• 대한기계학회논문집A
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• 제39권5호
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• pp.453-460
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• 2015

후쿠시마 원전 사고 이후로 원자력 발전 플랜트의 배관 시스템에 가해지는 비틀림 하중의 영향에 대한 연구가 여러 연구자들에 의해서 수행되었다. 발전 플랜트의 원주방향 균열을 포함한 배관은 정상운전 조건이나 갑자기 발생한 사고에 의해서 굽힘과 비틀림과 같은 하중을 받을 수 있다. ASME 코드에서는 균열 배관의 구조건전성 확보를 위해서 한계하중 기법을 사용해서 완전소성 파단에 대한 결함평가를 제공한다. 최근 개정된 코드에 따르면, 복합하중은 막응력과 굽힘 응력만을 포함하고 있다. 실제로 운전 환경에서 비틀림 하중이 가해질 수 있음에도 불구하고, 비틀림 하중을 평가하는 방법론에 대해서는 언급하지 않았다. 본 논문에서는 한계하중 분석을 기반으로 원주방향 균열 존재하는 배관에 단순 굽힘과 단순 비틀림, 인장을 포함한 굽힘 비틀림 복합하중이 가해질 경우에 대한 유한요소해석 결과를 포함하고 있다. 전단면 완전항복 기준을 만족하는 한계하중 이론해를 제안하고 유한요소해석을 통해서 이를 검증하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.155-155
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• 2011

일반적으로 I형 보에 횡하중이 작용하는 경우, 횡 변위와 함께 회전을 동반하는 횡-비틀림 좌굴(Lateral-Torsional Buckling)이 발생하게 된다. 이러한 I형 보의 탄성 및 비탄성 횡-비틀림 좌굴에 대한 해석적 이론적 연구는 이미 많은 연구자들에 의해 수행되었다(Timoshenko 등, 1961; Galambos, 1963; Lindner, 1974; Trahair, 1993). I형 보의 비지지 길이 내 하중이 작용할 때 모멘트 구배계수(Cb)는 하중이 부재 단면에 작용하는 위치에 따라 달라지게 되는데 이를 하중고 효과(Load Height Effects)라고 한다. 탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 모멘트 구배계수 제안식은 Nethercot & Rockey(1971)에 의해 연구된 바 있다. 또한 Helwig 등(1997)은 Nethercot & Rockey(1971)의 제안식을 간략화 하여 탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 모멘트 구배계수식을 제안하였다. 그러나 현재까지 진행 된 하중고 효과에 대한 연구는 탄성 영역 내 비지지 길이가 존재하는 I형 보에 대한 제안식이며 현재까지 비탄성 영역 내 비지지 길이를 갖는 I형 보의 하중고 효과에 대한 연구는 진행된 바 없다. 본 연구는 비탄성 영역 내 비지지 길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도에 대한 연구를 수행하였다. 하중조건으로는 집중하중 과 등분포 하중을 적용시켰으며, 비선형 횡-비틀림 좌굴 해석을 위해 잔류응력 및 초기변형을 고려하였다. Pi와 Trahair(1995)이 고려한 단순직선분포를 잔류응력으로 가정하였으며, 국내 I형강 표준 치수 허용치(현대제철, 2006)에 근거하여 부재 길이의 0.1%를 초기 최대 횡 변위로 적용하여 초기제작오차로 고려하였다. 유한요소해석결과를 바탕으로 Nethercot & Rockey(1971)와 Helwig 등(1997)의 연구내용을 바탕으로 범용구조해석 프로그램(ABAQUS, 2007)을 이용하여 비탄성 영역 내 존재하는 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도를 산정하였다. 유한요소해석결과를 바탕으로 Nethercot & Rockey(1971)및 Helwig 등(1997)의 모멘트구배계수 제안식과 비교 분석 하였고 회기분석프로그램 MINITAB(2006)을 이용하여 비탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형보의 하중고 효과를 고려한 모멘트구배계수식을 개발 제안하였다. 본 연구에서 개발된 제안식은 경제적이고 합리적인 휨부재 강도평가에 적극 활용될 수 있으며, 비탄성 영역내 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도 및 휨강도 연구에 널리 활용될 것이다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 1995년도 추계학술대회논문집; 한국종합전시장, 24 Nov. 1995
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• pp.191-196
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• 1995

지지부에 비틀림 하중을 받는 Elstica는 비틀림 운동을 하며, 그 가진 주파수가 굽힘모드 근처일 때는 해당하는 굽힘 모드의 운동까지도 동시에 존재하게 된다. 이때 가진력의 크기가 작을때는 주기적인 운동이 된다. 가진력의 크기가 증가함에 따라 굽힘 운동은 굽힘 1차 모드와 연성된 유사주기운동이 발생하며, 이떤 범위 이상이 되면 굽힘 운동과 비틀림 운동이 결합된 진폭이 매우 크고 불규칙적인 비평면 운동(out of plane motion)이 발생하게 되며 이 때의 운동은 혼돈운동이다. Elastica가 굽힘 3차 고유진동수 근방의 주파수로 비틀림 하중을 받을 때의 정확한 이론적 해석을 위해서는 굽힘 3차모드 까지는 반영할 수 있는 식이 모델링 되어야 할 것으로 보인다. 이것은 복잡한 비평면운동을 할 때 굽힘 3차 모드까지 관찰된다는 사실에 근거한다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제1권3호
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• pp.37-44
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• 1997

본 논문에서는 지진하중을 받는 고층건물의 비탄성거동 특히, 층수에 따라 평면이 비대칭적으로 감소하여 발생하는 비틀림거동에 대하여 고찰하였다. 평면의 구조적 비대칭성에 의하여 발생하는 강성의 비대칭은 건물이 지진하중을 받을 때 횡변위 뿐만아니라 비틀림변형을 유발하게 된다. 이러한 비탄성 비틀림거동의 해석은 2차원모델로는 어려우므로 3차원해석이 요구된다. 본 논문에서는 102층의 비정형 초고층건물을 모델로 하여 내진설계규준에 의한 지진하중을 각 층에 가하여 하중의 크기를 증가시켜 정적 탄소성해석을 수행하였는데 비틀림에 의한 영향을 평가하기 위하여 비틀림을 제한한 모델과 그 거동을 비교분석하였다. 해석 결과에 따르면 비대칭건물의 탄소성 거동은 비틀림거동에 의하여 매우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제36권2호
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• pp.80-85
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• 2023

원통형 복합재 격자 구조는 필라멘트 와인딩 공법으로 제작되며 제작 공정에서 두께방향 섬유체적비 불균일이 발생할 수 있다. 섬유체적비 불균일은 구조의 강성에 영향을 미칠 수 있으며 강성 및 좌굴 특성이 변화할 수 있다. 본 연구에서는 두께방향 섬유체적비 불균일이 복합재 격자 구조의 비틀림 좌굴 하중에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 섬유체적비 변화에 의한 강성 변화를 유한요소 모델에 적용하였고 비틀림 하중을 가한 뒤 좌굴 해석을 수행하였다. 두께방향 섬유체적비 편차에 따른 좌굴 하중을 비교하였다. 섬유체적비 불균일에 의해 비틀림 좌굴 하중이 저하될 수 있음을 확인하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2011년도 춘계학술논문집 1부
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• pp.464-467
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• 2011

본 논문에서는 기존에 수행된 비탄성 영역 내 비지지 길이가 존재하고 균일단면을 가지는 I형 보의 좌굴 강도에 대한 해석적 이론적 연구를 토대로 변단면 I형보의 하중고 효과를 고려한 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도에 대한 연구를 수행하였다. 유한요소해석에는 4절점 쉘요소인 S4R요소가 사용되었고, 플랜지 길이방향 비, 너비방향 비, 두께의 비로 스텝보를 나타내었으며, 집중하중을 작용시켰다. 개발된 좌굴강도 제안식은(오정재 등, 2011)과 해석결과를 하중고 효과 평가 시 큰 단면변화를 보이는 경우를 제외하고는 ${\pm}10%$의 오차범위를 나타내었다. 본 연구 결과는 다양한 형식의 I형보가 사용되는 빌딩 및 교량의 경제적이고 합리적인 설계의 근간을 제공해 줄 것이며, 향후 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도에 대한 연구에도 많은 도움이 될 것이다.

• 대한기계학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.41-48
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• 1991

본 연구에서는 Kim등이 제안한 다공질금속을 위한 특수 구성방정식을 바탕으 로 하여 인장/비틀림 조합하중하의 다공질금속의 탄성-소성변형을 위한 구성방정식을 제시하였다. 탄성거동에서는 기공의 영향을 고려한 일반화된 Hooke의 법칙을 사용하 였고, 탄성-소성거동은 변형률공간을 주공간으로 하여 Naghdi등에 의해 개발된 탄성- 소성변형의 구성이론을 수정하여 다공질고체에 적용하였다. 끝으로, 본 논문에서 제 안된 구성이론은 Kim등과 본 연구에서 구한 인장/비틀림의 조합하중하에서의 다공질 철 소결체의 소성 항복조건 및 탄성-소성 거동의 실험치와 비교하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권9호
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• pp.6385-6390
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• 2015

수평 곡선 I-형 거더에는 초기곡률이라는 기하학적 특성으로 인해 휨 모멘트와 더불어 비틀림 모멘트가 작용하게 된다. 이러한 휨 비틀림 거동은 서로 상호 작용을 일으켜 약축방향으로 2차 휨거동을 유발하게 된다. 휨과 비틀림 간의 상호 작용은 곡선 거더를 조기에 비선형 상태 및 소성 상태로 유도하여 내하력의 저하를 야기하게 되고, 차량의 이동 위치에 따른 편심 하중은 비틀림을 더욱 증대시킬 수 있다. 그러나 기존에 연구되어왔던 직선 거더에 대한 휨 비틀림 상호관계식은 곡선 거더가 가지고 있는 거동 특성이 고려되지 않았기 때문에 수직하중을 받는 수평 곡선 I-형 거더의 극한 강도가 과대평가 될 수 있다. 따라서 이에 대한 보다 명확하고 합리적인 제안식의 적용이 곡선 거더의 설계 시에 필요하다. 본 연구에서는 유한요소해석을 통하여 편심하중이 작용하는 수평 곡선 I형 거더의 휨 비틀림 상호작용 특성을 파악하고 거동분석을 수행하였다.

• Composites Research
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• 제29권6호
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• pp.369-374
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• 2016

본 연구에서는 굽힘-비틀림 커플링(bend-twist coupled, BTC) 설계개념을 적용한 10 MW급 복합재 풍력 블레이드의 구조 최적 설계를 수행하였다. BTC 설계개념은 동적 하중 상황에서 블레이드의 굽힘과 비틀림 거동 사이의 연동을 유도하여, 단면 받음각 변화에 의한 수동적인 적응 하중저감이 가능하다. 인자연구를 통해 최적의 BTC 설계인자를 추출하여 블레이드 구조설계에 적용하였다. BTC 개념이 동적 하중 감소에 미치는 영향을 가늠하기 위해 블레이드 루트 부에서의 피로등가하중을 계산한 결과, BTC 개념이 적용된 블레이드를 적용한 경우 피로등가하중이 2-3% 정도 감소하는 것을 확인할 수 있었다. BTC 효과를 시험적으로 검증하기 위해 1:29 비율의 블레이드 stiffener 축소모델을 제작하였으며, 정하중 시험을 통해 처짐 거동 시 끝단에서의 비틀림을 측정하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제28권1호
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• pp.19-19
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• 1991

인장/비틀림 조합을력하에서 하중경로에 따른 Al₂O₃튜브 시편의 파괴거동을 조사하였다. 인장 후 비틀림을 한 하중경로(I)에서의 거시적인 균열의 전파방향과 파괴강도는 최대 주응력 파괴조건과 일치하였다. 전단응력(τ)/인장응력(σ)의 비가 일정한 하중경로(Ⅱ)에서의 거시적인 균열의 전파 방향은 최대 주응력 파괴조건과 일치한, 최대 주응력 파괴강도는τ/ σ의 비에 다라 일축인장 파괴 강도보다 증가 또는 감소하였다. Welbull 이론은 수누 비틀림에서의 최대 주응력 파괴 강도가 일죽이장 파괴강도보다 증가함은 예측하였으나, 하중경로(Ⅱ)에서 파괴 강도가 감소함은 예측할 수 없었다. 파괴강도가 일죽인장 파과강도보다 증가 또는 감소하는 현상은 미세조직의 관찰로 부터 미세결함면에 존재하는 전단응력이 파괴에 미치는 영향으로 설명하였다. 끝으로, 인위적 균열에서의 파괴 조건과 인장/비틀림 조합응력하의 Al₂O₃튜브 시편의 파괴 실험치에 근거한 새로운 경험식을 제안하였다. 제안된 파괴 조건식은 하중경로에 따른거시적인 균열의 전파방향과 파괴강도의 실험치와 잘 일치하였다.