A Study on a Nonlinear Cable Finite Element

非線形 케이블 有限要素에 관한 硏究

A geometrically nonlinear cable finite element is presented to use in the static or dynamic modeling of offshore and onshore structures such as guyed tower, tension leg platform or mooring buoy, submarine cable, cable-stayed bridge, suspension bridge, cable roof and so on. The cable finite element is derived directly from the compatibility equations and flexibility matrix of elastic catenary cable theory for the arbitary plane loading and geome try. A general and virsatile computer program has been developed to perform the analyses of cable member itself or cable guyed or suspened structures, in which Newmark-$\beta$ method is used to obtain a time domain solution and Newton-Raphson iteration method is used to solve the nonlinear system of compatibility equations of cable and algebraic static or dynamic equations at each time step. The results from the static and dynamic analysis of a cable member by the computer program are summarized and presented.

본 논문에서는 가이드 타워, 텐션 레그 프랫폼, 무어링 부이, 해저 케이블, 사장교, 현수교, 케이블 루프 등과 같은 해상 및 육상 구조물의 유한요소 모델에 사용하기 위한 기하학적 비선형 케이블 요소를 연구 제시하였으며, 케이블 요소는 평면내에서 임의의 하중과 기하형상을 갖는 케이블에 대한 탄성현수 케이블 이론으로부터의 적합방정식과 연성행렬을 직접 이용하여 유도하였다. 또한, 유도된 케이블 유한요소에 근거하여, 케이블 부재를 사용하는 구조물들의 유한요소 해석을 위해 전산 프로그램을 개발하였으며, 시간영역 동적 해석을 위해 뉴마크-베타의 직접적분법을 사용하였고, 각 시간간격에서의 비선형 평형방정식 및 적합방정식을 풀기 위한 방법으로서 뉴톤-랩슨의 반복법을 사용하였다. 이상과 같이 개발된 전산 프로그램을 이용하여 케이블 부재에 대한 정적 및 동적 해석을 수행한 후 그 결과를 분석ㆍ고찰하여 보았다.