• 한국음향학회지
• /
• 제43권2호
• /
• pp.168-177
• /
• 2024

수중 압전 에너지 하베스터(Piezoelectric Energy Harvester, PEH) 설계시 곡률변화를 통해 외팔보형 전체의 와류유기진동(Vortex Induced Vibration, VIV)을 생성시키고, VIV의 생성으로 곡면형 외팔보 PEH에 진동 변위가 증가한다는 것은 실제 전력을 증대 시키는 데 중요한 요소이다. 해석 모델인 곡면형 PEH의 재질은 Polyvinyline Di-Floride(PVDF) 압전 필름으로서 곡률이 다양한 50 mm, 130 mm, 210 mm 모델에 유속은 0.1 m/s ~ 0.50 m/s로 정하여 VIV에 의한 PEH의 스트레인 에너지 변화를 관찰하였다. 곡률 반경이 작을수록 큰 폭의 VIV가 나타났고, 유속이 증가할수록 VIV가 많이 나타났다. 작은 곡률로 인한 급격한 형상변환이 VIV의 생성에 효과적이었고 스트레인 에너지, 정규화 발생 전압, 평균 전력 등은 곡률이 증가할수록 감소하였다. PEH 자체의 전력량을 증대시키기 위해 급한경사의 곡률 개선뿐만 아니라 곡률형 PEH의 개수가 늘어남에 따라 평균 전력도 상승할 것으로 사료된다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제12권3호
• /
• pp.39-55
• /
• 1992

본(本) 연구(硏究)에서는 트러스구조물(構造物)의 효율적(效率的)인 형상최적화(形狀最適化)를 위해서 3단계분할최적화(段階分割最適化) 기법(技法)을 유도(誘導)하였다. 3단계분할최적화(段階分割最適化) 기법(技法)을 적용(適用)하기 위하여 제(第)1단계(段階)에서 설계변수(設計變數)로 목적함수(目的函數)는 구조물(構造物)이 에너지를 최대(最大)로 흡수(吸收)할 수 있도록 변형(變形)에너지를 택하였으며 제약조건식(制約條件式)으로는 허용응력(許容應力), 좌굴응력(挫屈應力), 변위제약(變位制約) 및 다(多) 재하조건(載荷條件)을 고려(考慮)하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 제(第) 2단계(段階)에서 설계변수(設計變數)는 부재단면적(部材斷面積)으로하여 목적함수(目的函數)는 구조물(構造物)의 중량(重量)이 최소(最小)가 되도록 중량함수(重量函數)를 택하였으며 제약조건식(制約條件式)으로는 제(第)1단계(段階)에서 얻은 최대변위(最大變位)를 대입(代入)한 평형조건식(平衡條件式) 및 다재하조건(多載荷條件)을 고려(考慮)하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 제(第) 3단계(段階)에서는 조정변수(調整變數)를 절점좌표(節點座標)로 하고 목적함수(目的函數)로는 중량함수(重量函數)로 하여 최적화(最適化) 문제(問題)를 형성(形成)하였다. 이와같이 형성(形成)된 제(第)1, 제(第)2단계(段階)의 최적화(最適化) 문제(問題)는 선형계획문제(線形計劃問題)로 된다. 따라서 3단계(段階) 분할최적화(分割最適化) 기법(技法)은 최적화(最適化) 과정(過程)이 간편(簡便)하고 구조해석(構造解析) 및 감도분석(感度分析)을 위한 기법(技法)을 적용(適用)할 필요(必要)가 없으므로 최적화(最適化) 과정중(過程中) 구조해석(構造解析) 및 감도분석(感度分析)에 요구(要求)되는 시간(時間)을 줄일 수 있는 효율적(效率的)인 기법(技法)이었다. 제(第) 3단계(段階)에서는 절점좌표(節點座標)를 설계변수(設計變數)로 하므로서 무제약최적화문제(無制約最適化問題)로 형성(形成)되므로 최적화과정(最適化過程)이 용이(容易)하다. 또한 본(本) 연구(硏究)는 각(各) 단계(段階)에 각각(各各) 다른 최적화기준(最適化基準)을 사용함으로써 수염속도(收斂速度)를 향상(向上)시키고 있다. 본(本) 연구(硏究)의 기법(技法)을 4종(種)으 트러스 구조물(構造物)에 적용(適用)한 결과 트러스 구조물(構造物)의 형태(形態), 제약조건식(制約條件式)에 구애받지 않고 효율적(效率的)으로 최적해(最適解)에 수염(收斂)함과 동시(同時)에 타(他)의 연구(硏究)와 거의 동일(同一)한 연구결과(硏究結果)를 얻었다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제13권2호
• /
• pp.73-84
• /
• 1993

본(本) 연구(研究)에서는 분할기법(分割技法)을 이용하여 평면(平面)트러스구조물(構造物)의 형상최적화(形狀最適化)를 시도(試圖)하였다. 본(本) 연구(研究)의 제(第)1단계(段階)(Level 1)에서는 다른 연구(研究)와 달리 응력제약(應力制約)을 감도해석(感度解析)에 효율적(效率的)이라고 알려진 설계공간법(設計空間法)에 의해서 부재응력근사화(部材應力近似化)를 하므로서 비선형최적화문제(非線形最適化問題)가 선형계획문제(線形計劃問題)로 변환(變換)되어 해(解)를 효율적(效率的)으로 구할 수 있고 또한 감도해석(感度解析)을 위한 구조해석수(構造解析數)를 줄일 수 있다. 목적함수(目的凾數)는 구조물(構造物)의 중량(重量)이 최소(最小)가 되도록 중량함수(重量凾數)를 택하였다. 제약조건식(制約條件式)으로는 허용응력(許容應力), 좌굴응력(挫屈應力), 변위제약(變位制約) 및 설계변수(設計變數) 상하한치제약(上下限値制約)을 부과(附課)하였고 다(多) 재하조건(載荷條件)을 고려(考慮)하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 제(第)2단계(段階)(Level 2)에서는 설계변수(設計變數) 및 조정변수(調整變數)를 절점좌표(節點座標)로 하고 목적함수(目的凾數)로는 중량함수(重量凾數)로 하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 절점좌표(節點座標)만을 설계변수(設計變數)로 하므로서 무제약최적화문제(無制約最適化問題)로 형성(形成)되므로 최적화(最適化) 과정(過程)이 용이(容易)하다. 본(本) 연구(研究)의 제(第)1단계(段階)에서는 부재응력(部材應力)을 근사화(近似化)하여 단면(斷面)을 최적화(最適化)하고 제(第)2단계(段階)에서는 형상(形狀)만 최적화(最適化)하는 분할기법(分割技法)을 트러스구조물(構造物)에 적용(適用)한 결과 본(本) 연구(研究)는 트러스구조물(構造物)의 형태(形態), 제약조건식(制約條件式)에 구애받지 않고 최적해(最適解)에 부재응력근사화(部材應力近似化)로 인하여 효율적(效率的)으로 수렴(收斂)하였고 또한 타(他)의 연구(研究)와 거의 동일(同一)한 연구(研究) 결과(結果)를 얻었으며 형상최적화(形狀最適化)로 트러스구조물(構造物)의 중량(重量)을 5.4% - 15.4% 까지 감소(減少)시켰다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제37권1호
• /
• pp.9-17
• /
• 2017

본 연구에서는 변위 및 가속도 응답의 저감 효과에 있어서, 유리한 형상인 $180^{\circ}$ 나선형(Helical $180^{\circ}$) 초고층건물을 대상으로 공력진동실험 수행하여 나선형 초고층건물의 공력감쇠율의 특성을 조사하였다. 공력감쇠율은 RD법(Random decrement technique)을 이용하여 평가하였다. 또한 RD법에서 부분 샘플의 개수와 초기 조건 값의 변화가 공력감쇠율에 어떤 영향을 미치는지 조사하였다. 실험 결과, 최소 2000개 이상의 부분 샘플을 이용하여 앙상블 평균을 적용하면 공력감쇠율의 불규칙한 변동의 폭을 줄일 수 있음을 검증했고, 기존 연구들과도 잘 부합되는 것을 알 수 있었다. 정방형 모형과 $180^{\circ}$ 나선형 모형의 공력감쇠율의 결과를 살펴보면, 풍방향 공력감쇠율은 건물의 형상이 다름에도 불구하고 무차원 풍속에 따른 공력감쇠율은 매우 유사한 경향을 보였다. 한편, 정방형 모형에 대한 풍직각방향의 공력감쇠율은 $180^{\circ}$ 나선형모형의 공력감쇠율의 특성과는 다른 양상을 보이는 것을 알 수 있었다. 특히 풍향 변화에 따른 $180^{\circ}$ 나선형 모형의 Y방향에 대한 공력감쇠율은 풍향의 변화와 상관없이, 전반적으로 0에 가까운 값을 갖는 경향이 나타났고, 무차원 풍속의 증가와 함께 변동의 폭은 작지만 점진적으로 증가하는 경향을 보였다. 초기 조건 값의 변화에 따른 공력감쇠율을 평가한 결과, 초기 조건 값을 "응답의 표준편차" 또는 RD 함수에 대한 최적화 "${\sqrt{2}}{\times}$응답의 표준 편차"를 적용하여 평가한 공력감쇠율은 매우 유사한 결과 값과 분포를 보이는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제22권1호
• /
• pp.1-13
• /
• 2009

이 논문에서는 복잡한 기하학적 형상과 비선형 특성들을 보이는 곡선 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 사장교의 극한거동을 안정적으로 예측하기 위한 비선형 해법을 제시하였다. PSC 교량 구조물의 비선형 거동 및 극한거동을 예측하기 위한 해법으로서 하중제어법(load control strategy)과 변위제어법(displacement control strategy)을 적용하였다. 콘크리트의 과다한 균열과 재료상태 및 케이블 장력의 급격한 변화로 인해 불평형력(unbalanced load)이 크게 변화하여 이들 두 해법으로 해를 구할 수 없는 경우에 대한 대안으로서 불평형력을 적정한 비율로 감소시키면서 하중제어 법을 적용하여 해를 안정적으로 구해 나가는 불평형력 감쇠(scale-down of the unbalanced load)를 적용한 하중제어법을 제시하였다. PSC 거더교의 극한해석을 수행하여 불평형력 감쇠를 적용한 하중제어법의 정당성을 평가하였다. 또한 곡선 PSC 사장교의 극한해석에 이 논문에서 제시한 비선형 해법을 적용하여 복잡한 비선형성으로 인해 해가 수렴하기 어려운 해석에도 이 해법이 유용함을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제17권5호통권78호
• /
• pp.569-580
• /
• 2005

기존 강구조 모멘트연성골조시스템의 기둥-보 접합부는 노스리지 지진과 고베 지진시 충분한 내진성능을 발휘하지 못하고 접합부에서 취성파괴가 발생하였다. 본 논문은 기존 접합부의 형상을 변화하여 H형강보 웨브의 고장력볼트 전단접합과 H형 플랜지의 리브보강 유무를 변수로 한 실대형 실험을 실시하였다. 실험목적은 보웨브의 2면전단접합으로 고장력 볼트수 감소와 시공성 향상을 기대하며, 리브플레이트 보강을 통해 내진성능을 향상시키고자 한다. H형강 보웨브의 2면전단접합과 리브플레이트로 보강한 접합부 실험결과, 기존 접합부보다 초기강성, 에너지 소산능력 및 소성회전능력이 높게 나타났으며, 내력상승률 및 변형능력은 전단탭의 위치로 인해 인장측과 압축측이 다소 차이를 보이고 있으나 전체적으로 우수한 내진성능을 나타냈다. 그리고 모든 시험체가 층간변위비 4%, 총소성회능력 약 0.029rad이상 및 접합부 최대내력이 원단면보 전소성모멘트의 약 130% 이상을 상회하여 중급모멘트연성골조이상의 설계가 가능하리라 사료된다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제16권6호통권73호
• /
• pp.769-780
• /
• 2004

본 논문의 목적은 인장용 연결 플레이트를 갖는 냉간성형 각형강관 갭 N형 접합부의 실험연구를 통하여 접합부 거동을 평가하는데 있다. 실험을 위한 주요 변수로는 주관의 폭두께비, 주관에 대한 지관의 폭의 비, 편심비, 압축지관 형상, 지관의 각도, 주관 상부 플랜지면 보강 등이 있다. 이와 같은 변수들로 구성된 갭 N형 접합부에 대한 내력 및 파괴모드 등에 대하여 실험을 통해 고찰하고자 한다. 실험결과, 갭 N형 접합부는 폭비에 관계없이 접합부의 인장측 변위가 선행하여 접합부의 내력이 결정되었으며, 접합부 파괴는 접합된 주관면의 찢어짐 파괴모드로 결정되었다. 인장 및 압축측 폭비(${\beta}$)가 클수록 주관 폭두께비가 작을수록 접합부의 항복하중 및 최대하중은 선형으로 상승하는 것으로 나타났다. 주관의 폭두께비($2{\gamma}$)가 작을수록 접합부의 내력비교 곡선은 급격히 상승함을 알 수 있다. 인장용 연결 플레이트를 갖는 갭 N형 접합부에 대하여 변수에 따른 접합부의 하중, 초기강성, 연성능력 및 파괴모드 변화 등에 대한 결과에 대해서도 정리하여 나타내었다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제16권2호
• /
• pp.197-206
• /
• 2003

임의의 경계조건과 변두께를 갖는 축대칭 반구형 쉘과 반구형체의 진동수와 모우드형상을 결정하는 3차원적 해석법이 소개되었다. 수학적으로 2차원적인 전통적인 쉘이론과는 달리 본 연구의 해석법은 3차원 동적 탄성방정식을 사용하였다 자오선방향 (Φ), 법선방향(z), 원주방향(θ)으로의 변위성분인 μ/sub Φ/, μ/sub z/, μ/sub θ/는 시간에 대해서는 정현적으로, θ에 대해서는 주기적으로, 와 z 방향에 대해서는 대수다항식으로 표현될 수 있다. 축대칭 반구형 쉘의 변형률 에너지와 운동 에너지를 정식화하고, 리츠법으로 고유치문제를 계산하였다. 진동수의 최소화과정을 통해 엄밀해의 상위 경계치 진동수를 구하였으며, 이 때, 다항식의 차수를 증가시키면 진동수는 엄밀해에 수렴하게 된다. 자오선방향으로 선형적으로 꿩 두께가 변하는 반구형 쉘과 반구형체치 3차원적 진동수를 최초로 계산하였으며, 축방향으로 난 조그만 원추형 구멍이 진동수에 미치는 영향도 분석하였다. 상두께와 자유경계조건을 갖는 두꺼운 축대칭 반구형 쉘에 대한 3차원적 리츠해와 3차원적 유한요소법에 의한 진동수를 서로 비교하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제21권2호
• /
• pp.1-12
• /
• 2017

본 연구에서는 대골형 파형강판 합성부재의 구성요소를 고강도 재료로 대체하고 이음방법, 전단보강방법 등 단면구성방법에 따른 단위부재의 휨거동을 분석하여 대골형 파형강판 합성부재 구조물의 장대화 및 적용범위확대를 위한 기초자료를 제시하고자 하였다. GR40과 SS590 강재를 적용한 합성구조체의 휨실험 결과, SS590 파형강판을 적용한 경우 정모멘트 하중저항성능은 약 28%가 증가되는 것으로 확인되었으나 부모멘트 저항성능은 미미한 것으로 확인되었다. 볼트의 개수를 증가시킨 파형강판 이음방법의 정모멘트 및 부모멘트 저항성능증가율은 높지 않은 것으로 확인되었다. 이는 고강도 재료에 따른 볼트의 접합 특성(볼트중심에서 연단까지의 거리, 볼트중심간 간격 등)이 거동에 영향을 미쳤기 때문인 것으로 추정된다. 전단보강재 간격별 휨실험 결과, 보강재 간격이 감소할수록 정모멘트에 대한 하중저항성능, 부모멘트에 대한 변위저항성능이 향상되는 것으로 확인되었다. 전단보강재 형상별 휨실험결과, U형 보강재 적용에 따른 정 부모멘트 저항성능 증가율은 약 2%~7% 로 낮았다. 따라서 대골형 파형강판 합성부재의 휨성능증가에는 파형강판의 강종, 전단보강재 간격, 보강철근의 특성이 주요한 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제41권1호
• /
• pp.31-40
• /
• 2017

1990년대 중반에 개발된 절대절점좌표는 탄성체 동역학 해석에 활용되고 있다. 운동방정식을 유도하는 과정에서 변위장을 이루는 다항식의 차수가 증가하면 필연적으로 자유도가 증가하게 되고, 이는 해석 시간의 증가로 이어진다. 따라서 본 연구에서는 차원 운동방정식을 무차원 운동방정식으로 전환함으로써 해석 시간을 단축시키고자 하였다. 위치 벡터를 이루는 형상 함수는 무차원으로, 절점 좌표는 길이 차원으로 정리한 후 무차원화하는 변수를 통해 무차원 질량행렬, 무차원 선형 강성행렬 및 무차원 보존력을 유도하였다. 무차원 운동방정식의 검증과 효율성은 정적 처짐에 대한 정해가 존재하는 외팔보 및 단진자 예제를 통해 제시하였다.