• Journal of the Korean Geosynthetics Society
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• v.20 no.3
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• pp.11-20
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• 2021

In this paper, the approximately coupled method of finite element method and boundary element method to obtain efficient and accurate analysis results is proposed for a two-dimensional elasto-static problem with a geometrically abruptly changing part. As the finite element of a two-dimensional problem, three-node and four-node plane stress element is applied, and as the boundary element of a two-dimensional problem, three-node boundary element is applied. In the modeling stage, firstly, an entire analysis target object is modeled as finite elements, and then a geometrically abruptly changing part is modeled as boundary elements. The boundary element is defined using the nodes defined for modeling finite elements. In the analysis stage, finite element analysis is firstly performed on a entire analysis target object, and boundary element analysis is automatically performed afterwards. As for the boundary conditions at boundary element analysis, displacement conditions and stress conditions, which are the results of finite element analysis, are applied. As a numerical example, the analysis results for a two-dimensional elasto-static problem, a plate with a crack, are presented and investigated.

• Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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• 2006.03a
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• pp.600-606
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• 2006

실제 지반은 경계가 없는 무한상태로 존재하기 때문에 지반구조물의 동적거동을 유한요소법을 이용하여 해석할 시 모델의 영역을 성립하는 것은 특별한 고려가 필요하다. 유한요소법에서의 동적해석은 파동의 전달을 포함하기 때문에 모델의 경계에서 인공적인 경계조건이 필요하다. 인공적인 경계 조건은 유한요소내의 지반상태를 무한상태로 변형시킬 수 있어야 하며, 경계에 도달하는 응력 파동을 모델내로 반사시키지 않고 흡수 할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 간단한 점 탄성 반무한 불연속 요소를 이용하여 지반구조물의 동적해석을 수행하는 방법을 보여준다. 반무한 요소의 실행은 OpenSees라는 유한요소 해석프로그램을 이용하여 수행되었으며, 예를 통하여 불연속 요소가 경계에 도달하는 응력 파동을 충분히 흡수하여 유한요소 모델을 반무한 상태로 전환 시킬 수 있다는 것을 보여준다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.12 no.4
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• pp.591-597
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• 1999

본 연구에서는 비 균질 퇴적층으로 인한 지진파의 증폭에 대한 경계/유한요소 해석을 수행하였다. 수치해석을 위해, 비 균질 퇴적층은 8절점 등 매개 변수 유한요소 사용하여 모델링하였고, 그 주위의 균질 반무한 지반은 3절점 등매개 변수 경계요소를 사용하여 모델링하였다. 경계요소와 유한요소의 접촉면에서, 표면 력의 평형조건과 변위의 적합 조건에 의해 두 개의 요소를 결합하는 알고리듬을 개발하였다. 수치해석의 영향인자로서 SH파, P파와 SV파의 입사각, 무 차원 진동수 그리고 반무한 지반과 퇴적층사이의 전단 파 속도 비와 질량밀도 비를 고려하였다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1996.05d
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• pp.398-403
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• 1996

이 논문에서는 지반과 기초를 일반적인 3차원 유한요소로 모델링하고, 유한요소의 바깥영역은 일반적인 모드의 축대칭 유한요소와 축대칭 Hyperelement를 사용하여 전달경계로 모델링하여, 유한요소와 전달경계의 경계에서 두 요소간의 연계에 의하여 기초에서의 동적강성행렬을 구한다. 이를 위하여 3차원 유한요소와 축대칭 요소간의 연계방법을 제안한다. 제시되는 기초의 동적강성행렬은 x,y,z방향의 병진성분과 x,y,z축에 관한 회전성분의 6자유도로 표현된다. 이 논문에서 사용한 3차원 유한요소와 축대칭 요소의 연계 방법의 검증을 위하여 구형기초와 등가의 강성을 갖는 강체원형기초의 동적강성행렬을 구하고 이를 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1995.05b
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• pp.805-812
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• 1995

산업의 다변화로 인한 에너지의 수요는 증가하고 있고 이에 따라 핵연료의 사용과 사용 후 연료의 안전한 처분은 큰 관심사가 되고 있다. 본 연구에서는 사용후 핵연료의 폐기에 따른 지하동굴의 해석을 비선형 유한요소와 경계요소의 조합에 의하여 수행하였다. 지하 암반의 열 하중에 의한 거동을 해석하기 위해 응력이 집중되는 대상영역은 유한요소로, 무한영역에는 경계요소를 적용하여 해석하였다.

• Computational Structural Engineering
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• v.7 no.4
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• pp.57-67
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• 1994

It is usual that underground structures are constructed within a multi-layered medium. In this paper, an efficient numerical modelling of multi-layered structural systems is studied using coupled analysis of finite elements and boundary elements. The finite elements are applied to the area in which the material nonlinearity dominates, and the boundary elements are applied to the far field where the nonlinearity is relatively weak. In the boundary element modelling of the multi-layered medium, fundamental solutions are not readily available. Thus, methods which can utilize existing Kelvin solutions are sought for the interior multi-layered domain problem. The interior domain problem which has piecewise homogeneous layers is analyzed using boundary elements with Kelvin solution, by discretizing each homogeneous subdomain and enforcing compatibility and equilibrium conditions between interfaces. Developed methodology is verified by comparing its results with those from the finite element analysis and it is concluded that coupled analysis using boundary elements and finite elements can be reasonable and efficient.

• Geotechnical Engineering
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• v.6 no.1
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• pp.25-34
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• 1990

The finite element and boundary element methods of underground analysis are both well established numerical techniques for determination of stress and displacement distributions at underground excavation. The finite element method presents antithetical advantages and limitations. Complex constitutive behaviour may be modelled, at the expense of numerical efficiency and, for infinite domain, inadequate representation of remote bounadry conditions. The inherent advantages of the boundary element method are the ease with which infinite domain problems may be analysed, and the efficiency of analysis typically associated with a boundary value solution procedure. Application of the method is limited by the requirements linear constitutive behaviour for the medium. A combined of the finite element and boundary element methods of underground analysis is shown to preserve the advantages of each procedure, and, eliminates their individual disadvantages. Procedures employed in this papers described combined FEBEM algorithm. Solutions of underground excavation verifying the performance of combined FEBEM code are compared with theoretical solution, boundary element solution and finite element solution.

• Computational Structural Engineering
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• v.2 no.1
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• pp.55-64
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• 1989

A procedure which may be useful in dealing with problems of half plane is considered. Boundary elements are combined with nonlinear finite elements to facilitate their merits. Boundary elements for semi-infinite region are composed using the Melan's solution for half plane. Nonlinear finite elements are used to model irregularity or nonhomogeneity of elasto-plastic materials, which is usual in underground structures. In order to verify the procedure, a shallow tunnel under internal pressure is analysed using the nonlinear finite element method and combined method. It is shown that the developed procedure is accurate enough compared with other method.

• Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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• v.5 no.2
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• pp.83-91
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• 2001

본 연구에서는 2차원 평면상에서 자유장응답 해석을 위하여 유한요소-경계요소 조합에 의한 수치해석기법을 개발하였다. 전체 계를 외부영역과 내부영역으로 구분하였다. 외부영역은 동적 다층반무한 기본해를 이용한 경계요소로 모형화되고 내부영역은 유한요소로 모형화하여 조합하였다. 다층지반의 외부에서 입사하는 지진에 의한 지진응답해석을 수행하기 위하여 동적기본해를 이용한 자유장응답해석을 수행하였다. 지진응답해석에서는 지반의 전단병형률에 따라 변화하는 비선형특성을 모형화하기 위해 등가선형화기법을 적용하였다. 지진응답해석의 검증에 의하여 해석결과를 상용프로그램의 결과와 비교하였다. 결과적으로 지진응답해석을 효과적으로 수행할 수 있는 수치해석기법을 개발하였고 구조물이 있는 경우로의 확장돠 가능하게 되었다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.13 no.3
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• pp.25-34
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• 1993

The long-term behavior, such as in excavation problems of weak medium, can be dealt with by the elasto-viscoplasticity models. In this paper, a combined formulation of elasto-viscoplasticity using boundary elements and finite elements without using internal cells is presented. The domain integral introduced due to the viscoplastic stresses is transformed into a boundary integral applying direct integration in cylindrical coordinates. The results of the developed boundary element analysis are compared with those from the explicit solution and from the finite element analysis. It is observed that the boundary element analysis without internal cells results in some error because of its deficiency in handling the nonlinearity in local stress concentration. Therefore, a coupled analysis of boundary elements and finite elements, in which finite elements are used in the area of stress concentration, is developed. The coupled method is applied to a time dependent inelastic problem with semi-infinite boundaries. It results in reasonable solution compared with other methods where relatively higher degree of freedoms are employed. Thus, it is concluded that the combined analysis may be used for such problems in the effective manner.