• Composites Research
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• 제35권1호
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• pp.31-37
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• 2022

본 연구에서는 복합재료 블레이드의 최적 구조설계 프레임워크를 개발하고 이를 헬리콥터 블레이드에 적용하여 구조설계를 수행하였다. 개발된 최적 설계 프레임워크는 유전자 알고리즘과 입자 군집 최적화 알고리즘을 결합한 PSGA를 활용해 구성하였다. 이는 블레이드 단면에 대한 유한요소 모델 생성, 2차원 단면 유한요소 해석, 그리고 1차원 회전 보 해석의 단계를 거쳐 최적화 결과를 도출해낸다. 설계 과정에서 각 단면들은 B-spline으로 구성되며, 유한요소 생성 프로그램인 Gmsh를 활용해 모델링 된다. 이를 활용하여 최적화 과정에서 각 변수마다 대응되는 2차원 유한요소모델을 생성해 블레이드의 구조해석을 수행했다. 본 연구에서 제안한 프레임워크를 HART II 블레이드에 적용하여 최적 구조 설계를 수행했다. 최적 설계 결과 회전익 로터에서 요구하는 구조적 특징을 유지하면서, 공진회피와 질량 등의 조건이 개선된 블레이드 형상을 도출하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.459-465
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• 2015

항공기는 목적에 따라서 민간 항공기, 무인항공기, 전투기, 헬리콥터 등 다양한 항공기가 존재한다. 이 각각의 항공기는 특정한 목적에 맞게 형상 및 설계가 된다. 특히 항공기 개발과정에서 중요한 해석과정 중 하나가 구조해석이다. 하지만 항공기 구조가 복잡해지고 3차원 모델로 구조해석을 하게 되면 시간과 비용이 크게 증가하게 된다. 따라서 해석 효율성을 위해서 1차원 등가 보나 2차원 평면 응력 조건을 이용하여 실제 구조를 보다 간단하게 모델링한다. 하지만 이런 모델링은 실제 구조와 차이가 있으므로 실제 구조를 잘 반영할 수 있는 적절한 모델링이 필요하다. 따라서 구조형태에 따라서 1차원 등가 보와 2차원 평면응력 조건을 적절하게 선택하여야 한다. 본 논문에서는 EDISON에 업로드 된 구조해석 프로그램을 이용하여 1차원 구조해석과 2차원 구조해석을 검증하고 구조형태에 따라서 1차원 해석과 2차원 해석을 각각 3차원 MSC NASTRAN 구조해석과 비교하여 적절한 해석방법을 찾고자 한다. 비교결과 길이 대 높이 비가 증가할수록 1차원 해석과 3차원 해석의 오차가 급격히 줄어들었으며 이 비율이 18보다 증가하였을 때는 1차원 해석이 2차원 해석보다 3차원 해석의 결과와 일치하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제14권1호
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• pp.7-15
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• 1994

동을 중간재로 하는 $Si_3N_4/SUS304$ 접합재의 접합계면 근방의 잔류응력 분포를 유한요소법과 X선 응력측정법을 이용하여 해석을 하였다. 그 결과, 접합재의 세라믹부 계면 근방의 잔류응력 분포를 정량적으로 밝혀낼 수 있었다. 세라믹부에 발생되는 접합 잔류응력은 접합계면 근방에서 대단히 크게 나타났으며, 특히 최대인장 잔류응력 ${\sigma}_x$는 단부에서 발생하였다. 한편, ${\sigma}_x$는 접합계면 근방에서 3차원분포를 하고 있기 때문에 2차원 유한요소 해석결과와는 대단히 다른 값을 나타내고 있으며, 특히 시험편 중앙부의 계면 근방에서는 X선 실측결과가 인장 잔류응력임에 반하여 2차원 유한요소 해석결과는 압축 잔류응력으로 계산되어짐을 알았다. 따라서, 이와같은 3차원 분포를 하고 있는 접합계면 근방의 잔류응력 ${\sigma}_x$보다 간편하고 정확하게 예측할 수 있는 유한요소 해석모델에 대하여 서로 검토하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.475-485
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• 2009

본 논문에서는 철근콘크리트 구조물의 3차원 디지털기술 기반 설계에 필요한 CAD/CAE 데이터 연동을 위하여 3D CAD 데이터로부터 철근 요소를 생성하는 2단계 알고리즘을 제안하였다. 1단계 과정은 STEP 표준형식의 3D CAD 데이터를 분석하여 여러 형태의 철근 객체 정보를 추출하는 알고리즘이며, 2단계 과정은 추출된 객체 형식의 철근 정보로부터 유한요소해석에 필요한 1차원 철근요소를 생성하는 알고리즘이다. 개발된 알고리즘을 구현하여 프로그램을 작성하였으며, 이를 사용하여 실제 3D CAD 소프트웨어로부터 생성된 철근콘크리트 구조물 데이터를 유한요소해석 데이터로 성공적으로 변환하여 제안된 알고리즘이 유효함을 보였다.

• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2012년도 춘계학술발표회 초록집
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• pp.337-340
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• 2012

본 연구는 비선형 비정상 온도분포해석에 대하여 갤러킨 유한요소해석 방법을 응용하고 2차원 삼각형 요소를 사용하였다. 이에 대하여 실험값과 해석값을 비교한 결과 모든 실험체에서 0.96~1.03의 차이가 있었으며 10%의 오차 범위 안에 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제2권1호
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• pp.31-40
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• 1998

고강도 알루미늄 대형 링롤재의 급냉 및 요소제거 후 발생하는 잔류응력을 2차원 및 3차원 유한요소 해석하였고, 3단계 절단법에 의해 측정된 변형율과 ABAQUS의 요소제거 기능을 이용한 해석값을 직접 비교하였다. 급냉후 잔류응력 해석결과는 2단 과시효후 측정값과 비슷한 경향을 보였으나 그 절대값의 차이가 크게 나타났다. 이는 링 시편의 높이가 작아 측정값이 부정확하였기 때문이며, 링의 높이를 증가시켜 높이방향으로 균일한 응력분포를 갖도록 하면 그 차이가 감소될 것으로 판단된다. 잔류응력을 측정하는 3단계 절단 과정을 모사한 3차원 해석결과와 측정된 변형율을 직접 비교함으로써 실험과 해석의 정확성을 향상시킬 수 있도록 하였다. 이로부터 잔류응력이 내재하고 형상이 복잡한 대형 알루미늄 구조물의 기계가 공에 의한 변형을 정확히 예측할 수 있는 기반을 마련하였다.

• 수산해양기술연구
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• 제38권2호
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• pp.110-118
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• 2002

본 논문에서는 무요소 이론을 정식화하였고 이를 이용한 1차원 및 2차원 EFG 프로그램을 Visual Basic과 C언어를 이용하여 작성해 보았다. 그리고 각각의 EFG 수치해석의 예를 작성된 프로그램을 이용하여 해를 구하였다. 해석결과는 다른 문헌의 결과와 일치하였으며 해석결과에서 나타나듯이 무요소 해의 정도는 영향영역의 비례축소인자 dmax와 가중함수의 종류, 절점 배치형태에 의해 좌우된다는 사실을 알 수 있었다. 특히 1, 2차원 EFG 해석결과에서 가장 최적의 해를 보이며 정해(exact solution)에 가장 근접한 조건은 dmax = 2 이고 가중함수가 3차 Spline형일 때로 나타났으며 유한요소법과 마찬가지로 절점의 수가 많을 수록 그리고 절점을 균일하게 배치할수록 높은 정도를 나타내는 것을 알 수 있었다. 특히 2차원의 경우 3차 Spline형 이외의 다른 가중함수를 사용할 경우에 상당히 큰 오차를 나타내는 점은 1차원 EFG 해석의 결과와는 다른 점이었지만 그 외 대부분 같은 결과를 나타내었다. 1차원에서 절점을 임의로 배치한 경우는 비교적 균일하게 배치한 경우가 해에 근접하는 형태를 나타내었으며 절점 간격이 상대적으로 적은 곳에서 큰 오차를 나타내었다. 그리고 절점을 임의로 선택할 때 변위가 모두 ‘0’의 값을 가지는 경우를 볼 수 있는데, 이는 화면상의 좌표계산에서 생긴 미소한 오차가 절점들에 의해 반복됨으로서 발생하는 것으로 보인다. 또한 탄성계수 값이 클 경우 dmax 에서 계산이 제대로 수행되지 못하는 경우가 있는데, 이는 수치가 double형의 크기를 초과하기 때문인 것으로 보인다. 결과에서 나타나듯이 무요소법에서 적당한 가중함수와 비례축소 인자를 사용하면 정해에 가까운 우수한 해를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 비록 프로그래밍 과정이나 이론의 정식화가 유한요소법에 비해 상당히 어려운 점은 있으나 무요소법은 요소의 정보를 필요치 않으므로 사용자 입장에서는 매우 편리할 것이다. 앞으로 경계조건을 효과적으로 만족시키는 문제를 해결하고 효과적인 알고리즘이 개발된다면 실용적으로 유한요소법을 대신할 수 있는 좋은 대안이 될 수 있을 것이라 생각된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.2350-2355
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• 2015

본 연구에서는 축과 베어링으로 구성된 공작기계 주축 설계를 위한 1차원 유한요소 해석을 자동화하기 위한 툴을 개발하였습니다. 객체지향 프로그래밍을 기반으로 하기 때문에, CAD 시스템의 객체를 사용할 수 있습니다. 스핀들 시스템을 정의하기 위한 축의 단면과 베어링 강성과 같은 최소한의 데이터를 입력할 필요가 있으며, 그 데이터를 기반으로 형상 모델을 먼저 만들고, 그리고, 1차원 빔과 스프링 요소로 구성된 유한요소 모델로 변환합니다. 본 툴을 위해서 개발된 사용자 인터페이스는 사용자가 툴과 상호교류할 수 있도록 도와줍니다. 본 툴은 다수의 설계 변경과 그 후에 수행되는 유한요소해석 과정을 자동화함으로써 최소한의 시간과 노력으로 공작기계 주축 시스템의 근사 최적 설계를 발견할 수 있도록 해줍니다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.559-570
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• 2014

본 논문에서는 적층탄성받침과 납 고무받침을 대상으로 재료 및 기하비선형을 고려한 3차원 유한요소로 모델링하고 다양한 파라미터에 대한 압축 및 전단특성을 비교 분석하여 적층고무받침의 해석적 데이터베이스를 구축하였다. 유한요소해석에서 적층고무받침을 모델링하기 위해서 고무시편시험을 통해 고무의 응력-변형률 관계를 얻어내고 커브피팅을 이용하여 고무재료상수를 구하였다. 고무재료상수를 검증하기 위하여 실제 적층탄성받침 제품 시험과 유한요소해석을 비교함으로서 고무재료상수의 유효성을 확인하였다. 적층탄성받침과 납고무받침의 압축거동은 1차 형상계수에 따라서 가장 큰 영향을 받았으며, 전단거동은 2차 형상계수에 따라 크게 달라지는 것을 알 수 있었다. 또한 납의 직경이 증가할수록 납 고무받침의 수평강성과 에너지 소산능력이 증가하였다.

• 전산구조공학
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• 제9권1호
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• pp.101-113
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• 1996

준-정적 선형 2차원 열점탄성 문제들의 유한요소해석을 위하여 가상일의 원리를 근거로 하여 새로운 변분공식과 유한요소방정식을 유도한다. 이때 점탄성 재료는 열유동학적으로 단순한 물성을 갖는다. T=T(x)일 경우에 유전적 강성행렬들의 효율적이고 단순화된 계산과정을 소개한다. 몇몇 예제를 해석하고 기존의 발표된 수치결과들과 비교 검토하여 정확성 및 경제성을 입증한다.