본 연구에서는 기존의 연구에서 다룬바 없는 분포하중의 경우에 대해 스펙트럴요소법을 적용하기 위해 1) 힘과 변위와의 관계를 이용하여 Bernoulli-Euler보와 1차원 Timoshenko-Mindlin평판에 대한 스펙트럴요소를 유도하고 2) 스펙트럴 요소법을 이용하여 분포하중을 받는 이들 구조물의 동적거동을 해석하고자 한다.
극한 해양 환경하중을 고려한 해상풍력터빈 지지구조물에 대한 신뢰성 해석을 수행하였다. 신뢰성 해석을 위한 한계상태함수는 mud-line에서 지지구조물의 동적응답으로 정의되며, 동적응답은 정적응답과 동적응답계수의 곱으로 정의된다. 동적응답계수는 설계조건에서의 동적 시간이력응답을 분석하여 구할 수 있다. 허브(Hub) 위치에 작용하는 추력은 GH_Bladed를 사용하여 계산하였으며, 정적하중으로 적용하였다. 동적응답계수는 대수정규분포, 지반물성 중 내부마찰각은 상한과 하한이 결정된 베타분포이며, 그 외 설계변수는 정규분포 확률변수로 취급되었다. mud-line 에서의 동적응답을 통해 정의된 한계상태함수에 따라 일계신뢰도법(First order reliability method, FORM)을 사용하여 해상풍력터빈 지지구조물의 신뢰도지수를 산정하였다.
Finite element method(FEM) is one of the most popularly used method analyzing the dynamic behaviors of structures. But unless number of finite elements is large enough, the results from FEM some what different from exact analytical solutions, especially at high frequency range. On the other hand, as the spectral analysis method(SAM) deals directly with the governing equations of a structure, the results from this melthod cannot but be exact regardless of any frequency range. However, the SAM can be applied only to the case where a structure is subjected to the concentrated loads, despite a structure could be unddergone distributed loads more generally. In this paper, therefore, new spectral analysis algorithm is introduced through the spectral element method(SEM), so that it can be applied to anlystructures whether they are subjected to the concentrated loads or to the distributed loads. The results from this new SEM are compared with both the results from FEM and the exact analytical solutions. As expected, the results from new SEM algorithm are found to be almost identical to the exact analytical solutions while those from FEM are not agreed well with the exact analytical solutions as the mode number increases.
In this study non-linear finite element analysis of dynamic response of steel arch under partially distributed dynamic load was discussed. Material and geometric non-linearities were included in finite element formulation and steel behavior was modeled with Von Mises yield criteria. Either radial or vertical dynamic load was dealt in numerical examples. Normal arch and arch with maximum shape imperfection of L/11,000 were studied. The analysis results showed that maximum displacement at the center of arch was occurred when 70% of arch span was loaded. The maximum displacement at a quarter of arch span was occurred when 50% of arch span was loaded and the displacement was larger than that of center of arch. Ratio of arch rise to arch span within 0.2∼-.3 seems to be appropriate for arch under radial or vertical load.
풍력 터빈은 복잡한 바람 조건에 노출되어 운용 되는 시스템으로서 경제성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 이러한 조건하에서 시스템에 작용하는 정확한 공력 하중 예측이 필요하다. 여러 조건 중에서도 요에러는 풍향이 수시로 바뀌기 때문에 피할 수 없는 비정상 유동 중에 하나이다. 본 연구에서는 이러한 요에러 발생시 공력 하중예측을 적절히 예측하기 위해서 와류 격자 기법을 기반으로 하는 비선형 와류 보정기법을 적용하였다. 비선형 와류 보정기법은 실속 이후의 공력 예측을 위해 기지의 공력 테이블을 이용하는 방법으로서 실속 이후의 공력 테이블 값의 양력과 와류 격자 기법에서의 양력 값이 일치하도록 순환(circulation)을 분포시키는 기법이다. 또한 요에러시에 발생할 수 있는 동적 실속을 계산하기 위해 Beddoes-Leishmen 동적 실속 모델을 비선형 와류 보정 기법에 적용하는 연구를 수행하였다. 요에러시 공력 하중 예측에 관한 수치해석 기법 연구의 적절성을 알아보기 위해 NREL-Phase VI Rotor 실험 결과와 비교 하였다. 그 결과 기존의 여타의 기법들과 비교하여 본 연구에서 제안한 기법의 적절성을 확인 할 수 있었다. 앞으로 본 연구를 바탕으로 다양한 비정상 공력 조건에 대한 풍력 블레이드의 공력 하중 해석에 대해 수행할 계획이다.
본 연구에서는 유한요소법과 실험적인 방법으로 이동하중용 받는 불규칙한 노면을 갖는 연속교의 동적거동을 연구하였다. 차량하중은 차축의 스프링효과를 포함하였으며 이로 인해 교량과 차량의 운동방정식은 결합된 미분방정식으로 표현되었고 이를 반복시산법으로 해결하였다. 실험적인 방법에서는 상사율을 고려하여 원형과 모형에서 동일한 동적거동이 나타나도록 모델을 제작하였고 이러한 교량 불규칙조도면, 진입부 단차면, 연속 단차면을 주어 실험하였다. 속도의 분포와 조도면의 양상 및 차량의 진동에 따른 교량의 동적거동을 이론 및 실험적인 방법으로 비교, 분석하였다.
교통하중은 포장 설계 및 해석에서 가장 중요한 입력 변수로서 포장 파손의 주요 원인이 된다. 따라서 정확한 포장 설계 및 해석을 위해서는 적절한 교통하중 정량화가 선행되어야 한다. 전통적으로 교통하중은 혼합된 교통흐름을 설계목적의 하나의 값으로 변환시켜주는 ESALs 관점에서 추정되어왔으나 이는 AASHO 도로 테스트를 통해 도출된 지극히 경험적인 값으로 전 노선망에 대해 평균적인 계수로 적용하기에는 한계가 있다. 이러한 등가단축하중계수의 문제점을 해결하기 위해 선진국에서는 역학적 개념을 도입한 많은 연구를 진행한 결과 역학적-경험적 설계법(Mechanistic-Empirical Design)에 적용할 수 있는 축하중 분포(Axle Load Spectra)를 이용한 교통하중 정량화 방안을 수립하였다. 본 논문에서는 일반국도에 설치 운영되고 있는 WIM 시스템을 통해 수집된 화물차 하중 데이터를 이용하여 축하중 분포 특성(Axle Load Spectra)을 이해하고 혼합정규분포함수에 기초한 축 형태별 하중 분포 모형식을 제시하였으며, 이를 기존 하중 분포 모형과 비교 평가하였다. 본 논문에서 제시한 화물차 축하중 분포 특성 및 축하중 분포 모형식은 향후 일반국도 및 고속도로의 포장 설계법 개발을 위한 교통하중 정량화 방안 수립 시, 과적 차량 단속 정책 수립 시, 도로 유지관리를 위한 계획 수립 시 기초자료로써 활용가능하다.
회전기기의 고장 탐지에 있어 기존의 진단법과 달리 동적 하중조건 하에서 비접촉, 비파괴의 적외선 열화상 기법이 제안된다. 본 논문에서는 단열 깊은 홈 볼 베어링을 시편으로 하여, 회전기기의 기존의 고장 진단법 대신 수동형 열화상 기법을 이용한 시험을 수행하였다. 추가적으로, 제안된 방법의 효율성을 평가하기 위해 기존의 진동 스펙트럼 분석법을 적용하여 열화상 시험법을 비교하였다. 시혐의 결과로써, 동적 하중조건 하 볼 베어령의 온도분포 특성이 철저히 분석되었다.
선박의 고속화, 경량화, 전문화 및 대형화의 촉진과 더불어 신형식 선박의 출현으로 기존의 해 석방법과 같은 개념으로는 새로운 문제점에 대한 해결이 불가능하다. 따라서 이와 같은 새로운 외력환경에 대한 신형식 선박에 구애받지 않고 범용으로 이용이 가능할 수 있게 하기 위해서는 하중의 공간적 분포와 시간적 변화에 대한 정보를 정도 높게 추정할 수 있는 방법이 바람직하 다고 본다. 이를 해결할 수 있는 유일한 방법은 우리가 지금까지 소흘하여 왔던 반복적 실험이 뒷받침되어, 수치이론의 모델화 과정에서나 물리현상 설정과정에서 내재하게 되는random한 불확실성을 정량적으로 파악해 두어야 신형식 선박 개발에 신뢰할 수 있는 동적 응답해석이 가 능해질 것이다.
다자유도의 교량에 횡방향 지진하중을 받는 경우, 교량의 내진성능설계 및 성능평가를 위한 두 가지 비선형 등가 정적해석절차를 제시하였다. 빌딩구조물에 대한 FEMA-273의 변위계수법과 ATC에서 채택하고 있는 역량스펙트럼법을 개선하여 다자유도 연속교량의 내진성능평가에 적용토록 제시하였다. 수정된 두 방법들에 대한 적합성을 시간이력 동적해석과 비교토록 하였다. 다자유도 교량의 교축직각방향 관성력 분포를 합리적으로 반영하기 위하여, 수평방향 지진하중의 분포형태에 따른 모드 및 스펙트럴 하중분포를 적용토록 하였다. 철근 콘크리트 교각 부재는 하중-기초법에 의한 비선형 층상화 골조 유한요소 모델을 사용하여 교량 구조물을 모델링 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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