• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권11호
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• pp.5-18
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• 2010

본 연구에서는 지간 15m 이하의 지중파형강판 박스구조물의 3차원 해석 시 적용 가능한 3차원 보강판 모델을 제안하고 검증하였다. 3차원 보강판 모델은 실제 파형강판의 단면계수와 종방향과 길이방향의 단면특성을 고려하여 지중강판 박스구조물을 모델링함으로써, 3차원 해석 시 모델링을 간편하게 하고 해석시간을 단축할 수 있는 유용한 해석 모델이다. 이 모델을 검증하기 위해 3단계의 시공과정(정점부까지의 뒷채움, 토피고까지의 뒷채움, 활하중재하)에 따른 거동분석으로부터 최대 변위와 최대모멘트를 유발하는 재하상태를 도출하였고, 제안된 단면을 통해 파형강판의 거동을 분석하였다. 분석 결과를 3차원 등가판 모델, 2차원 모델, 실제파형강판 구조물과 동일하게 모델링한 3차원 Corrugated 판 모델과 비교 검증하였다. 해석결과 2차원 모델과 3차원 등가판 모델은 활하중 조건에서 3차원 Corrugated 판 모델과 큰 차이를 나타내었으나, 3차원 보강판 모델은 모든 해석 결과에서 3차원 Corrugated 판 모델과 일치하는 결과를 나타내었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권1A호
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• pp.39-48
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• 2012

본 논문에서는 V형 노치 및 반원형 노치 균열을 갖는 패치보강 적층판의 응력확대계수 산정을 위하여 수치해석적 방법을 사용한다. p-수렴 비등매개변수 모델이 고려되고, 이와 같은 비등매개변수 모델의 결과를 활용한 3차원 가상균열닫힘법에 대한 식이 표현된다. 1차원 로바토 함수로부터 확장된 3차원 계층적 형상함수를 가지고서, 임의의 요소에서의 변위장의 변위-변형률 관계와 3차원 구성방정식이 표현된다. 원형경계의 기하형상을 나태내기 위해 초유한사상기법을 사용한다. 응력집중계수, 응력분포, 자유도, 그리고 무차원 응력확대계수 등의 항목에 대해서, 제안된 모델의 정확도와 단순성이 기존의 결과들과의 비교를 통해 설명된다. 균열 적층판의 폭, 높이, 노치근입부의 반경, V형 노치의 경사각, 균열길이 등의 변화에 따른 응력확대계수가 산정된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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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.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.463-474
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• 2009

기존에 설치되어 있는 구조물의 양면대칭 패치보강은 항상 면내거동만을 유발하나 시공상 어려움이 있다. 반면에 일면 패치보강의 경우 인장력의 증가에 따라 중립축의 위치가 대칭이 아니므로 휨에 대한 강성도가 증가하게 되며, 결과적으로 적층판의 휨을 심화시키게 된다. 이 연구에서는 일면 패치보강된 적층판의 두께방향은 물론이고 원공주위의 응력집중계수를 산정하기 위해 p-수렴 완전층별모델을 제안하였다. 가정된 변위장의 정의를 위해, 임의의 층에서 변위-변형률 관계와 3차원 구성방정식은 2차원 및 3차원 계층적 형상함수의 조합이 사용된다. 원형경계의 기하형상을 나타내기 위해 초유한사상기법이 사용되며, 다른 외삽법을 사용하지 않고 각 층마다 절점에서의 응력값을 직접적으로 얻기위해 가우스-로바토 수치 적분이 수행되었다. 제안된 모델의 정확도와 단순성은 기존의 3차원 유한요소해석과 실험에 의해 구해진 결과들과의 비교를 통해 검증되었다. 또한 정사각형, 원형, 고리형 형상의 다양한 패치보강에 따른 휨효과를 조사하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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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.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권1A호
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• pp.11-18
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• 2012

이 논문에서는 유리-에폭시 섬유 보강 복합재료판에 $K_I$ 과 $K_{II}$ 에 의한 혼합모우드 상태의 균열된 알루미늄판의 응력확대계수의 수치해석 산정을 다루고 있다. 응력확대계수 산정을 위한 가상균열닫힘법과 2단계 확장법이 고려된다. 에너지 방출률과 응력확대계수의 항으로 표현되는 파괴역학 매개변수 계산을 위하여, p-수렴 부분 층별모델이 채택된다. 고려되는 p-수렴 방식은 저매개변수 요소의 개념에 기초한다. 1개 층에 대해 가정된 변위장, 변위-변형률 관계, 그리고 3차원 구성방정식은 2차원과 1차원 고차 형상함수의 조합으로 정의된다. 고려되는 요소는 변위장의 보간과 수치적분을 수행하기 위해 로바토 형상함수와 가우스-로바토 적분법이 사용된다. 언급된 모델과 기법들을 사용하여, 경사각도의 변화에 따른 적층판 형상의 효과와 접착제의 강도가 팻치보강 시스템에 미치는 영향이 조사된다. 중립축 변화에 따른 팻치보강 적층판의 면외 휨 효과도 분석된다. 고려되는 모델의 정확성과 단순성 등에 관해서 응력확대계수, 응력분포, 자유도 수, 에너지 방출률 등의 항목을 가지고서 평가된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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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.

• 대한조선학회논문집
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• 제38권3호
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• pp.62-73
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• 2001

구조물의 진동인텐시티를 파악하면 진동에너지 전달경로와 소산기구 및 주된 기진원의 위치 등을 규명할 수 있어 구조물 진동의 효율적 저감 대책을 수립할 수 있다. 본 연구에서는 선박, 해양구조물 등과 같은 대형 복잡한 구조물의 진동인텐시티를 유한요소법으로 해석할 경우 적정한 모델링 기법을 마련하고자 선체의 기본 부재인 평판과 보강판에 대해 유한요소 모델링을 달리 하면서 진동인텐시티 해석을 수행하고, 그 결과를 고전적 근사해법인 assumed mode method에 의한 결과와 비교 검토하였다. 이로부터 유한요소법을 이용하여 판 구조물의 진동인텐시티 크기 및 방향을 정확하게 산정하기 위해서는 고유진동 또는 강제진동 해석의 경우보다 세밀한 유한요소 모델링이 요구되지만 진동에너지 전달경로 규명 등을 위한 정성적 해석은 강제진동해석을 정확하게 할 수 있는 정도의 유한요소 모델로도 가능함을 확인하였다. 아울러, 두께가 다른 평판 구조물, L-자형 판 구조물 및 3차원 box-girder에 대한 진동인텐시티 해석을 수행하여 다양한 선체 국부 구조물에 있어서의 진동에너지 전달 현상을 고찰하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.714-721
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• 2018

본 논문은 강교량 거더, 교각, 선박이나 대형 저장 시설 등 주요 구조 부재에 활용되는 곡판 및 강관을 효과적으로 보강하는 방안에 관한 것이다. 최근 연구에서 압축을 받는 평판이 종방향 보강재의 단면회전강성에 의해 국부좌굴강도가 향상되는 특징을 정량적으로 분석하였고, 폐단면리브 단면회전강성과의 상관관계를 규명한 바 있다. 본 논문에서는 곡판에 대해 이와 같은 효과를 정량적으로 검토하고자 한다. 일축압축이 재하된 경우에 폐단면리브로 보강된 두께방향으로 곡률을 가지는 곡판의 좌굴거동을 살펴보기 위해 범용 구조해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 3차원 유한요소해석 모델을 생성하였다. 이를 통해 좌굴거동에 대한 수치해석을 수행하였으며, 영향인자에 대한 변수해석적 연구를 수행하여 좌굴응력과 좌굴모드의 변동특성을 정량적으로 평가하였다. 폐단면리브 단면회전강성의 구속효과로 인한 좌굴강도 증가효과와 판의 곡률에 따른 좌굴강도 계수를 고려하여 좌굴강도를 추정하는 방법론을 이론적으로 제안하였다. 제안된 공식은 유한요소해석 결과와 비교하여 서로 유의미성이 검토되었다. 또한 평판에서와 마찬가지로 일축압축 상태에서 폐단면리브의 단면강성에의해 부여되는 양측단 회전강성의 증가로 인해 곡판의 국부좌굴강도가 이에 비례하여 증가하였고, 양측단에서 회전이 고정된 곡판의 좌굴강도에 수렴하는 경향을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제20권4호
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• pp.267-276
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• 2010

오늘날 전면접착형 록볼트는 암반공학 현장에서 주요 지보재로써 널리 이용되고 있다. 따라서 정밀한 록볼트 지보설계를 위해서는 록볼트의 지보거동 특성을 정확히 이해하는 것이 중요하다. 그 중요성에도 불구하고 아직까지도 전면접착형 록볼트의 지보력이 발휘되는 원리를 완전히 이해하지 못하고 있다. 지금까지 제시된 대부분의 해석적 모델들은 볼트의 경계조건을 단순화시켜 개발되었기 때문에 현장 록볼트의 지보거동을 이해하는 도구로 사용하기에는 적합하지 않다. 이 연구에서는 전면접착형 록볼트의 지보력 발휘 메카니즘을 이해하기 위하 여 3차원 탄성 유한요소해석을 실시하였다. 이를 통해 볼트 선단의 변위경계조건 변화, 암반탄성계수의 변화, 그리고 절리면의 교차가 록볼트의 전단응력 및 축응력 분포특성에 미치는 영향을 분석하였다. 해석결과는 볼트 선단의 고정판 설치 유무가 록볼트의 지보력 발휘 및 보강효과 증대에 큰 영향을 미치고 있음을 보여주었다.