An Efficient Response Analysis Method for a Structural System Using Substructure Modes

부분구조의 모드를 이용한 구조계의 효율적 응답해석

An efficient method for determining forced responses of a general linear structural system in time domain using subtructure modes and Lagrange multipliers is presented. Compared with the conventional mode synthesis methods, the suggested method does not construct the equations of motion of the combined whole structure and thus the modal parameters of the whole structure are not required. Only modal parameters of each substructure and geometric compatibility conditions are needed. Both the loaded interface free-free modes and free interface modes can be employed as the modal bases of each substructure. Recurrence discrete-time state equations based upon state transition matrix are formulated for the transient analysis of a parameter-changing system. It is shown form numerical examples that the suggested method is very accurate and efficient to calculate transient responses compares with the direct numerical integration method.

본 연구에서는 모드합성법에 관한 연구를 발전시켜 특히 시간영역에서 동특성 이 변하는 일반적인 구조계의 강제진동해석을 수행할 수 있는 효율적인 방법을 제시한 다. 각 부분구조의 운동방정식은 라그랑지 방정식을 이용하여 유도하며 부분구조 간 의 연결부에서 만족해야 하는 기하학적 적합조건은 라그랑지 승수를 이용하여 처리한 다. 각 부분구조를 나타내기 위하여는 자유경계 또는 하중경계모드(loaded interface mode)를 사용하며 시간영역 응답해석을 위해서는 이산형태(discrete form)의 상태방정 식(state equation)이 사용된다. 제시한 방법은 기존의 모드합성법과는 달리 전체계 를 나타내는 운동방정식을 구성하지 않으므로 전체계의 모우드 매개변수를 구할 필요 가없는 장점이 있다. 시간영역에서 전체 구조계를 합성하지 않고 직접 응답을 구하므 로 미사일 발사체계 등과 같이 시간에 따라 동특성이 변하는 구조계의 동적해석을 위해 효과적으로 활용될 수 있다. 제시한 방법을 간단한 집중질량계와 동특성이 일정 하지 않은 복잡한 구조물의 시간영역 응답해석에 적용하여 그 결과를 직접적분법으로 구한 엄밀해(exact solution)와 비교하며 제시한 타당성을 검증하였다.