• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.347-353
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• 2021

본 논문에서는 구조물의 좌굴 온도와 좌굴 형상을 제어하는 새로운 크기 최적화 방법에 대해서 소개한다. 구조적 안정성 관점에서 구조물의 좌굴 온도와 좌굴 형상을 예측하는 것은 중요한 주제 중 하나이다. 이를 공학적인 직관을 통해 예측하고 최적화된 구조 설계를 하는 것은 너무나 어려운 과제이다. 이러한 한계점을 해결하기 위해 본 연구에서는 유한요소 시뮬레이션과 치수 최적 설계 방식의 조합을 제안한다. 구조물의 좌굴 온도와 좌굴 형상이 구조물의 두께에 영향을 받는다는 생각에서 착안해 설계 변수를 구조물의 노드의 두께 값으로 설정했다. 좌굴 온도 값과 좌굴 형상을 목적 함수로 정해진 부피 값을 제약 조건으로 두었다. 치수 최적 설계를 통해 원하는 좌굴 온도와 좌굴 형상을 유도하기 위한 최적의 두께 분포를 결정할 수 있다. 제안된 치수 최적 설계의 타당성은 본 논문의 다양한 직사각형 복합 구조물 예제들을 사용해서 검증하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.647-657
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• 2011

본 논문에는 국부좌굴이 발생하는 휨부재의 유한요소해석 및 실험에 근거한 단면의 휨강도에 대하여 기술하였다. 박판으로 구성된 휨부재는 단면조건 및 횡방향 경계조건에 따라서 국부좌굴, 횡-비틀림좌굴 및 두 좌굴의 혼합좌굴이 발생하게 된다. 플랜지나 복부의 폭-두 께비가 큰 경우 횡-비틀림좌굴 발생 이전에 국부좌굴이 발생하며, 국부좌굴은 휨부재의 횡-비틀림좌굴강도에 영향을 미치게 된다. 이런 현상은 박판 형강의 휨강도 산정 시 고려하여야 한다. 다양한 폭-두께비를 갖는 플랜지와 복부판으로 구성된 휨부재의 해석에 국부좌굴 및 횡좌굴 모드의 초기처짐 및 잔류응력을 포함하였다. 해석결과 및 실험에 근거하여 국부좌굴과 횡-비틀림좌굴을 고려하는 설계강도식을 제안하였다. 제안된 직접강도법은 실험에 근거한 강도식과 유효단면 대신 총단면의 단면계수를 사용한다. 제안된 강도식에 의한 휨강도를 AISC, EC3 및 도로교설계기준과 비교하여 보았다. 제안된 직접강도법은 국부좌굴과 횡-비틀림좌굴의 혼합 유무와 상관없이 휨부재의 휨강도를 적절하게 예측할 수 있는 것으로 판단되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.143-154
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• 2014

본 연구에서는 부분강절 뼈대구조물의 비탄성 좌굴해석기법을 제시하기 위하여, 이전의 연구[16]에서 제시되었던 부분강절 뼈대구조의 엄밀한 강도행렬과 선형해석을 위한 탄성 및 기하학적 강도행렬을 도입하고 비탄성 좌굴해석을 위해 도로교시방서의 극한내하력 기준과 EF법을 이용하여 부분강절 뼈대구조의 비탄성 좌굴해석 프로그램을 새롭게 개발하였다. 본 연구에서 제시한 부분강절 뼈대구조의 접선강도행렬은 안정함수를 사용함에 따라 부재 당 하나의 요소만으로 정확한 비탄성 좌굴해석 결과를 얻을 수 있으며 고유벡터를 이용하여 비탄성 좌굴형상을 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 엄밀한 접선강도행렬에 대해 Taylor 전개를 수행하여 4차항까지 고려함으로서 탄성 강도행렬과 기하학적 강도행렬을 유도하고 선형화된 좌굴해석기법을 제시하였다. 결국, 접선강도행렬을 이용한 비선형 해석프로그램(M1)과 탄성 및 기하학적 강도행렬을 이용한 선형 해석프로그램(M2)이 개발되었으며 이를 이용하여 부분강절로 연결된 뼈대구조물의 비탄성좌굴에 대한 시스템 좌굴하중과 개별부재의 유효좌굴계수를 제시함에 따라 부분강절이 전체 구조계의 좌굴과 개별부재의 유효좌굴길이에 미치는 영향을 다양한 해석예제를 통해 조사하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.185-185
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• 2011

기존 장대레일 궤도의 안정성 평가는 궤도 매개변수에 대하여 고정된 안전측의 값을 사용하는 결정론적인 해석에 의존해서 평가되어져 왔다. 그러나 실제현장의 궤도조건은 많은 영향인자들에 의해 그 특성이 불확실하게 변하고 있다. 따라서 온도하중에 의한 궤도 좌굴에 영향을 미치는 궤도 구성인자들의 불확실성 및 임의성을 보다 합리적으로 고려하기 위해서 확률론적 기법을 적용하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 기존 본 연구진에 의해 개발된 장대레일 궤도의 좌굴확률 평가시스템을 이용하여 좌굴 취약도 곡선을 나타내었으며, 궤도 좌굴에 영향을 미치는 주요변수 중 하나인 도상횡저항력에 대한 영향을 분석하였다. 좌굴확률 평가시스템에서는 장대레일 궤도의 좌굴확률을 산정하기 위하여 구조물의 안정과 파괴를 판단할 수 있는 기준을 한계상태방정식으로 표현하고, 이 한계상태방정식으로부터 확률론적 기법 중 하나인 AFOSM(Advanced First Order Second Moment) 방법을 이용하여 파괴확률의 간접적인 지표인 신뢰도지수(${\beta}$)를 통해 좌굴확률을 계산한다. 한계상태방정식에서 구조물의 강도(보유성능)에 해당하는 부분은 궤도의 허용좌굴온도이고, 하중(요구성능)에 해당하는 부분은 레일온도하중으로써 현재 레일온도와 중립온도의 차로 반영된다. 허용좌굴온도 산정에 고려되는 주요변수는 곡선반경(Radius), 도상횡저항력(Lateral Ballast Resista nce), 연직도상강성(Vertical Ballast Stiffness), 궤도 틀림량(Misalignment), 틀림길이(Half Wave Length), 열차운행속도(Velocity)이다. 각 확률변수들이 갖는 확률분포는 모두 정규분포로 가정하였다. 궤도의 기하학적 특성은 곡선반경 5,000m에 대해 고려하였으며, 열차는 KTX의 제원을 사용하여 정지된 상태에서 고려하였다. 틀림량과 틀림길이는 이에 대한 통계적 특성자료가 부족하여 확률변수로 고려하지 않고 결정론적 값으로 취급하였다. 레일온도의 통계적 특성치는 본 연구진에 의해 구축된 기후요소 및 레일온도 DB를 근거로 결정하였으며, 중립온도는 선로관리지침에 따라 $25{\pm}3^{\circ}C$를 기준으로 결정하였다. 또한 도상횡저항력은 실측 데이터를 참고로 하여 평균값에서 10%의 변동량을 갖는 것으로 보고 통계적 특성치를 결정하였다. 도상횡저항력이 좌굴확률에 미치는 영향을 매우 큰 것을 알 수 있었으며, 레일온도 $60^{\circ}C$일 때 도상횡저항력이 증가하면서 감소되는 좌굴확률이 도상저항력이 커질수록 그 감소량이 작아지는 것을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.79-86
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• 2014

본 논문에서는 범용 유한요소프로그램 ANSYS와 ABAQUS를 이용하여 냉간성형강으로 조립한 조립기둥의 전체좌굴과 뒤틀림좌굴에 대한 비선형해석을 위한 모델링 기법을 소개한다. 냉간성형강의 경우 두께가 얇아서 국부좌굴 등 비선형거동을 보이기 때문에 좌굴에 대한 해석에 매우 섬세한 모델링이 필요하다. ANSYS의 내연적정적모델링에 의한 해석은 좌굴 극한점 부근에서 수렴의 문제를 발생하였지만, ABAQUS의 외연적동적모델링의 경우에는 좌굴 및 좌굴이후의 부재 거동에 대해서 안정적인 결과를 제공하였다. 또한 수치해석 결과는 좌굴실험을 통해 얻어진 축내력에 비해 높은 내력을 보여주고 있다. 이는 실험과정에서 발생하는 편심에 의한 영향으로서 수치해석에 의한 좌굴내력에 적정한 보정치의 적용이 필요하며 본 논문에서는 기존 실험데이터와의 비교를 통해 0.88의 값을 제시한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권1A호
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• pp.1-7
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• 2011

이 연구는 일정표면적 기둥의 좌굴하중에 관한 연구이다. 기둥단면의 변화깊이의 형상함수로는 선형 변단면을 채택하였다. 이러한 기둥의 좌굴형상을 지배하는 상미분방정식을 유도하기 위하여 축방향 압축력을 받는 기둥의 동적 평형방정식을 이용하였다. 수치해석 예에서는 회전-회전, 회전-고정, 고정-고정의 지점조건을 고려하였다. 수치해석의 결과로 각종 기둥변수들이 좌굴하중에 미치는 영향을 분석하였다. 특히, 일정표면적으로부터 최대 좌굴하중을 발생시킬 수 있는 기둥의 최강단면비와 그에 대응하는 최강좌굴하중을 산정하였다. 기둥 축에 횡방향 내부지점을 설치하여 좌굴하중을 증가시킬 수 있는 무변위 위치를 찾기 위하여 기둥의 좌굴형상을 산출하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.169-179
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• 2005

탄성 및 비탄성좌굴 고유치해석법을 이용하여 강절프레임의 보-기둥부재의 유효좌굴길이를 산정하는 개선된 방법을 제시한다. 이를 위하여 먼저 설계기준에 제시된 압축재의 내하력 곡선식으로부터 접선계수이론(tangent modulus theory)에 근거하여 세장비-접선계수(tangent modulus), 응력-변형률 곡선식을 유도한다. 이때 안정함수를 이용하여 보-기둥요소의 접선강성행렬을 얻고, 비탄성 좌굴 고유치해석법을 제시하며 이를 이용하여 유효좌굴길이를 산정하는 방법을 제시한다. 해석예제를 통하여 강절프레임에 탄성 및 비탄성좌굴해석법에 의한 유효좌굴길이 비교결과를 제시하고, 매개변수 연구 결과를 제시한다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.615-624
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• 2006

본 논문에서는 부재의 lay-up에 상관없이 사용할 수 있으며 복합재료 부재의 거동에 중요한 영향을 미치는 포아송 효과를 고려할 수 있는 확장된 복합재료 보이론을 제시하고, 확장된 보이론을 바탕으로 축방향 압축력을 받는 복합재료 박판부재의 좌굴식을 유도하였다. 유도된 좌굴식을 검증하기 위해서 기존에 발표된 인발성형 vinylester/E-glass 및 polyester/E-glass T형 부재의 휨-비틀림 좌굴실험결과와 vinylester/E-glass H형 부재의 휨 좌굴실험결과를 수치예제로 사용하였다. 이론적 좌굴하중과 실험적 좌굴하중 및 유한요소해석 결과와의 비교를 통하여 본 연구에서 제안된 좌굴식이 인발성형부재의 좌굴하중을 7% 정도 안전측으로 예측하는 것을 알 수 있었다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권2호
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• pp.1-5
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• 2010

유리온실에 효과적으로 적용할 수 있는 보는 최대한 가벼운 중량을 유지하면서, 요구되는 휨모멘트 강도와 좌굴 강도를 만족시켜야 한다. 이 연구에서는 유리온실의 보 및 기둥 부재로 최근에 제안된 트러스웹을 가진 보의 실무적인 적용성을 확립하기 위해서 휨거동과 좌굴거동을 해석적으로 분석하였다. 이 결과를 바탕으로 횡좌굴 및 국부좌굴을 고려한 부재설계 프로세스를 제시하였다. 또한 유한요소 해석결과를 바탕으로 횡좌굴 혹은 국부좌굴을 지연시킴으로서 단면성능을 향상시킬 수 있는 개선안을 제시하였다.

• 전산구조공학
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• 제11권4호
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• pp.209-218
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• 1998

고장력강이 구조강재로서 널리 사용되고 있다. 구조물의 극심한 하중을 받게되면 최종강도에 도달할 때까지 좌굴을 동반하게 된다. 그러므로, 고장력강판의 좌굴에 대한 정확한 평가가 중요한 설계기준이 되고 있다. 그러나, 고장력강을 효율적으로 사용하기 위해서는 좌굴허용설계를 도입할 수 있도록 판구조물의 판두께가 얇아져야 한다. 따라서, 박판구조물의 합리적인 설계를 하기 위해서는 좌굴후거동해석이 매우 중요하다. 그러므로, 본 논문에서는 호장증분법을 이용하여 압출하중을 받는 박판구조물의 초기좌굴후거동과 2차좌굴강도에 대하여 규명하였다. 특히, 호장증분법을 좌굴정에서의 하중경로를 추정하기 위하여 적용하였다.