• 대한기계학회논문집A
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• 제33권2호
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• pp.153-161
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• 2009

Three-dimensional finite-element methods(FEM) have been used to analyze the thermal stress of an exhaust gas recirculation(EGR) cooler due to thermal and pressure load. Since efficiency and capability of the heat exchanger are mainly dependent on net heat transferring area of the EGR cooler system, the tube inside the system has a numerous dimples on the surface. Thus for finite element analysis, firstly the dimple-typed tube is modeled as a plain element without the dimple, and then the equivalent thermal conductivities and elastic modulus are calculated. This work describes the numerical homogenization procedure of the dimple-typed tube and verifies the equivalent material properties by comparison of a single unit and the actual full model. Finally, the homogenization scheme presented in this study can be efficiently applied to finite element analyses for the thermal stress and deformation behavior of the EGR cooler system with the dimple-typed tube.

• 항공우주기술
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• 제12권2호
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• pp.48-56
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• 2013

본 연구에서는 다양한 균질화 기법을 통해 섬유강화 복합재료 단일 적층판의 등가탄성계수를 예측을 수행하였다. 섬유강화 복합재료의 등가 탄성계수를 예측하는 해석식 및 준실험식 등 많은 기법들이 제안되어 왔지만 사용대상에 따라 제약이 있거나, 복합재료를 구성하는 섬유나 기지의 종류에 따라 예측결과가 시험결과와 잘 일치하지 않는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서 전산 균질화 기법을 통해 실제 복합재료 형상과 유사한 대표체적 요소를 선정하여 유한요소 모델링을 수행하고, 주기적 경계조건을 부여하여 등가 탄성계수를 예측하였다. 아울러 기존의 예측식 및 시험 결과와 비교하여 그 성능을 검증하였으며, 인공위성 복합재료 패널 구조해석결과에 미치는 영향에 대해 검토하였다.

• 전산구조공학
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• 제2권1호
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• pp.55-64
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• 1989

본 논문에서는 경계요소법과 비선형 유한요소법의 각 장점을 이용하여 반무한 영역을 가진 구조체의 해석방법을 논하였다. 여기서, 반무한 경계요소는 Melan의 반무한 평면에 대한 해로부터 구성하였다. 비선형 유한요소는 지하구조물에서 주로 접할 수 있는 탄소성 재료의 비균질성 또는 불규칙성을 모형화하기 위하여 사용하였다. 본 조합방법의 검증을 위하여 얕은 터널에 일정한 내압이 작용하는 경우를 택하여, 비선형 유한요소법과 조합방법의 결과를 비교하였다. 비교결과, 개발된 조합방법이 다른 해석방법에 비해 충분한 정확도를 가짐을 알 수 있었다.

• 전기의세계
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• 제44권3호
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• pp.9-14
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• 1995

비정질 core의 Butt-lap-step joint model의 자계를 유한요소법을 이용하여 해석한 결과, step당 리본 수의 변화, 설계자속밀도의 변화, 코아 연결부의 형상 변화에 따른 특성을 분석하면 다음과 같이 요약할 수 있다. (1) Step당 리본 수의 변화에 따른 영향에서 리본수가 작을수록 코아 전체의 flux density의 편차가 작으며 최대값 역시 낮으므로 유리하다. (2) 설계자속밀도의 변화에 따른 코아 부위의 자속 변화는 인가하는 설계자속밀도의 값이 높을수록 균일한 자장 분포를 얻을 수 있다. (3) 코아의 적층 방법의 변화에서는 Butt-Lap-Step방식이 가장 유리한 결과를 얻을 수 있었지만 코아 곡률부의 형상 변화가 중요한 요소로 작용한다. (4) 최적 step수, ribbon/group 수, airgap 길이 등은 전체 model의 특성, 손실, 제작성 등을 고려하여 결정하는 것이 바람직하며, 유한요소법의 해석으로는 전체적인 비정질 코아 변압기의 전기적인 특성과 경향을 도식화하여 설계자에게 좋은 설계방향과 정보를 제공할 수 있게 된다. 또한 비정질 코아의 특성상 종래의 일반적인 유한요소법으로는 많은 계산시간과 큰 computer system을 요구하는 core의 미세부분의 해석은 새로운 계산기법을 도입하여 계산해야 할 것이다. 이러한 문제해결을 위하여 3절에서 설명한 Asymptotic Expansion을 이용하여 균질화(homogenized)된 투자율 (또는 reluctivity)를 산출하고, 여기에 유한요소기법을 도입하여 단점을 보완한 새로운 기법의 algorithm을 개발하고 있으며, 이 기법은 계산시간의 단축과 Microscopic하게 자속밀도 분포를 관찰 할 수 있으므로 joint 부분의 자속경로와 손실 등 비정질 코아의 설계 Parameter를 설정하는 결정적인 역할을 할수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.245-259
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• 2003

본 논문은 강관 다단 그라우팅 터널 보강에 대한 메카니즘 규명에 대한 연구이다. 본 보강공법을 구성하고 있는 보강요소들의 복잡한 기하학적 특성과 각 보강요소들이 전체 보강 메카니즘에 기여하는 정도의 불명확성에 기인하여 본 공법으로 보강된 터널을 합리적으로 해석하기란 무척 어려운 문제로 여겨지고 있다. 따라서 본 연구에서는 균질화 기법을 도입하여 본 공법으로 보강된 지반매질을 하나의 복합체로써 정의하고 수치 모델화하여, 이를 기반으로 3차원 탄소성 유한요소코드를 개발하였다. 이때 균질화 기법과 연계된 굴착단계별 해석 등과 같은 터널해석을 위해 요구되는 다양한 실용적인 알고리즘들 또한 제안되었다. 이러한 과정으로 개발된 3차원 탄소성 유한요소코드를 이용하여 본 보강공법의 이방성 보강 메카니즘에 관하여 고찰되었으며, 이를 위해 다양한 주요 설계인자들에 대한 매개변수 연구가 수행되었다. 이를 통해 유도된 복합 보강 지반체의 역학적 거동특성은 각 구성 매질들의 기하학적 특성과 기여도 등을 잘 모사하고 있는 것으로 판단되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.81-93
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• 2020

본 연구를 통해 다양한 분야에서 재료의 역학적 거동을 해석하고 예측하는 방법인 유한요소법(Finite Element Method, FEM)을 활용하여 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료의 피로 특성을 분석하였다. 이를 구현하기 위해 평균장 균질화(mean-field homogenization) 이론을 활용하여 고분자, 고무, 금속 등과 같은 다양한 복합재료를 위한 선형, 비선형 다중스케일 재료 모델링 프로그램인 Digimat을 이용하였다. 이를 통해 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료의 미세 구조와 재료 모델을 정의하여 더욱 현실적으로 고분자 복합재료의 피로 거동을 예측하고자 한다. 참고문헌을 통해 시험 온도, 섬유배향, 응력비, 시편의 두께 등 다양한 변수들을 사용하여 30wt%의 단 섬유 질량 비율을 갖는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT)의 고분자 복합재료의 피로 특성을 조사하였다. 섬유배향 정보를 계산하기 위한 사출해석은 Moldflow 소프트웨어을 활용하였으며, 이를 유한요소 피로시편 모델에 매핑하였다. 대표적인 유한요소 상용 소프트웨어인 LS-DYNA는 섬유배향에 따른 고분자 복합재료의 응력 진폭을 계산하기 위해 Digimat과의 연성해석에 활용하였다. 그리고 수치해석을 활용한 피로수명 해석을 위해 다양한 재료 모델들로 구성된 FEMFAT 소프트웨어를 사용하였다. 선형 재료 모델의 연성해석 결과는 높은 응력 진폭에 의한 재료의 국부적 비선형이 발생하는 LCF 영역의 피로 특성을 연구하기 위해 Neuber 법칙을 사용하여 재료의 피로 거동을 분석하였으며, 비선형 재료 모델의 연성해석 결과 역시 FEMFAT을 활용한 피로수명 해석에 사용되었다. 연성해석과 피로해석의 결과는 섬유배향에 따라 유한요소 시편의 두께 방향으로 분석하여 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료의 형태학적, 역학적 구조에 대해서 평가하였다.

• 한국음향학회지
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• 제30권7호
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• pp.368-376
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• 2011

압전복합체는 낮은 음향 임피던스와 높은 전기-기계 결합계수를 가지는 장점으로 인해 광대역 음향 트랜스듀서의 개발에 널리 활용되고 있으나, 구조의 복잡성으로 인해 이를 이용한 각종 트랜스듀서의 설계에 많은 제약이 있어왔다. 본 논문에서는 1-3형 압전복합체의 등가물성을 도출하여, 압전복합체와 동일한 특성을 가지는 균질한 단일 상의 물질로 대체하는 방법을 제안하였다. 압전복합체의 다양한 진동모드에서의 공진특성을 정확히 나타낼 수 있는 등가물성 도출을 위해 공진법과 유한 요소 해석법을 이용하였다. 제작한 1-3형 압전복합체 시편과 유한요소해석 모델의 주파수 특성을 비교하여 본 논문의 등가물성도출 방법의 타당성을 검증하였으며, 등가물성을 각 공진 모드별 단일상의 유한요소 해석 모델들에 적용하여 도출한 물성값의 정확성을 분석하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권9호
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• pp.663-670
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• 2020

2.5D C/SiC를 적용한 구조물의 거동 특성을 유한요소해석으로 근사하기 위해 기계적 물성 특성화와 모델링 기법에 관한 연구를 수행하였다. 2.5D C/SiC 소재의 거동 특성을 분석하기 위해 인장시험을 수행하였고 수학적 균질화 기법과 수정된 혼합 법칙을 적용하여 2.5D C/SiC를 구성하는 섬유와 기지의 탄성 물성을 정의하였다. 탄소성 거동을 나타내는 기지는 소성 영역의 거동을 bilinear 함수로 근사하고 시험과 해석의 오차를 최소화하여 등가 항복 강도와 등가 소성 강성을 계산하였다. 그리고 2.5D C/SiC의 RVE를 정의하고 수정된 혼합 법칙을 적용하여 유효강성행렬을 계산하는 과정을 ABAQUS의 User-defined subroutine을 통해 구성하였다. 제안된 과정을 바탕으로 정의된 섬유와 기지의 기계적 물성을 적용하여 유한요소해석을 수행한 결과는 시험의 거동을 잘 근사하고 있음을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제18권5호
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• pp.15-20
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• 2005

본 논문에서는 복합재 파손에 의한 음향방출해석을 3차원 유한요소법과 외연시간적분법을 이용하여 구현하였다. 음원모델은 등가체적력 모델을 사용하였다. 계산기법의 타당성을 검증하기 위해 단일 섬유가 내재된 등방성 평판에서 섬유파손 시 발생하는 탄성파에 의한 동적변위를 시험과 비교하였다. 적층 복합재의 경우, 섬유와 기지를 각기 모델링한 방법과 균질화한 모델을 비교하여 차이점을 비교하였다. 음향방출에서 발생하는 고주파 성분을 검출하기 위해 계산시간 스텝이 매우 작아야 하며, 매우 많은 자유도의 모델이 동반되어야 한다. 이러한 대규모 문제를 효과적으로 해결하기 위해 병렬 계산 기법을 도입하였다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.329-334
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• 2023

기존의 멀티스케일 유한요소법(Multiscale finite element, FE² )은 거시 스케일의 모든 적분점에서 대표 체적요소(representative volume element, RVE)의 미시 경계치 문제를 반복적으로 계산하기 때문에 긴 해석 시간과 많은 데이터 저장 공간을 필요로 한다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서 평균장 균질화 데이터 기반 멀티스케일 해석 기법을 개발하였다. 데이터 기반 전산역학(data-driven computational mechanics, DDCM) 해석은 변형률-응력 데이터 셋을 직접적으로 사용하는 모델-프리(model-free)접근 방식이다. 멀티스케일 해석을 수행하기 위해, 평균장 균질화(mean-field homogenization)를 활용하여 복합재의 미세구조에 대한 변형률-응력 데이터베이스(database)를 효율적으로 구축하고, 이를 기반으로 데이터 기반 전산역학 시뮬레이션을 수행하였다. 본 논문에서는 개발한 멀티 스케일 해석 프레임워크(framework)를 예제에 적용하여, 초탄성(hyperelasticity) 복합재의 미세 구조를 고려한 데이터 기반 전산역학 시뮬레이션 결과를 확인하였다. 따라서, 데이터 기반 전산역학 접근 방식을 활용한 멀티스케일 해석기법은 다양한 재료 및 구조에 적용될 수 있으며, 멀티스케일 해석 연구 및 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.