Journal of Korean Association for Spatial Structures (한국공간구조학회논문집)

Korean Association for Spatial Structures (한국공간구조학회)
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Form-finding of Free-form Membrane Structure based on Geometrically Non-linear Analysis and Interface method

기하학적 비선형해석을 이용한 비정형 막 구조물의 형상탐색과 인터페이스 기법

  • Received : 2011.12.08
  • Accepted : 2012.03.05
  • Published : 2012.03.15
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Abstract

The membrane structure maintains stable form by giving initial tension to ductile membrane and increasing the stiffness of exterior that is much adopted in the large span spatial structure by making its thickness thin. This kind of membrane structure has characteristic that can express free-form curve, so the selection of structural form is very important. So, this paper proposes the expression of free-form surface based on NURBS basis function and the finite element method considering geometrical nonlinearity for the deduction of large deformation result. Also, for minimizing the approximation of the surface that is derived from the form-finding result, the interface method that change finite element mesh to NURBS is proposed. So, the optimum surface of free-form membrane is derived.

막 구조물은 연성의 막에 초기 장력을 주고 외관의 강성을 늘림으로써 외부하중에 안정된 형태를 유지하는 구조물로 두께를 얇게 하여 대공간 구조에 많이 채택된다. 이러한 막 구조는 자유로운 곡선을 표현할 수 있는 특성이 있어, 구조적 형태의 선정은 매우 중요하다. 이에 본 논문에서는 넙스를 기저함수로 하는 비정형 곡면으로 형상을 표현하고, 최적의 곡면 형상 탐색을 위한 대변형 결과값 도출을 위해 기하학적 비선형을 고려한 유한요소해석법을 제안하였다. 또한, 형상 탐색 결과로 나타난 곡면의 형상 근사화의 최소화를 위해 유한 요소망으로 표현된 최종 형상을 다시 넙스로 구현하는 인터페이스 기법을 제안하여, 비정형 막 구조물의 최적 곡면을 표현하였다.

Keywords

References

  1. S. Wang, G. R. Liu, Z. Q. Zhang, L. Chen(2011), Nonlinear 3D numerical computations for the square membrane versus experimental data, Engineering Structures, Vol. 33 No. 5, pp.1828-1837. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2011.02.023
  2. I. Vizotto(2010), Computational generation of free-form shells in architectural design and civil engineering, Automation in Construction, Vol. 19 No. 9, pp.1087-1105. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2010.09.004
  3. Xing Shi, Eric Burnett(2008), Mechanics and test study of flexible membranes balloning in three dimensions, Building and Environment, Vol. 43 No. 11, pp.1871-1881. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2007.11.002
  4. R. A. Arcinieega, J. N. Reddy(2007), Tensor-based finite element formulation for geometrically nonlinear analysis of shell structures, Computer methods in applied mechanics and engineering, Vol. 196 No. 4-6, pp.1048-1073. https://doi.org/10.1016/j.cma.2006.08.014
  5. Wenqing Zhang, John L. Leonard, Michal L. Accorsi(2005), Analysis of geometrically nonlinear anisotropic membranes: theory and verification, Finite Elements In Analysis And Design, Vol. 41 No. 9-10, pp.963-988. https://doi.org/10.1016/j.finel.2004.12.003
  6. I. Vizotto(1997), Design and structural analysis of free form shells, in: S. P. Chiew(Ed), Proc. International Symposium '97 on shell and Spatial Structures-Design Construction.
  7. 김지인, 이재홍(2011), 유한요소 해석을 위한 NURBS 곡면의 기하학적 모델링과 요소망 생성 방법, 2011년 한국강구조학회 학술대회 발표집.
  8. 나유미, 윤병욱, 이재홍(2010), 변수 생성 설계를 위한 프리폼 구조시스템 모델링 기법, 2010년 한국강구조학회 할술대회 발표집.
  9. 윤병욱, 나유미, 이재홍(2010), 3D 모델링 프로그램을 이용한 프리폼 구조시스템 모델링 기법, 한국 공간 구조 학회 학술대회 발표집.
  10. 이상진(2010), CAGD를 이용한 프리폼 이산화 공간구조물의 유한요소망 자동생성기법, 한국공간구조학회지, 제10권 제2호, pp.77-86.
  11. 박창규, 양영순, 류원선, 장범선(2009), CAD/CAE 통합을 위한 구조설계 최적화에 관한 연구, 한국전산구조공학회 논문집 제 22권 제2호, pp.127-134.
  12. 이상수(2009), 비정형 건축 구조 설계에서의 파라메트릭 디자인에 대한 이해, Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, Vol. 22 No. 5, pp.8-14.
  13. 한상을, 김만중, 강노원(2009), 기하학적 비선형을 고려한 래티스돔 구조물의 동적 좌굴 해석, 대한건축학회 논문집, 제25권 제3호, pp.3-10.
  14. 박홍식, 전한종(2008), 파라메트릭기반 비정형 형태 생성방법에 대한 기초연구, 대한건축학회 학술발표대회 논문집.
  15. 조맹효, 최진복, 노희열(2007), 쉘 해석과 곡면 모델링의 연동, 한국전산구조공학회 논문집, 제 20권 제2호, pp.181-190.
  16. 김창호(2004), 기하학적 비선형 해석을 위한 곡면 2차 삼각형 쉘 요소에 관한 연구, 한국항공우주학회지, 제33권 .
  17. 노희열, 조맹효(2003), B-Spline 곡면 모델링을 이용한 기하비선형 쉘 유한요소, 한국전산구조 공학회 2003년도 가을 학술발표회 논문집.
  18. 노희열, 조맹효(2001), 곡면 구조물 통합 설계를 위한 쉘 해석과 곡면 모델링의 연동 개요, 한국전산구조공학회 2001년도 가을 학술발표회 논문집.
  19. Rhinoceros4.0, plug-in (grasshopper, Resurf)
  20. ABAQUS Version 6.5-1
  21. MIDAS NFX 구조해석 용어집.