• Title/Summary/Keyword: 변위장

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Sequential Use of COMSOL Multiphysics® and PyLith for Poroelastic Modeling of Fluid Injection and Induced Earthquakes (COMSOL Multiphysics®와 PyLith의 순차 적용을 통한 지중 유체 주입과 유발지진 공탄성 수치 모사 기법 연구)

  • Jang, Chan-Hee;Kim, Hyun Na;So, Byung-Dal
    • The Journal of Engineering Geology
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    • v.32 no.4
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    • pp.643-659
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    • 2022
  • Geologic sequestration technologies such as CCS (carbon capture and storage), EGS (enhanced geothermal systems), and EOR (enhanced oil recovery) have been widely implemented in recent years, prompting evaluation of the mechanical stability of storage sites. As fluid injection can stimulate mechanical instability in storage layers by perturbing the stress state and pore pressure, poroelastic models considering various injection scenarios are required. In this study, we calculate the pore pressure, stress distribution, and vertical displacement along a surface using commercial finite element software (COMSOL); fault slips are subsequently simulated using PyLith, an open-source finite element software. The displacement fields, are obtained from PyLith is transferred back to COMSOL to determine changes in coseismic stresses and surface displacements. Our sequential use of COMSOL-PyLith-COMSOL for poroelastic modeling of fluid-injection and induced-earthquakes reveals large variations of pore pressure, vertical displacement, and Coulomb failure stress change during injection periods. On the other hand, the residual stress diffuses into the remote field after injection stops. This flow pattern suggests the necessity of numerical modeling and long-term monitoring, even after injection has stopped. We found that the time at which the Coulomb failure stress reaches the critical point greatly varies with the hydraulic and poroelastic properties (e.g., permeability and Biot-Willis coefficient) of the fault and injection layer. We suggest that an understanding of the detailed physical properties of the surrounding layer is important in selecting the injection site. Our numerical results showing the surface displacement and deviatoric stress distribution with different amounts of fault slip highlight the need to test more variable fault slip scenarios.

Displacement measurement in nanometer region and calibration of transducers using combined optical and x-ray interferometer (광/엑스선 복합간섭계를 이용한 나노미터 영역의 변위 측정 및 trnasducer의 비선형 교정)

  • Park Jin-Won;Jo Jae-Gun;Byun Sang-Ho;Eom Cheon-Il
    • Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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    • 2005.06a
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    • pp.515-518
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    • 2005
  • 현재 정밀한 길이를 측정하기 위해서는 광 간섭계를 이용한 측정기술이 주로 사용되어지고 있다. 이러한 광 간섭계의 발전과 더불어 이보다 더 높은 분해능을 얻기 위해 광파장보다 1000배 정도 짧은 엑스선을 이용한 변위 측정 기술개발이 진행되고 있다. 본 연구에서는 이러한 엑스선을 이용한 간섭계를 제작하고, 광 간섭계와 결합된 광/엑스선 복합간섭계를 구성하여 광 간섭계가 안고 있는 자체의 비선형성이 제거된 정밀 변위 측정 시스템을 구성하였다. 그 응용으로써, 제작된 광/엑스선 복합간섭계를 이용하여 나노미터 영역에 서 사용하는 transducer의 비선형성을 측정하였다.

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Use of the Modified Linear Curve Fitting Method in Analyzing Slug Tests to Evaluate Hydraulic Conductivity of Vertical Cutoff Walls (순간 변위시험 (Slug Test)을 이용한 연직차수벽의 투수계수 산정시 수정된 Linear Curve Fitting 방법의 적용)

  • Choi, Hang-Seok;Daniel David E.
    • Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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    • 2006.03a
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    • pp.338-347
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    • 2006
  • 연직차수벽은 오염지역이나 폐기물 매립장에서 오염된 지하수 (때로는 오염된 수증기) 흐름을 차단하거나 또는 오염지역의 정화처리시 효율을 높이기 위하여 외부로부터 지하수 흐름을 막기 위해 설치된다. 이 논문에서는 연직차수벽의 가장 중요한 설계요소인 차수벽체의 현장 투수성을 평가하는 방법들중 가장 보편적으로 사용되는 단공식 순간 변위시험 (slug test)을 소개한다. 연직차수벽에서 실행된 단공식 순간 변위시험 결과를 해석하기 위해서, 연직차수벽의 압축성과 기하학적인 특성을 고려한 수정된 linear curve fitting 방법을 제안하고 그 적용성을 case study를 통해 평가한다. 기존의 대수층 투수계수 산정에 이용된 curve fitting 방법들에 비하여 수정된 linear curve fitting 방법은 보다 정확한 연직차수벽체의 투수성을 평가하도록 한다.

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Improvement of Finite Element for Mindlin Plate Bending (Mindlin 평판 유한요소의 개선)

  • 김선훈;최창근
    • Computational Structural Engineering
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    • v.1 no.2
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    • pp.83-90
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    • 1988
  • The present work is concerned with the improvement of finite element for the analysis of plate bending structures. The element formulation is based upon Mindlin plate concept. The displacement field of this element is formed by adding nonconforming modes to two rotational displacement components of a 'heterosis plate element. The element has the requisite numbers of zero eigenvalues associated with rigid body modes to avoid the spurious zero energy mode. It is shown that the results obtained by the element converged to the exact solutions very rapidly as the mesh is refined and exhibited reliable solutions through numerical studies for standard benchmark problems. This element is shown to overcome the shear locking problem completely in very thin plate situation even for irregular meshes.

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Developing General Beam Finite Elements with Warping Displacement (뒤틀림 변위를 고려한 일반 빔 유한요소의 개발)

  • Yoon, Kyung-Ho;Lee, Phill-Seung
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • 2011.04a
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    • pp.764-767
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    • 2011
  • 본 논문에서는 유한요소법을 이용하여 임의의 단면을 가지는 빔의 비틀림 문제를 해석 할 수 있는 방법론을 제시하였다. 빔 유한요소에서 연속적인 뒤틀림함수를 얻기 위해 각 절점에서 뒤틀림자유도를 정의한 후 빔의 길이 방향으로 보간하였다. 이러한 방법의 사용은 뒤틀림구속효과와 비선형문제에 쉽게 접근 할 수 있게 한다. 또한, 임의의 단면에 대한 뒤틀림함수는 각 단면에서 St.Venant 방정식을 유한요소법을 통해 수치적으로 계산된다. 단면에서 계산된 해는 3차원 일반 빔 요소의 변위장에 매핑된다. 위와 같은 절차를 통해 개발된 빔 유한요소를 사용하면 임의의 단면을 가진 빔 구조물을 자유/구속 뒤틀림조건에서 비틀림, 굽힘, 신축 변형이 복합적으로 고려하여 해석해 낼 수 있다. 이렇게 해석된 결과를 검증하기 위하여 사각단면과 L단면에서의 결과 값을 고찰하였다.

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Stability Analysis of Unsymmetric Tapered Thin-walled Beams (비대칭 선형 변단면을 갖는 박벽 공간 보의 안정성 해석)

  • 김성보;구봉근;한상훈;정경섭
    • Computational Structural Engineering
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    • v.11 no.4
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    • pp.197-207
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    • 1998
  • 전단변형 효과를 무시하는 경우에 비대칭 선형 변단면을 갖는 박벽 공간 보의 안정성 해석을 위한 일반이론을 유도한다. 비대칭 선형 변단면의 임의점을 통과하는 부재축과 단면의 주축의 방향과 무관하고 부재축과 직각을 이루는 두 개의 좌표축을 도입하여 직각좌표계를 정의한다. 정의된 좌표축을 기준으로 유한한 회전각의 2차항을 고려하는 변위장을 도입하여 연속체에 대한 가상일의 원리로부터 탄성변형에너지, 그리고 초기응력에 의한 포텐셜에너지를 유도한다. 이를 이용하여 비대칭 선형 변단면을 갖는 박벽 공간 보의 안정성해석을 위한 평형방정식을 제시한다. 3차 Hermitian 다항식을 변위파라미터의 형상함수로 사용하여 박벽 공간 보의 탄성강도 및 기하강도행렬을 상정할 뿐만 아니라, 단면의 좌표축에 상관없이 임의의 위치에 작용하는 하중에 대한 하중보정강도행렬(load-correction stiffness matrix)을 제시한다. 본 이론 및 방법의 타당성을 검증하기 위하여 수치해석을 수행하고 문헌의 결과 및 쉘요소를 사용한 해석결과와 비교하여 본 이론의 정당성을 입증한다.

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Spatial Stability of Non-Symmetric Thin-Walled Curved Beams II : Numerical Approach (비대칭 단면을 갖는 박벽 곡선보의 안정성해석 II : 수치적 방법)

  • 민병철;김문영
    • Computational Structural Engineering
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    • v.11 no.4
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    • pp.253-265
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    • 1998
  • 본 논문에서는 연계논문에서 제시한 비대칭 박벽단면을 갖는 곡선보 및 직선보 이론을 토대로, 곡선보 요소 및 직선보 요소를 개발하고 이를 이용한 유한요소 정식화 과정을 제시한다. 유한요소 정식화 과정에서는 요소의 변위장을 도심에 대하여 정의한 후, 요소 변위벡터에 관한 3차의 Hermitian 다항식을 형상함수로 사용하고 가우스 적분을 행함으로써 탄성 강도행렬 및 기하학적 강도행렬을 산정하였다. 얻어진 강도행렬을 이용하여 고유치 문제를 계산함으로써 좌굴하중을 계산하였으며 다양한 해석 예제를 통하여 다른 연구자들의 해석 결과와 비교 검토함으로써 본 연구의 타당성과 우수성을 입증하고자 한다.

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Seismic Response Characteristics of the Bridges with Motion-Limiting Devices (이동제한장치가 있는 교량의 지진응답특성)

  • 이지훈;전귀현
    • Computational Structural Engineering
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    • v.11 no.4
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    • pp.331-340
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    • 1998
  • 본 연구에서는 이동제한장치가 있는 연속교의 지진응답특성을 고찰하였다. 일점고정연속교에 있어서 이동제한장치는 교각이 탄성거동을 하는 경우 교축방법 수평력 분산기능이 있으며 교각하부에 소성힌지가 발생하거나 내진분리베어링이 있는 경우에는 최대변위 및 비탄성거동에 따른 잔류변위제한에 매우 효과적이다. 상부구조와 이동제한장치의 충돌시 발생하는 충격력은 완충재의 사용으로 상당히 감소시킬 수 있다. 이동제한장치의 설치위치 및 이격거리는 이동제한장치가 설치될 하부구조의 강성 및 강도와 온도변화, 급제동력, 작은 지진발생시 충돌여부, 신축이음장치유간 등을 고려하여 결정되어야 한다.

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On the Modification of a Classical Higher-order Shear Deformation Theory to Improve the Stress Prediction of Laminated Composite Plates (적층평판의 응력해석 향상을 위한 고전적 고차전단변형이론의 개선)

  • Kim, Jun-Sik;Han, Jang-Woo;Cho, Maeng-Hyo
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.24 no.3
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    • pp.249-257
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    • 2011
  • In this paper, an systematic approach is presented, in which the mixed variational theorem is employed to incorporate independent transverse shear stresses into a classical higher-order shear deformation theory(HSDT). The HSDT displacement field is taken to amplify the benefits of using a classical shear deformation theory such as simple and straightforward calculation and numerical efficiency. Those independent transverse shear stresses are taken from the fifth-order polynomial-based zig-zag theory where the fourth-order transverse shear strains can be obtained. The classical displacement field and independent transverse shear stresses are systematically blended via the mixed variational theorem. Resulting strain energy expressions are named as an enhanced higher-order shear deformation theory via mixed variational theorem(EHSDTM). The EHSDTM possess the same computational advantage as the classical HSDT while allowing for improved through-the-thickness stress and displacement variations via the post-processing procedure. Displacement and stress distributions obtained herein are compared to those of the classical HSDT, three-dimensional elasticity, and available data in literature.

Deformations of Cantilever Strips and Beam with Small Elastic Strains (작은 탄성 변형률 하의 고정-자유 지지된 스트립과 보의 변형)

  • 호광수;박기철;임세영
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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    • v.13 no.4
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    • pp.572-582
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    • 1989
  • Elastic deformations of an infinitely long strip and a beam loaded by uniform pressure upon their upper surfaces, with the fixed-free end dondition, are considered within the range of small strains. All local governing equations are satisfied up to first order in strains, and to take into account the higher order terms neglected in the local governing equations, the overall equilibrium is imposed exactly up to the leading order. The success of the approach relies upon the semi-inverse method and the decomposition of deformations in which the classical linear theory guides the solution. The solution bridges the gap between the two extremes-the classical solutions valid only for infinitesimal deformations and the solutions form the technical theories for deformations with large rotations. The solutions may be used to confirm the technical theories and to verify numerical solutions obtained from finite element analysis.