으로부터 축 방향(X)으로 일정 거리 떨어진 (코어 시료 표면(원주 방향(Y) 표면) 상의) 제1 위치(1)에 1개 이상의 변형률 측정센서(11 또는 12 중 1개 이상)가 부착될 수 있다. 이 때, 상기 제1 위치에 2개 이상의 변형률 측정센서가 부착되는 경우에는 서로 변형률의 측정 방향이 상이할 수 있다. 또한, 상기 A 위치 중에, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)으로부터 상기 제1 위치보다 축 방향(X)으로 더 멀리 떨어진 제2 위치(2)에 1개 이상의 변형률 측정 센서를 부착할 수 있고, 이 때 상기 제2 위치에 부착된 변형률 측정센서 중 적어도 1개는 변형률의 측정 방향이 축 방향(X)과 수직인 방향과 동일할 수 있다(즉, 도 3의 21에 해당). 한편, 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 B 위치에 부착된 측정센서와, 제2 위치에 부착된 변형률 측정센서는, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)로부터 축 방향(X)으로의 최단 거리가 동일할 수 있다(이 때, 전술한 최단 거리는 각 측정센서의 변형률의 측정 방향으로의 중심을 기준으로 측정한다). 따라서, 전술한 부착된 변형률 측정센서의 개수가 5개 이상인 한가지 구현례로서, 도 3 중에, 변형률 측정센서는 적어도 {(11) 및 (12) 중 1개 이상}, (21), (31), (32), (33)에 존재할 수 있다.Alternatively, as another embodiment in which the number of attached strain measuring sensors is 5 or more, in the A position, a certain distance away from the end surface 101 of the core sample in the axial direction (X) (the surface of the core sample ( One or more strain measuring sensors (at least one of 11 or 12) may be attached at a first location (1) on the circumferential (Y) surface). At this time, when two or more strain measuring sensors are attached to the first position, strain measuring directions may be different from each other. In addition, during the A position, one or more strain measuring sensors may be attached to a second position (2) further away from the end surface (101) of the core sample in the axial direction (X) than the first position, At this time, at least one of the strain measuring sensors attached to the second location may have the same strain measuring direction as a direction perpendicular to the axial direction X (ie, corresponding to 21 in FIG. 3 ). On the other hand, although not particularly limited, the measurement sensor attached to the B position and the strain measurement sensor attached to the second position have the same shortest distance from the end surface 101 of the core sample in the axial direction (X). (At this time, the shortest distance described above is measured based on the center in the measurement direction of strain of each measuring sensor). Therefore, as one implementation example in which the number of the above-described attached strain measuring sensors is 5 or more, in FIG. 3, the strain measuring sensors are at least {one or more of (11) and (12)}, (21), (31) , (32), (33).
상기 부착된 변형률 측정센서의 개수를 7개 이상으로 제어하는 한 가지 구현례로서, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에 상기 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)에 포함하되(A 위치에 해당), 상기 코어 시료의 단부 표면(101)으로부터 축 방향(X)으로 일정 거리 떨어진 제1 위치(1)에, 2개 이상의 변형률 측정센서(11, 12)를 부착할 수 있다. 또한, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에 상기 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)에 포함하되(A 위치에 해당), 상기 제1 위치보다 상기 단부 표면(101)으로부터 축 방향(X)으로 더 멀리 떨어진 제2 위치(2)에 2개 이상의 변형률 측정센서(21, 22)를 부착할 수 있다. 또한, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에 상기 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)에 포함되지 않는(2000) 제3 위치(3)에 3개 이상의 변형률 측정센서(31, 32, 33)를 부착할 수 있다. As one implementation example of controlling the number of the attached strain measuring sensors to be 7 or more, the axial direction (X ), but included in the parallel region 1000 (corresponding to position A), at a first position 1 spaced a certain distance from the end surface 101 of the core sample in the axial direction (X), two or more strains Measurement sensors 11 and 12 may be attached. In addition, it is included in the parallel area 1000 in the axial direction (X) with respect to the portion 102 in contact with the flexible platen 20 to the end surface 101 of the core sample (corresponding to position A), Two or more strain measuring sensors 21 and 22 may be attached to a second position 2 farther from the end surface 101 in the axial direction X than the first position. In addition, a third position (2000) not included in the parallel area 1000 in the axial direction (X) with respect to the portion 102 where the flexible platen 20 contacts the end surface 101 of the core sample. Three or more strain measuring sensors 31, 32 and 33 may be attached to (3).
이 때, 상기 변형률 측정센서가 복수개 부착될 때에는, 서로 부착 위치 및 부착 방향 중 1 이상이 상이할 수 있다. 또한, 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 제3 위치(3)에 부착된 측정센서와, 제2 위치(2)에 부착된 변형률 측정센서는, 상기 코어 시료의 단부 표면(101)로부터 축 방향(X)으로의 최단 거리가 동일할 수 있다(이 때, 전술한 최단 거리는 각 측정센서의 변형률의 측정 방향으로의 중심을 기준으로 측정한다). 따라서, 전술한 부착된 변형률 측정센서의 개수가 7개 이상인 한가지 구현례로서, 변형률 측정센서는 적어도 도 3 중에, (11), (12), (21), (22), (31), (32) 및 (33)에 존재할 수 있다.At this time, when a plurality of the strain measuring sensors are attached, one or more of the attachment position and attachment direction may be different from each other. In addition, although not particularly limited, the measuring sensor attached to the third position (3) and the strain measuring sensor attached to the second position (2), from the end surface 101 of the core sample in the axial direction (X ) may be the same (at this time, the shortest distance described above is measured based on the center in the measurement direction of the strain of each measuring sensor). Therefore, as one implementation example in which the number of the above-described attached strain measuring sensors is 7 or more, the strain measuring sensors are at least in FIG. 3, (11), (12), (21), (22), (31), ( 32) and (33).
한편, 전술한 바와 같이, 변형률 측정센서의 개수 및 부착 위치의 개수를 제어함으로써, 단일의 코어 시료만으로도 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정이 가능하여, 시간 및 비용을 획기적으로 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 이방성 재료로부터 산정되는 탄성 정수의 정확도를 높일 수 있다.On the other hand, as described above, by controlling the number of strain measuring sensors and the number of attachment positions, it is possible to calculate the elastic constant for an anisotropic material with only a single core sample, thereby dramatically reducing time and cost, as well as , it is possible to increase the accuracy of the elastic constant calculated from the anisotropic material.
다만, 본 발명에 있어서, 상기 변형률 측정센서의 부착 개수 및 위치 등은 전술한 형태로 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태로 변경 가능하다. 일례로서, 집중 하중시험 시 변형률 측정센서의 부착 위치 및 개수를 변화한 다양한 예를 도 5에 도시하였다. 도 5에서, x축의 코어링 방향에 따른 집중 하중 시험에서의 변형률 측정센서의 y축상의 부착 위치를 나타낸 것이다.However, in the present invention, the number and position of the strain measuring sensor are not limited to the above-described form, and can be changed in various forms. As an example, various examples of changing the attachment position and number of strain measuring sensors during a concentrated load test are shown in FIG. 5 . In FIG. 5, the attachment position on the y-axis of the strain measuring sensor in the concentrated load test along the coring direction of the x-axis is shown.
즉, 전술한 코어 시료(100)의 단부 표면(101) 상의 일부에만 상기 연성 가압판(20)을 접촉시킨 후, 상기 연성 가압판(20) 상에, 상기 코어 시료(100)의 축 방향(X)으로 국부 하중(Load)인 집중 하중을 가한 후, 상기 변형률 측정센서(10)로 변형률 값을 측정한다(도 2(b) 참조). 전술한 집중 하중을 가하는 방향(도 2의 'Load'에 해당)은 코어 시료의 축 방향(X)과 동일할 수 있다. 이 때, 전술한 연성 가압판(20)을 사용하여 국부 하중(Load)을 가하는 점을 제외하고는, 당해 기술분야에서 통상적으로 알려진 집중하중 시험 방법을 본 발명에도 동일하게 적용할 수 있다. That is, after the flexible platen 20 is brought into contact with only a portion of the end surface 101 of the core sample 100 described above, on the soft platen 20, the axial direction (X) of the core sample 100 After applying a concentrated load, which is a local load, by , the strain value is measured by the strain measuring sensor 10 (see FIG. 2(b)). The direction of applying the aforementioned concentrated load (corresponding to 'Load' in FIG. 2) may be the same as the axial direction (X) of the core sample. At this time, a concentrated load test method commonly known in the art can be equally applied to the present invention, except that a local load is applied using the above-described flexible platen 20.
이렇듯, 전술한 연성 가압판(20)을 사용하여 코어 시료(100)에 국부 하중을 적용하는 집중하중 시험 방법을 적용함으로써, 특별하게 조건이 제어된 하중기 등의 추가의 실험 장비를 이용하지 않고, 통상적으로 알려진 압축 하중기를 이용하더라도 이방성 재료의 탄성 정수를 비교적 정확하게 산정할 수 있다. 즉, 본 발명은 압축 하중을 이용하는 일반적인 실험에서 이용되는 압축 하중기 및 변형률 측정센서를 그대로 이용할 수 있기 때문에, 큰 비용의 추가 없이도 실현이 가능하다는 장점을 가진다.As such, by applying the concentrated load test method of applying a local load to the core sample 100 using the above-described flexible platen 20, without using additional experimental equipment such as a loader with specially controlled conditions, Even using a commonly known compression loader, the elastic constant of an anisotropic material can be calculated relatively accurately. That is, the present invention has the advantage that it can be realized without adding a large cost because the compressive loader and the strain measuring sensor used in general experiments using compressive loads can be used as they are.
한편, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 복수의 데이터 세트를 구할 때, 상기 학습용 이방성 코어 시료로부터 추가로 채취된 부분 시료(200)에 대한 간접 인장시험을 추가로 실시할 수 있다.Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, when obtaining the plurality of data sets, an indirect tensile test may be additionally performed on the partial sample 200 additionally taken from the anisotropic core sample for learning.
구체적으로, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 간접 인장시험 시에는, 부분 시료(200)의 직경 방향(50)으로 양 단부에서 하중을 가하는 단계; 및 상기 하중이 가해진 부분 시료(200)의 표면에서의 변형률 값을 측정하는 단계;를 포함할 수 있다. 이러한 간접 인장시험의 측정 방법을 도 4에 모식적으로 나타내었다.Specifically, according to one embodiment of the present invention, during the indirect tensile test, applying a load from both ends in the radial direction 50 of the partial sample 200; and measuring a strain value on the surface of the partial sample 200 to which the load is applied. The measurement method of this indirect tensile test is schematically shown in FIG. 4 .
이 때, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 부분 시료(200)의 표면에서의 변형률 값을 측정할 때에는, 기둥 형상의 부분 시료(200)에 대한 축 방향(60) 표면(500) 상의 표면에 2개 이상의 변형률 측정센서(71 및/또는 72)를 부착한 후, 각 부착 지점에서의 변형률 값을 측정할 수 있다.At this time, according to one embodiment of the present invention, when measuring the strain value on the surface of the partial sample 200, the surface on the surface 500 in the axial direction 60 of the columnar partial sample 200 After attaching two or more strain measuring sensors 71 and/or 72 to, strain values at each attachment point may be measured.
상기 간접 인장시험에 있어서, 상기 부분 시료에 대한 축 방향 표면 상에 부착된 변형률 측정센서(71, 72)는 2개 이상일 수 있고, 이 때 2개 이상의 변형률 측정센서는 서로 부착 위치 및 부착 방향 중 적어도 하나가(1 이상이) 상이할 수 있다. 즉, 상기 변형률 측정센서는 동일한 부착 위치에, 변형률의 측정 방향이 서로 상이하도록 부착될 수 있고, 상이한 부착 위치에 부착될 수도 있다. In the indirect tensile test, the number of strain measuring sensors 71 and 72 attached to the axial surface of the partial sample may be two or more, and in this case, the two or more strain measuring sensors are attached to each other in the position and direction of attachment. At least one (more than one) may be different. That is, the strain measuring sensors may be attached to the same attachment location so that strain measurement directions are different from each other, or may be attached to different attachment locations.
상기 변형률의 측정 방향에 대한 설명은 간접 인장시험인 점을 제외하고는 전술한 내용을 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 상기 간접 인장시험에서의 부분 시료(200)에 대한 축 방향(60)은 전술한 집중 하중시험에서의 코어 시료에 대한 축 방향(X)과 일치할 수 있다.The description of the measurement direction of the strain can be applied in the same manner as described above, except for the fact that it is an indirect tensile test. In addition, the axial direction 60 of the partial sample 200 in the indirect tensile test may coincide with the axial direction X of the core sample in the above-described concentrated load test.
한편, 본 명세서에 있어서, 전술한 설명을 제외하고는, 간접 인장시험에 대해서는 당해 기술분야에서 통상적인 방법을 동일하게 적용할 수 있다.Meanwhile, in the present specification, except for the above description, conventional methods in the art may be equally applied to the indirect tensile test.
이렇듯, 집중 하중시험에 이어서, 간접 인장시험을 추가적으로 실시함으로써, 이방성 재료로부터 산정된 탄성 정수의 정확도를 보다 향상시킬 수 있다.As such, by additionally conducting an indirect tensile test following the intensive load test, the accuracy of the elastic constant calculated from the anisotropic material can be further improved.
전술한 본 발명의 탄성 정수의 산정 방법에 의하면, 이방성 암석으로부터 한번의 코어링을 통해 채취되는 단일의 코어 시편만으로도 충분히 적용 가능하고, 또한 특별히 설계된 연성 가압판의 제작에는 적은 비용만이 요구되므로, 시간 및 비용을 크게 저감할 수 있어 매우 경제적으로 적용 가능하다. 따라서, 본 발명은 기존의 방법들과 비교해서 상당한 경제성을 가진다.According to the above-described method for calculating the elastic constant of the present invention, even a single core specimen obtained from an anisotropic rock through one-time coring is sufficiently applicable, and only a small cost is required to manufacture a specially designed ductile pressure plate. And cost can be greatly reduced, so it can be applied very economically. Thus, the present invention has significant economic advantages compared to existing methods.
따라서, 본 발명에 의하면, 이방성 재료에 대해 평균적인 탄성 정수를 경제적이면서도 간편하게 산정할 수 있으므로, 암반 공학, 석유 공학, 자원 공학 등의 분야에서 다루는 암석에 대한 활용도가 크다. 뿐만 아니라, 다양한 형태의 시료에 대해서도 적용 가능하므로 건설 환경 공학, 재료 공학과 같은 분야에서도 다양하게 확대 적용될 수 있다.Therefore, according to the present invention, since the average elastic constant can be calculated economically and simply for anisotropic materials, it is highly applicable to rocks handled in fields such as rock engineering, petroleum engineering, and resource engineering. In addition, since it can be applied to various types of samples, it can be widely applied in fields such as construction environment engineering and materials engineering.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 예시를 통하여 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에서 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it should be noted that the following examples are only for explaining the present invention through examples, and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by the matters described in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.
(실시예 1)(Example 1)
이방성 재료로서 아산 편마암을 준비한 후, 암석을 코어링함으로써 축 방향으로의 길이가 10.8cm이고, 직경이 5.4cm인 원기둥 형상의 이방성 코어 시료를 채취하였다. 이어서, 3D 프린터로 제작된 Veroclear를 이용하여 가로 5.4 cm, 세로 2.2 cm 및 높이 2 cm 크기의 연성 가압판을 준비하였다. 상기 채취된 이방성 코어 시료의 양 단부 중 어느 하나의 단부 표면의 일부만 접촉하도록 상기 연성 가압판을 접촉시켰다. 암석의 등방평면은 암석 시료가 놓이는 표면과 1) φ = 70도, 2) φ = 90도가 되도록 코어링 하였다.After preparing Asan gneiss as an anisotropic material, the rock was cored to obtain a cylindrical anisotropic core sample having a length of 10.8 cm in the axial direction and a diameter of 5.4 cm. Subsequently, a flexible pressure plate having a width of 5.4 cm, a length of 2.2 cm, and a height of 2 cm was prepared using Veroclear manufactured by a 3D printer. The flexible pressure plate was brought into contact with only a part of the surface of either end of both ends of the collected anisotropic core sample. The isotropic plane of the rock was cored so that 1) φ = 70 degrees and 2) φ = 90 degrees with the surface on which the rock sample is placed.
이어서, 상기 코어 시료의 단부 표면을 제외한 표면(즉, 원주 방향 표면) 상에 변형률 측정센서를 부착하였고, 구체적인 변형률 측정센서의 부착위치를 각각 도 10a(상기 '1)70도'에 해당) 및 도 10b(상기 '2)90도'에 해당)에 나타내었다. 이후 연성 가압판 상에, MTS사의 압축강도 시험기를 이용하여 코어 시료의 축 방향으로 국부 하중을 가하였다. 이후 상기 변형률 측정센서로 변형률 값을 측정하였다.Subsequently, a strain measuring sensor was attached on the surface (ie, the circumferential surface) of the core sample except for the end surface, and the specific attachment position of the strain measuring sensor is shown in FIG. 10a (corresponding to '1) 70 degrees' and It is shown in Figure 10b (corresponding to '2) 90 degrees' above. Thereafter, a local load was applied to the flexible platen in the axial direction of the core sample using a compressive strength tester from MTS. Then, the strain value was measured with the strain measuring sensor.
다음으로는 콤솔(Comsol)의 Multiphysics 프로그램을 이용하여 실험이 실시된 시료와 동일한 직경(즉, 단부 표면의 직경: 5.4cm), 높이(즉, 축 방향 길이: 10.8cm), 하중 조건, 그리고 변형률 측정 위치를 가지는 수치 모델을 만들었다. Next, using Comsol's Multiphysics program, the same diameter (i.e., the diameter of the end surface: 5.4 cm), height (i.e., axial length: 10.8 cm), load condition, and strain A numerical model with measurement locations was created.
수치 모델에서는 탄성정수의 조합을 바꿔가면서 변형률을 획득하였다. 총 1800개의 데이터 세트가 얻어지게 되는데, 1개 데이터 세트에는 5개의 탄성정수와 8개 (간접인장시험이 추가되는 경우 10개) 변형률이 들어가게 된다. 1800개 데이터 세트의 탄성정수 조합은 아래 표 1 및 2에 각각 나타내었다.In the numerical model, the strain was obtained by changing the combination of elastic constants. A total of 1800 data sets are obtained, and one data set contains 5 elastic constants and 8 strains (10 when indirect tensile tests are added). The elastic constant combinations of the 1800 data sets are shown in Tables 1 and 2 below, respectively.
표 1 및 2는 각 탄성정수에 (E, E', υ, υ', G') 어떤 값을 넣으면서 데이터를 만들었는지 보여준다. 그러면 각 표마다 만들 수 있는 탄성정수의 조합이 5×5×3×3×4 = 900 개가 되고 모두 합하여 1800개의 데이터 세트가 형성된다. (E=E1, E'=E2, υ = υ1, υ'= υ2, G'=G2)Tables 1 and 2 show what values (E, E', υ, υ', G') were put into each elastic constant and data were created. Then, 5 × 5 × 3 × 3 × 4 = 900 combinations of elastic constants that can be created for each table, and 1800 data sets are formed in total. (E=E1, E'=E2, υ = υ1, υ'= υ2, G'=G2)
E(GPa)E(GPa) 4040 4444 4848 5252 5656
E'(GPa)E'(GPa) 1616 2020 2424 2828 3232
υυ 0.10.1 0.20.2 0.30.3 -- --
υ'υ' 0.10.1 0.20.2 0.30.3 -- --
G'(GPa)G'(GPa) 1010 1212 1414 1616 --
E(GPa)E(GPa) 6464 6767 7070 7373 7676
E'(GPa)E'(GPa) 4848 5151 5454 5757 6060
υυ 0.10.1 0.20.2 0.30.3 -- --
υ'υ' 0.10.1 0.20.2 0.30.3 -- --
G'(GPa)G'(GPa) 1414 1616 1818 2020 --
전술한 데이터 세트의 수가 1800개인 학습용 데이터 세트를 얻고 나서, 해당 데이터 세트를 머신 러닝시켜 컴퓨터 프로그램을 학습시키는 데 사용하였다. 이를 통해 인공 신경망이 형성되고, 이렇게 형성된 인공 신경망의 입력층에는 8개 (간접인장이 포함되는 경우 10개)의 변형률이 들어가고, 출력층에는 1개의 탄성정수가 나온다. 5개의 탄성정수에 맞추어 5개의 인공신경망이 만들어졌다. 이러한 인공신경망의 구조를 도 7에 나타내었다. After obtaining a data set for training in which the number of the aforementioned data sets is 1800, the data set was used to train a computer program by machine learning. Through this, an artificial neural network is formed, and 8 strains (10 when indirect tension is included) are input to the input layer of the artificial neural network thus formed, and 1 elastic constant is output to the output layer. Five artificial neural networks were created according to the five elastic constants. The structure of this artificial neural network is shown in FIG. 7 .
학습이 완료되었는 지 평가하기 위해, 전술한 [관계식 1]과 [관계식 2]를 사용하여 정확도를 평가하였다. 학습되지 않은 평가용 데이터 세트를 하기 표 3과 같이 총 6개 준비한 후, 하기 표 4에 기재된 인공 신경망에 넣어서 나온 탄성정수 값들을 평가용 데이터 세트에 있는 탄성정수 값과 비교하였다. In order to evaluate whether learning was completed, the accuracy was evaluated using [Relationship 1] and [Relationship 2] described above. After preparing a total of 6 unlearned evaluation data sets as shown in Table 3, the elastic constant values obtained by putting them into the artificial neural network described in Table 4 below were compared with the elastic constant values in the evaluation data set.
평가용
데이터
for evaluation
data
세트 1set 1 세트 2set 2 세트 3 set 3 세트 4set 4 세트 5set 5 세트 6set 6
E1 (GPa)E1 (GPa) 45.845.8 38.138.1 68.468.4 74.274.2 69.969.9 62.362.3
E2 (GPa)E2 (GPa) 16.516.5 20.120.1 19.219.2 20.620.6 52.652.6 55.155.1
ν1ν1 0.130.13 0.230.23 0.190.19 0.180.18 0.230.23 0.270.27
ν2v2 0.230.23 0.140.14 0.130.13 0.190.19 0.260.26 0.210.21
G2 (GPa)G2 (GPa) 1212 6.26.2 12.112.1 17.517.5 16.816.8 1717
인공신경망 출력 값artificial neural network output value 세트 1set 1 세트 2set 2 세트 3 set 3 세트 4set 4 세트 5set 5 세트 6set 6
E1 (GPa)E1 (GPa) 45.80045.800 38.10038.100 68.39768.397 74.18374.183 69.90069.900 62.30062.300
E2 (GPa)E2 (GPa) 16.49816.498 20.11220.112 19.20219.202 20.61220.612 52.60052.600 55.10055.100
ν1ν1 0.1270.127 0.2240.224 0.1900.190 0.1790.179 0.2320.232 0.2710.271
ν2v2 0.2380.238 0.1160.116 0.1150.115 0.1850.185 0.2700.270 0.2130.213
G2 (GPa)G2 (GPa) 12.00112.001 6.1716.171 12.09912.099 17.48917.489 16.80016.800 1717
인공신경망에 의해 나온 6개 세트의 모든 탄성정수 값들이 실제 평가용 데이터에 있는 탄성정수 값과 비교하여 [관계식 1]과 [관계식 2]를 만족시킨다. 이를 통해 학습이 완료되었다고 판단하였다.All the elastic constant values of the six sets produced by the artificial neural network are compared with the elastic constant values in the actual evaluation data to satisfy [Relational Expression 1] and [Relational Expression 2]. Through this, it was judged that the learning was completed.
학습이 완료된 후에는 실제 실험에서 얻은 변형률 값들을 인공신경망에 입력하여 탄성정수를 산정하게 된다. 위의 절차를 따라서 나온 결과를 하기 표 5~8에 나타내었다.After learning is completed, the elastic constant is calculated by inputting the strain values obtained from the actual experiment into the artificial neural network. The results obtained by following the above procedure are shown in Tables 5 to 8 below.
이 때, E1, E2, G2의 정의는 도 7에 나타난 바와 같이 등방성면을 xz평면에 평행하게 두었을 때, 각각 xz평면 상에서의 영률, y축 상에서의 영률, xy평면이나 yz평면에서의 전단 탄성율을 의미한다. ν1은 x축에 평행한 일축압축시험을 했을 때, x축 변형률에 대한 z축방향 변형률의 비의 음수값으로 첫번째 포아송비이며, ν2는 y축에 평행한 일축압축시험을 했을 때, y축 변형률에 대한 z축 방향 혹은 x축 방향 변형률의 비의 음수값으로 두번째 포아송비이다.At this time, the definitions of E 1 , E 2 , and G 2 are Young's modulus on the xz plane, Young's modulus on the y-axis, and the xy plane or yz plane, respectively, when the isotropic plane is placed parallel to the xz plane as shown in FIG. is the shear modulus of elasticity at ν 1 is the first Poisson's ratio as a negative value of the ratio of strain in the z-axis direction to strain in the x-axis when a uniaxial compression test parallel to the x-axis is performed, and ν 2 is a uniaxial compression test parallel to the y-axis. The second Poisson's ratio is the negative value of the ratio of the strain in the z-axis or x-axis direction to the strain in the y-axis.
도 8 및 9에는 추가적으로 학습되지 않은 불균질한 100세트의 평가용 데이터 세트를 준비한 후, 실시예 1로부터 E1, E2, G2의 탄성 정수의 정확도 및 ν1 및 ν2의 탄성 정수의 정확도를 각각 평가한 결과를 나타내었다. 구체적으로, 도 8은 특정 조합의 탄성 정수를 평균으로 가지는 불균질 시료에 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 변형률을 구한 뒤, 구한 변형률을 머신 러닝된 컴퓨터 시스템에 대입하여 탄성정수를 산출했을 때, 머신 러닝된 컴퓨터 시스템을 이용하여 산출되는 E1, E2, G2의 탄성 정수 값들(도 8의 사각형) 및 이들의 평균값(도 8의 굵은 선)과, 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 확보된 탄성 정수 값들(점선)을 비교한 것이다. 도 9는 특정 조합의 탄성 정수를 평균으로 가지는 불균질 시료에 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 변형률을 구한 뒤, 구한 변형률을 머신 러닝된 컴퓨터 시스템에 대입하여 탄성정수를 산출했을 때, 머신 러닝된 컴퓨터 시스템을 이용하여 산출되는 ν1 및 ν2의 각 탄성 정수 값들(도 9의 사각형) 및 이들의 평균값(도 9의 굵은 선)과, 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 확보된 탄성 정수 값들(점선)을 비교한 것이다. 상기 도 8 및 9로부터 각 탄성 정수들의 평균값이 실제 머신 러닝된 컴퓨터 프로그램으로부터 얻어지는 탄성 정수들과 유사함을 확인하였다.8 and 9 show the accuracy of the elastic constants of E 1 , E 2 , and G 2 and the elastic constants of ν 1 and ν 2 from Example 1 after preparing 100 additional non-learned heterogeneous evaluation data sets. The results of each evaluation of accuracy are shown. Specifically, FIG. 8 is a computer numerical simulation experiment performed on a heterogeneous sample having an average elastic constant of a specific combination to obtain a strain, and then substituting the obtained strain into a machine learning computer system to calculate the elastic constant. The elastic constant values of E 1 , E 2 , and G 2 calculated using the learned computer system (squares in FIG. 8) and their average values (thick lines in FIG. 8) and elasticity obtained by performing computer numerical simulation experiments Integer values (dotted lines) are compared. 9 is a machine learning computer Each elastic constant value of ν 1 and ν 2 calculated using the system (square in FIG. 9) and their average value (bold line in FIG. 9), and elastic constant values obtained by performing a computer numerical simulation experiment (dotted line) is compared to It was confirmed from FIGS. 8 and 9 that the average value of each elastic constant was similar to the elastic constants obtained from the actual machine learning computer program.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
종래의 방법을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 동일 형상의 코어 시료를 채취하되, 각각의 코어링 각도가 0°와 45°가 되도록 2개의 코어 시료를 채취하였다. 코어링 각도가 0°인 시료에는 시료 중앙에 서로 다른 방향의 두 변형률 측정센서를 부착하였고, 코어링 각도가 45°인 시료에는 도 3의 위치(3)에 서로 변형률의 측정 방향이 상이한 2개의 변형률 측정센서를 부착하고 도 3의 위치(2)에 서로 변형률의 측정 방향이 상이한 2개의 변형률 측정센서를 부착하였다.Using a conventional method, core samples having the same shape were taken in the same manner as in Example 1, but two core samples were taken so that the respective coring angles were 0 ° and 45 °. For a sample with a coring angle of 0 °, two strain measuring sensors in different directions were attached to the center of the sample, and for a sample with a coring angle of 45 °, two sensors with different strain measurement directions were placed at position (3) in FIG. A strain measuring sensor was attached, and two strain measuring sensors having different strain measuring directions were attached to position (2) in FIG. 3 .
각 시료 양 단부에 균일한 하중을 가하는 일축 압축 시험을 수행한 후, 상기 변형률 측정센서로 변형률 값을 측정하였고, 각 변형률과 탄성 정수 사이의 관계식을 최소 제곱법에 적용하여 결정되는 탄성 정수 값을 코어 시료의 탄성 정수 값으로 결정하였다. 상기 절차를 따라서 나온 결과를 하기 표 5~8에 나타내었다.After performing a uniaxial compression test in which a uniform load is applied to both ends of each sample, the strain value was measured with the strain sensor, and the elastic constant value determined by applying the relational expression between each strain and elastic constant to the least square method It was determined by the elastic constant value of the core sample. The results obtained by following the above procedure are shown in Tables 5 to 8 below.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
실시예 1과 동일한 방법으로, 이방성 코어 시료를 채취한 후, 동일한 연성 가압판을 사용하여 동일한 국부 하중을 주고, 변형률 측정 센서를 동일한 위치에 부착하였다.After taking an anisotropic core sample in the same manner as in Example 1, the same local load was applied using the same flexible platen, and a strain measuring sensor was attached to the same position.
이후, 상기 변형률 측정센서로 변형률 값을 측정하고, Comsol Multiphysics 프로그램을 이용하여 입력되는 탄성 정수 값을 변경하면서 코어 시료에 가해진 것과 동일 하중 조건으로 컴퓨터 수치 모사 실험을 행하여 변형률이 측정된 위치와 동일한 위치에서의 변형률을 계산하였다. 상기 측정된 복수의 변형률과 상기 계산된 복수의 변형률 사이의 잔차를 제곱하여 합한 값이 가장 작을 경우의 탄성 정수 값을 코어 시료의 탄성 정수 값으로 결정하였다. 한편, 탄성 정수의 최적화에는 가우스-뉴턴법을 사용하였고, 각도 최적화에는 대입법을 사용하였다. 상기 절차를 따라서 나온 결과를 하기 표 5~8에 나타내었다.Thereafter, the strain value is measured with the strain measuring sensor, and the input elastic constant value is changed using the Comsol Multiphysics program, and a computer numerical simulation experiment is performed under the same load condition as that applied to the core sample. The strain at was calculated. The elastic constant value when the sum of the squared residuals between the measured strains and the calculated strains was the smallest was determined as the elastic constant value of the core sample. On the other hand, the Gauss-Newton method was used to optimize the elastic constant, and the substitution method was used to optimize the angle. The results obtained by following the above procedure are shown in Tables 5 to 8 below.
(φ = 70도 코어링을 수행하고, 간접 인장 시험을 미포함하는 경우)(When φ = 70 degree coring is performed and indirect tensile test is not included)
E1 (GPa)E1 (GPa) E2 (Gpa)E2 (Gpa) ν1ν1 ν2v2 G2 (Gpa)G2 (Gpa)
실시예 1Example 1 52.352.3 35.235.2 0.340.34 0.080.08 14.514.5
비교예 1Comparative Example 1 57.5757.57 32.9932.99 0.13760.1376 0.11770.1177 16.216.2
비교예 2Comparative Example 2 47.947.9 34.434.4 0.210.21 0.070.07 13.013.0
(φ = 70도 코어링을 수행하고, 간접 인장 시험을 포함하는 경우)(When performing φ = 70 degree coring and including indirect tensile test)
E1 (GPa)E1 (GPa) E2 (GPa)E2 (GPa) ν1ν1 ν2v2 G2 (GPa)G2 (GPa)
실시예 1Example 1 46.446.4 21.821.8 0.130.13 0.120.12 14.714.7
비교예 1Comparative Example 1 57.5757.57 32.9932.99 0.13760.1376 0.11770.1177 16.216.2
비교예 2Comparative Example 2 45.045.0 26.426.4 0.160.16 0.120.12 12.612.6
(φ =90도 코어링을 수행하고, 간접 인장 시험을 미포함하는 경우)(If φ =90 degree coring is performed and indirect tensile test is not included)
E1 (GPa)E1 (GPa) E2 (GPa)E2 (GPa) ν1ν1 ν2v2 G2 (GPa)G2 (GPa)
실시예 1Example 1 51.851.8 18.018.0 0.160.16 0.050.05 23.023.0
비교예 1Comparative Example 1 57.5757.57 32.9932.99 0.13760.1376 0.11770.1177 16.216.2
비교예 2Comparative Example 2 52.152.1 14.914.9 0.150.15 0.050.05 29.029.0
(φ =90도 코어링을 수행하고, 간접 인장 시험을 포함하는 경우)(When performing φ =90 degree coring and including indirect tensile test)
E1 (GPa)E1 (GPa) E2 (GPa)E2 (GPa) ν1ν1 ν2v2 G2 (GPa)G2 (GPa)
실시예 1Example 1 46.046.0 23.623.6 0.150.15 0.100.10 24.724.7
비교예 1Comparative Example 1 57.5757.57 32.9932.99 0.13760.1376 0.11770.1177 16.216.2
비교예 2Comparative Example 2 51.751.7 23.823.8 0.130.13 0.130.13 19.819.8
상기 표 5~8의 실험 결과에서 볼 수 있듯이, 인공 신경망을 이용한 실시예 1의 경우, 기존의 방법을 이용한 비교예 1과 비교하여, 매우 비슷한 결과를 도출한다는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 인공신경망이 탄성정수를 적절하게 산정했다는 것을 알 수 있다. As can be seen from the experimental results of Tables 5 to 8, in the case of Example 1 using an artificial neural network, it was confirmed that very similar results were obtained compared to Comparative Example 1 using an existing method. Through this, it can be seen that the artificial neural network properly calculated the elastic constant.
추가로 인공신경망을 활용한 실시예 1은, 비교예 1에 비하여 장점을 가진다. 즉, 실험법 상에서는 기존의 방법은 서로 다른 코어링 각도를 가진 시료를 채취해야 하기 때문에 시간 및 비용이 과도하게 소요되지만 인공신경망을 이용한 방법은 단일 코어 시료만을 사용하기 때문에 시간과 비용이 저감될 수 있다. In addition, Example 1 using an artificial neural network has an advantage over Comparative Example 1. That is, in the experimental method, the existing method requires excessive time and cost because samples with different coring angles must be taken, but the method using artificial neural networks uses only a single core sample, so time and cost can be reduced. .
또한, 상기 비교예 2의 방법과 비교할 때도 다량의 시료에 대하여 탄성정수를 산정해야 할 때 장점이 있다. 비교예 2의 경우, 각 시료에서 변형률이 들어오면 각 케이스에 대하여 최적화를 실시하기 때문에 다량의 시료를 분석해야 할 경우 계산 시간이 오래 걸리는 단점이 있었다. 이에 비하여, 본원 실시예 1과 같은 인공신경망을 이용한 방법의 경우에는, 학습 데이터를(1800개 데이터) 이용하여 이미 인공신경망이 학습이 완료되었기 때문에, 다량의 케이스가 들어와도 값의 입력 즉시 결과를 확인할 수 있었다. 이로 인해, 본원 발명에 의하면, 분석 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있었다.In addition, compared to the method of Comparative Example 2, there is an advantage when the elastic constant has to be calculated for a large amount of samples. In the case of Comparative Example 2, since optimization is performed for each case when the strain is input from each sample, there is a disadvantage in that calculation takes a long time when a large amount of samples are to be analyzed. In contrast, in the case of the method using the artificial neural network as in Example 1 of the present application, since the artificial neural network has already completed learning using the learning data (1800 data), even if a large number of cases are entered, the result can be confirmed immediately after entering the value. could For this reason, according to the present invention, the analysis time could be drastically shortened.
[부호의 설명][Description of code]
100: 코어 시료100: core sample
X: 코어 시료의 축 방향X: axial direction of the core sample
Y: 코어 시료의 원주 방향Y: circumferential direction of the core sample
10: 변형률 측정센서10: strain measurement sensor
20: 연성 가압판20: flexible pressure plate
101: 코어 시료의 단부 표면(혹은, 축 방향(X) 표면)101: end surface (or axial direction (X) surface) of core sample
102: 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에서, 연성 가압판(20)과 접촉하는 영역102: at the end surface 101 of the core sample, a region in contact with the soft platen 20
103: 상기 코어 시료의 단부 표면(101)에서, 연성 가압판(20)과 접촉하지 않는 영역103: on the end surface 101 of the core sample, a region not in contact with the soft platen 20
1, 2, 3: 변형률 측정센서가 부착된 위치1, 2, 3: Position where the strain measurement sensor is attached
11, 12, 21, 22, 31, 32, 33: 변형률 측정센서11, 12, 21, 22, 31, 32, 33: strain measurement sensor
71, 72: 변형률 측정센서71, 72: strain measurement sensor
200: 부분 시료200: partial sample
50: 간접 인장시험 시, 부분 시료(200)의 직경 방향50: In the case of an indirect tensile test, the radial direction of the partial sample 200
60: 간접 인장시험 시, 부분 시료(200)의 축 방향60: axial direction of the partial sample 200 during indirect tensile test
300: 상기 부분 시료(200)의 축 방향(60) 표면300: the axial direction (60) surface of the part sample (200)
500: 코어 시료의 등방성면500: isotropic surface of the core sample
600: 코어 시료의 등방성면(500)이 원주 방향의 표면(즉, 코어 시료의 양 단부 표면을 제외한 표면)에서 이루는 곡선600: curve formed by the isotropic surface 500 of the core sample on the surface in the circumferential direction (ie, the surface excluding both end surfaces of the core sample)
71, 72: 변형률 측정센서71, 72: strain measurement sensor
1000: 코어 시료에 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역1000: area parallel to the core sample in the axial direction (X) with respect to the portion 102 in contact with the flexible platen 20
2000: 코어 시료에 연성 가압판(20)이 접촉한 부위(102)에 대한 축 방향(X)으로의 평행한 영역(1000)이 아닌 영역(2000)2000: Area 2000 that is not a parallel area 1000 in the axial direction X with respect to the portion 102 where the flexible platen 20 contacts the core sample

Claims (13)

  1. 학습용 이방성 코어 시료에 국부 하중을 가하여 구한 학습용 변형률 및 상기 학습용 이방성 코어 시료의 학습용 탄성 정수로 이루어진 복수의 데이터 세트의 변형률을 입력값으로 하고 탄성 정수를 출력값으로 하여 머신 러닝을 수행한 컴퓨터 시스템을 준비하는 단계;The learning strain obtained by applying a local load to the learning anisotropic core sample and the strain of a plurality of data sets consisting of the learning elastic constant of the learning anisotropic core sample as an input value and the elastic constant as an output value Prepare a computer system that performs machine learning doing;
    이방성 코어 시료에 대하여 국부 하중을 가하여 실제 변형률을 측정하는 단계; 및 Measuring an actual strain by applying a local load to the anisotropic core sample; and
    상기 실제 변형률을 머신 러닝된 상기 컴퓨터 시스템에 입력하여 실제 탄성 정수를 구하는 단계;obtaining an actual elastic constant by inputting the actual strain into the machine-learned computer system;
    를 포함하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.Comprising, a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material.
  2. 학습용 이방성 코어 시료에 국부 하중을 가하여 구한 학습용 변형률 및 상기 학습용 이방성 코어 시료의 학습용 탄성 정수로 이루어진 복수의 데이터 세트를 준비하는 단계;Preparing a plurality of data sets consisting of a strain for learning obtained by applying a local load to an anisotropic core sample for learning and an elastic constant for learning of the anisotropic core sample for learning;
    상기 복수의 데이터 세트의 변형률을 입력값으로 하고, 탄성 정수를 출력값으로 하여 컴퓨터 시스템으로 하여금 머신 러닝을 수행시키는 단계;causing a computer system to perform machine learning using strains of the plurality of data sets as input values and elastic constants as output values;
    이방성 코어 시료에 대하여 국부 하중을 가하여 실제 변형률을 측정하는 단계; 및Measuring an actual strain by applying a local load to the anisotropic core sample; and
    상기 실제 변형률을 머신 러닝된 상기 컴퓨터 시스템에 입력하여 실제 탄성 정수를 구하는 단계;obtaining an actual elastic constant by inputting the actual strain into the machine-learned computer system;
    를 포함하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.Comprising, how to calculate the elastic constant for an anisotropic material.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,According to claim 1 or 2,
    상기 복수의 데이터 세트의 수는 1,000세트 이상인, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.The method of calculating the elastic constant for an anisotropic material, wherein the number of the plurality of data sets is 1,000 or more.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,According to claim 1 or 2,
    상기 실제 변형률은 상기 학습용 변형률을 측정할 때 사용된 하중 조건과 동일한 하중 조건 하에서 측정되는 것인, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.The actual strain is measured under the same load condition as the load condition used when measuring the strain for learning, a method for calculating the elastic constant for an anisotropic material.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,According to claim 1 or 2,
    상기 복수의 데이터 세트는, 상기 학습용 탄성 정수의 값을 변경하면서, 컴퓨터 수치 모사 실험을 수행하여 대응되는 학습용 변형률을 구하는 것을 반복 수행함으로써 확보되는 것인, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.The plurality of data sets are obtained by repeatedly performing a computer numerical simulation experiment to obtain a corresponding learning strain while changing the value of the learning elastic constant, Method for calculating the elastic constant for an anisotropic material.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,According to claim 1 or 2,
    상기 학습용 이방성 코어 시료 및 상기 이방성 코어 시료는 1개의 코어 시료만을 사용하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.The anisotropic core sample for learning and the method for calculating the elastic constant for the anisotropic material, using only one core sample.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,According to claim 1 or 2,
    상기 국부 하중은, 상기 이방성 코어 시료의 양 단부에서 가해지는 하중 중 적어도 하나의 하중이, 상기 단부 표면의 전체가 아닌 단부 표면의 일부에만 가해지는 것인, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.The local load is that at least one of the loads applied at both ends of the anisotropic core sample is applied only to a part of the end surface rather than the entire end surface, Calculation method of the elastic constant for the anisotropic material.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, According to claim 1 or 2,
    상기 국부 하중은, 상기 이방성 코어 시료에 대하여 국부 하중이 가해지는 단부 표면의 일부에만 접촉하도록 연성 가압판을 구비하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.The method of calculating the elastic constant for an anisotropic material, wherein the local load is provided with a soft pressure plate such that it contacts only a part of the end surface to which the local load is applied to the anisotropic core sample.
  9. 제 8 항에 있어서,According to claim 8,
    상기 연성 가압판의 영률은, 상기 코어 시료의 영률 대비 1/10 이하인, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.The Young's modulus of the flexible platen is less than 1/10 of the Young's modulus of the core sample.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,According to claim 1 or 2,
    상기 이방성 코어 시료의 표면에 2개 이상의 변형률 측정 센서를 부착하여, 각 부착 지점에서의 변형률 값을 측정하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.A method for calculating the elastic constant for an anisotropic material by attaching two or more strain sensor to the surface of the anisotropic core sample and measuring the strain value at each attachment point.
  11. 제 10 항에 있어서,According to claim 10,
    상기 이방성 코어 시료의 표면에 부착된 상기 변형률 측정 센서의 개수는 5개 이상인, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.The method of calculating the elastic constant for the anisotropic material, wherein the number of strain measuring sensors attached to the surface of the anisotropic core sample is 5 or more.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,According to claim 1 or 2,
    상기 복수의 데이터 세트를 구할 때, 상기 학습용 이방성 코어 시료로부터 추가로 채취된 부분 시료에 대한 간접 인장시험을 추가로 실시하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.When obtaining the plurality of data sets, additionally performing an indirect tensile test on a partial sample additionally taken from the anisotropic core sample for learning, a method for calculating the elastic constant for the anisotropic material.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,According to claim 1 or 2,
    상기 머신 러닝된 컴퓨터 시스템의 정확도를 평가하는 단계를 더 포함하는, 이방성 재료에 대한 탄성 정수의 산정 방법.A method for calculating the elastic constant for an anisotropic material, further comprising evaluating the accuracy of the machine-learned computer system.
PCT/KR2022/008580 2021-07-29 2022-06-17 Method of determining elastic constants for anisotropic material WO2023008740A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0099873 2021-07-29
KR1020210099873A KR102532525B1 (en) 2021-07-29 2021-07-29 Method of determining elastic constants for anisotropic material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023008740A1 true WO2023008740A1 (en) 2023-02-02

Family

ID=85087433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/008580 WO2023008740A1 (en) 2021-07-29 2022-06-17 Method of determining elastic constants for anisotropic material

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102532525B1 (en)
WO (1) WO2023008740A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090106257A (en) * 2008-04-04 2009-10-08 한국시설안전공단 The method to estimate realtime-quantitative stability of the tunnel under construction and it's system
CN105628486A (en) * 2014-10-30 2016-06-01 中国石油天然气股份有限公司 Method and device for measuring shale rock mechanical properties
CN107356481A (en) * 2017-06-28 2017-11-17 浙江工业大学 It is used for the device for measuring Rock Poisson Ratio Using in a kind of three-axis infiltration experiment
US20180045630A1 (en) * 2016-08-15 2018-02-15 New York University Method to estimate strain rate dependent elastic modulus of materials using dynamic mechanical analysis data
CN111226106A (en) * 2017-10-16 2020-06-02 茵品特有限责任公司 Apparatus and method for automated workpiece testing

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101903475B1 (en) 2016-02-04 2018-10-02 한국해양대학교 산학협력단 Analysis method and apparatus for rock properties with vertically transverse isotropy media

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090106257A (en) * 2008-04-04 2009-10-08 한국시설안전공단 The method to estimate realtime-quantitative stability of the tunnel under construction and it's system
CN105628486A (en) * 2014-10-30 2016-06-01 中国石油天然气股份有限公司 Method and device for measuring shale rock mechanical properties
US20180045630A1 (en) * 2016-08-15 2018-02-15 New York University Method to estimate strain rate dependent elastic modulus of materials using dynamic mechanical analysis data
CN107356481A (en) * 2017-06-28 2017-11-17 浙江工业大学 It is used for the device for measuring Rock Poisson Ratio Using in a kind of three-axis infiltration experiment
CN111226106A (en) * 2017-10-16 2020-06-02 茵品特有限责任公司 Apparatus and method for automated workpiece testing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YIM JUHYI, SEUNGKI HONG; YOONSUNG LEE; KI-BOK MIN: "Determination of Five Elastic Constants of Transversely Isotropic Rock from a Single Core by Concentrated Loading and Numerical Iteration", 55TH U.S. ROCK MECHANICS/GEOMECHANICS SYMPOSIUM; JUNE 18–25, 2021 VIRTUAL, ARMA, 18 June 2021 (2021-06-18) - 25 June 2021 (2021-06-25), pages 1 - 8, XP093029685 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230019297A (en) 2023-02-08
KR102532525B9 (en) 2024-01-11
KR102532525B1 (en) 2023-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017171352A2 (en) Apparatus and method for automatically converting thermal displacement compensation parameters of machine tool
WO2012141392A1 (en) System for measuring a sample pore using computer tomography and a standard sample, and method for same
WO2015030343A1 (en) Optical element rotation type mueller-matrix ellipsometer and method for measuring mueller-matrix of sample using the same
WO2015156635A1 (en) Method for measuring vibration displacement using state variation principle
WO2010071285A1 (en) Input device including resistive touch panel and method for calculating touch point thereof
WO2023008740A1 (en) Method of determining elastic constants for anisotropic material
WO2017014336A1 (en) Temperature sensor circuit having compensated non-liner component and compensation method of temperature sensor circuit
WO2022114452A1 (en) High-accuracy optical particle measurement device and particle measurement method using laser power scanning
WO2014058225A1 (en) Spectrometry apparatus and spectrometry method
WO2015037853A1 (en) Touch panel
WO2018101617A1 (en) Capacitive sensor
WO2015068995A1 (en) Ground improvement material, aggregate for asphalt concrete and method for manufacturing same
WO2020130227A1 (en) Seismic design system and seismic design method of ground-pile system considering dynamic characteristic
WO2022065595A1 (en) Strength signal measuring method and device for monitoring strength of hydration reaction material structure
WO2022265324A1 (en) Method for estimating elastic constants of anisotropic material
WO2015009046A1 (en) Molecular orbital library having exclusive molecular orbital distribution, molecular orbital distribution region evaluation method using same, and system using same
Le et al. Electrical resistivity as a measure of change of state in substrates: Design, development and validation of an automated system
WO2024025111A1 (en) Deep learning-based method and system for predicting firing properties of anisotropic material by using indentation response data
WO2019009513A1 (en) Linear variable differential transformer
WO2019059586A1 (en) Method for measuring adhesive strength of thin film using dispersion characteristics of surface waves, and computer-readable recording medium having program for performing same recorded thereon
WO2019054654A1 (en) Shear test apparatus for fault gouge
WO2019231251A1 (en) Pipe damage detection apparatus, pipe damage detection system using same and pipe damage detection method using same
WO2017200287A1 (en) Condenser-type membrane sensor measurement device and method, which use mechanical resonance property of membrane
RU2815206C1 (en) Photoelastic pressure sensor
WO2023068520A1 (en) Device and method for predicting physical properties of multilayer material

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22849719

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE