• Journal of the Korean GEO-environmental Society
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• v.11 no.11
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• pp.5-18
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• 2010

In this paper, a 3-dimensional stiffened plate model for soil-metal box structures is proposed. 3-dimensional stiffened plate model is enable to model corrugated steel plates of soil metal box culverts considering section modulus and section properties of longitudinal and horizontal direction from a corrugated steel plate. Loading conditions which causes maximum displacement and maximum moment according to the step construction stages(a back filling to the top of the plate, a back filling to the maximum depth of cover, and loading of live loads) was applied and the behaviors of the soil metal box culverts was analyzed. Analysis results of 3-dimensional stiffened model were compared with those of 2-dimensional model, 3-dimensional equivalent plate model and 3-dimensional corrugated plate model. As results, the behaviors of 2-dimensional model and 3 dimensional equivalent model are different from 3-dimensional corrugated plate model but the result of 3-dimensional stiffened model has good agreement with that of 3-dimensional corrugated plate model.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.32 no.1A
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• pp.39-48
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• 2012

This study deals with numerical determination of stress intensity factors of adhesively patch-repaired plates with cracks at V-shaped or semicircular notches. The p-convergent anisoparametric model are considered and then three-dimensional virtual crack closure technique is presented using formulations of anisoparametric elements. In assumed displacement fields of an element, strain-displacement relations and three-dimensional constitutive equations are derived with three-dimensional hierarchical shape functions expanded from one-dimensional Lobatto functions. Transfinite mapping technique is used to represent a circular boundary. The present model provides accuracy and simplicity in terms of stress concentration factor, stress distribution, the number of degrees of freedom, and non-dimensional stress intensity factor as compared with previous works in literatures. Stress intensity factors obtained by the three-dimensional virtual crack closure technique are estimated with respect to the variation of width of finite plate, radius of notch root, angular inclination of V-shaped notch, and crack length.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.163-163
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• 2011

풍력타워 기둥구조물에는 유지관리 등의 이유로 출입구 역할을 하는 개구부가 존재하게 된다. 다각형 타워구조물에 개구부형상이 존재하게 되면 압축좌굴 강도에 영향이 있을 것으로 예상되지만, 이를 정량적으로 평가하거나 예측하기는 용이하지 않고 간접적으로 판단할 만한 관련 기준이나 지침도 부족한 상태이다. 이에 최병호 등(2011)에서 다룬 다각형 단면 기둥구조물의 하단에 개구부를 형상화한 수치해석 모델을 수립하고 축방향 압축하중을 재하하는 탄성좌굴 해석 및 비선형비탄성해석을 수행하였다. 본 논문에서는 기존 다각형 단면 기둥모델 중에서 6각형 단면모델에 관해 중점적으로 다루고 있다. 다각형 단면 기둥 해석모델은 단순한 다각형 단면 타워구조에 대해서 뿐 만 아니라, 각 subpanel에 종방향 보강재를 둔 모델에 대해서도 추가적으로 검토하였다. 개구부의 형상은 높이 2000mm, 폭 800mm이며 상하부에 만곡부를 둔 형태이다. 수치해석은 3차원 유한요소해석프로그램인 ABAQUS를 이용하여 수행하였으며, 보강방안으로는 일정범위까지의 모듈 subpanel의 판두께를 보강하는 방안과 edge stiffener를 적용하는 방안에 대해서 검토하였다. 각각의 보강방식에 따른 효과를 비교해 보기 위해 개구부가 없는 모델, 단순히 개구부만 설정한 모델, 판두께를 보강한 모델, edge stiffener로 보강한 모델에 대해 비교해석을 수행하였다. 보강재 없는 단순 다각형 타워구조 모델에 대한 해석결과로부터 개구부로 인한 강도저하는 미미한 수준인 것으로 나타났다. 반면, 종방향 보강재가 적용된 6각형 단면 타워구조 모델에서는 개구부로 인한 강도저감이 22.9%로 높게 나타났으며 상당한 영향이 있는 것으로 분석되었다. 또한 개구부 주변의 판두께 보강이나 edge stiffener보강 등으로 상당한 강도향상 효과가 확인되었으나, 개구부로 인해 손실된 강도 수준을 완전히 회복하는 수준에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 따라서, 향후 다양한 보강방식에 대한 보다 포괄적인 변수연구를 통해 개구부의 영향 없이 온전한 다각형 단면 타워 구조의 극한강도에 도달되기 위한 보강 조건에 대해 검토될 필요가 있을 것으로 사료된다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.22 no.5
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• pp.463-474
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• 2009

Double symmetric patch repair of existing structures always causes membrane action only, however, in many cases this technique is not practical. On the other hand, the bending stiffness of the patch and the skin increases as tensile loading is increased and affects the bending deformation significantly in the case of single-sided patch repair. In this study, the p-convergent full layerwise model has been proposed to determine the stress concentration factor in the vicinity of a circular hole as well as across the thickness of plates with single-sided patch repair. In assumed displacement field, the strain-displacement relations and 3-D constitutive equations of a layer are obtained by the combination of 2-D and 3-D hierarchical shape functions. The transfinite mapping technique has been used to represent a circular boundary and Gauss-Lobatto numerical integration is implemented in order to directly obtain stresses occurred at the nodal points of each layer without other extrapolation techniques. The accuracy and simplicity of the present model are verified with comparison of the previous results in literatures using experiment and conventional 3-D finite element. Also, the bending effect has been investigated with various patch types like square, circular and annular shape.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.314-317
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• 2010

본 논문에서는 p-수렴 천이요소의 층별이론을 사용하여 균열을 갖는 적층판의 팻취보강 효과에 대해 알아보았다. 이 모델의 면내 변위는 각 구간별로 연속인 선형변화로 가정하였고, 두께방향으로의 면외 변위는 일정한 상수로 가정하여 적용하였다. 변위장의 정의는 적분형 르장드로 다항식을 적용하였다. 또한 에너지 방출률법과 VCCT 방법을 사용하여 응력확대계수를 산출하였다. 수치적분은 별도의 외삽법 없이 각층별의 절점에서 방생하는 적분 값을 바로 얻을 수 있는 가우스-로바토 적분법을 사용하여 계산하였으며, 수치예제를 통해 제안된 모델의 정확도와 기존의 3차원 고체요소를 사용한 것보다 동일한 정확도를 얻기 위해 휠씬 적은 요소 및 자유도가 사용됨을 알 수 있었다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.32 no.1A
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• pp.11-18
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• 2012

This paper deals with the numerical determination of the stress intensity factors of cracked aluminum plates under the mixed mode of $K_I$ and $K_{II}$ in glass-epoxy fiber reinforced composites. For the stress intensity factors, two different models are reviewed such as VCCT and two-step extension method. The p-convergent partial layerwise model is adopted to determine the fracture parameters in terms of energy release rates and stress intensity factors. The p-convergent approach is based on the concept of subparametric element. In assumed displacement field, strain-displacement relations and 3-D constitutive equations of a layer are obtained by combination of 2-D and 1-D higher-order shape functions. In the elements, Lobatto shape functions and Gauss-Lobatto technique are employed to interpolate displacement fields and to implement numerical quadrature. Using the models and techniques considered, effects of composite laminate configuration according to inclined angles and adhesive properties on the performance of bonded composite patch are investigated. In addition to these, the out-of-plane bending effect has been investigated across the thickness of patch repaired laminate plates due to the change of neutral axis. The present model provides accuracy and simplicity in terms of stress intensity factors, stress distribution, number of degrees of freedom, and energy release rates as compared with previous works in literatures.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.40-40
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• 2011

현재 일반적으로 활용되고 있는 원통형 쉘구조로 이루어진 타워구조의 대형화가 추진되면서 제작, 운반 편의성, 단면효율성, 경제성 제고를 위해 다각형단면 기둥구조물의 활용이 대두되고 있다. 하지만 다각형 단면 기둥구조의 극한강도에 대한 자료가 충분치 않고 관련 기준이나 지침이 명확히 제시되고 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 원통형 쉘구조물을 다각형구조물로 대체하여 제작될 경우 축방향 압축에 대한 내하력 향상 효과를 수치해석적으로 검토해 보고자 한다. 해석모델은 지름 2m, 두께 20mm인 원형강관 프로토타입 풍력타워 구조를 참고로 하여 이에 내접하도록 결정한 6~12각형 단면 형상으로써 높이 10,000mm인 3차원 기둥모델을 구현하였고 유한요소프로그램인 ABAQUS를 이용하여 해석하였다. 각 subpanel의 중앙에 종방향 보강재를 설치하였을 때 국부좌굴에 대한 내하력 변화를 비교하기 위해 종방향보강재로 보강한 모델을 구성하여 비교 해석을 수행하였다. 종방향 보강재의 제원은 미국 SSRC 제안식을 기준으로 삼았다. 탄성좌굴해석을 통해 탄성좌굴모드 형상을, 비선형비탄성해석을 통해 최종파괴모드 및 극한강도를 얻었다. 보강 전 후의 탄성좌굴 해석 결과로부터 최소모드의 고유치 값을 비교하였다. 각 subpanel 단면 중심부에 한 개의 보강재를 설치한 경우 탄성좌굴강도가 4배 가량 증가하였다. 이로부터, 보강재(n=1) 설치에 따라 유효 폭두께비가 1/2로 감소하는 효과를 확인 할 수 있다. 비선형해석결과로부터 subpanel의 단면중심에 보강재를 설치한 경우 보강재가 위치한 곳에 고정점이 형성되어 이를 중심으로 국부 좌굴모드에 변화가 생기는 것이 확인되었다. 이러한 변화는 다각형 단면 기둥구조의 내하력 성능, 즉 국부좌굴강도에 영향을 준다. 충분한 강성을 갖는 종방향 보강재가 설치된 경우, 극한상태에서도 유효폭두께비가 줄어드는 것과 같은 강도 향상 효과를 확인할 수 있다. 이러한 사실은 각 해석결과 극한강도를 DIN code, Migita와 Fukumoto의 제안식, SSRC 설계제안식 등과의 비교를 통해 확인할 수 있었다.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.38 no.3
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• pp.62-73
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• 2001

The interest in evaluation of structural intensity arises for practical reasons, because net energy flow distribution offers information of energy transmission path, positions of sources, and sinks of vibration energy. In this paper, structural intensity analysis of local ship structures using finite element method(FEM) is carried out. The purpose of this analysis is to evaluate the relative accuracy according to mesh fineness. The structural intensity of unstiffened and stiffened plates varying their mesh fineness is analyzed and the results are compared with those obtained by the assumed mode method. As results, the proper mesh size in qualitative/quantitative structural intensity analysis of plate structures is proposed. In addition, the propagation phenomenon of vibration energy is investigated for the thickness-varying flat plate, L-type plate, and box-girder structures.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.19 no.1
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• pp.714-721
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• 2018

In this study, we investigate a design technology intended to radically increase the buckling strength of vertically curved panels. Recent studies proposed a buckling strength formula which properly reflects the effect on the local plate buckling strength of flat plates when they are stiffened by closed section ribs. Herein, we attempted to quantitatively evaluate this effect on curved panels and to reveal the correlations with the design parameters. The commercial finite element software, ABAQUS, was used to build a three dimensional numerical model and numerical parametric studies were conducted to evaluate the variation of the buckling strength. In the case of flat panels, the local buckling strength of stiffened curved panels increases proportionally with increasing rotational stiffness of the closed-section ribs. After attaining a limiting value, an obvious tendency was found that the local buckling strength of the stiffened curved panel would converge towards a fixed value when the panels are supported along both sides. The parametric studies performed using the influential design parameters confirmed that the estimated partially-restrained curved panel strength is well correlated with the proposed formula.

• Tunnel and Underground Space
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• v.20 no.4
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• pp.267-276
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• 2010

In modern rock engineering practice, fully grouted rock bolting is actively employed as a major supporting system, so that understanding the behavior of fully grouted rock bolts is essential for the precise design of rock bolting. Despite its importance, the supporting mechanism of rock bolts has not been fully understood yet. Since most of existing analytical models for rock bolts were developed by drastically simplifying their boundary conditions, they are not suitable for the bolts of in-situ condition. In this study, 3-D elastic FE analysis of fully grouted rock bolts has been conducted to provide insight into the supporting mechanism of the bolt. The distribution of shear and axial stresses along the bolt are investigated with the consideration of different boundary conditions including three different displacement boundary conditions at the bolt head, the presence of intersecting rock joints, and the variation of elastic modulus of adjacent rock. The numerical result reveals that installation of the faceplate at the bolt head plays an important role in mobilizing the supporting action and enhancing the supporting capabilities of the fully grouted rock bolts.