• Steel and Composite Structures
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• 제45권5호
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• pp.697-713
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• 2022

In the context of the finite elements method, the dynamic behavior of porous functionally graded double wishbone vehicle suspension structural system incorporating joints flexibility constraints under road bump excitation is studied and analyzed. The functionally graded material properties distribution through the thickness direction is simulated by the power law including the porosity effect. To explore the porosity effects, both classical and adopted porosity models are considered based on even porosity distribution pattern. The dynamic equations of motion are derived based on the Hamiltonian principle. Closed forms of the inertia and material stiffness components are derived. Based on the plane frame isoparametric Timoshenko beam element, the dynamic finite elements equations are developed incorporating joint flexibilities constraints. The Newmark's implicit direct integration methodology is utilized to obtain the transient vibration time response under road bump excitation. The presented procedure is validated by comparing the computational model results with the available numerical solutions and an excellent agreement is observed. Obtained results show that the decrease of porosity percentage and material graduation tends to decrease the deflection as well as the resulting stresses of the control arms thus improving the dynamic performance and increasing the service lifetime of the control arms.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제86권2호
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• pp.221-235
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• 2023

To calculate the vibrations of a tout cable subjected to axial support excitations, a nonlinear relationship of cable force and the support displacement under static situations are employed to depict the quasi-static vibration of the cable. The dynamic components of quasi-static vibration are inputted as "direct loads" to cause the parametric vibrations on the cable. Both the governing equations of motion and deformation compatibility for parametric vibrations are then derived, which indicates the high coupling of cable parametric force and deformation. Numerical solutions, based on the finite difference method, are put forward for the parametric vibrations, which is validated by the finite element method under periodic axial support excitations. For the quasi-static response, the shorter cables are more sensitive to support excitations than longer ones at small cable force. The quasi-static cable force makes the greatest contribution to the total cable force, but the parametric cable force is responsible for the occurrence of cable loosening at large excitation amplitudes. Moreover, this study also revealed that the traditional approach, assuming a linear relationship between quasi-static cable force and axial support displacement, would result in some great error of the cable parametric responses.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권3B호
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• pp.289-301
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• 2009

본 연구에서는 Navier-Stokes방정식과 자유수면추적을 위해 도입한 VOF함수의 이류방정식에 기초하고 있는 CADMAS-SURF(CDIT, 2001)에 Fenton(1972)의 3차근사고립파이론에 의한 조파이론을 새롭게 도입한 수치파동수로로부터 직립호안상에서 지진해일(고립파)의 처오름 및 작용파력을 해석한다. 기존의 연구결과와 대비하여 본 수치해석결과의 적용성을 논의하며, 최소자승법에 기초하여 직립호안상에서 최대처오름과 최대파력을 합리적으로 추정할 수 있는 회귀식을 제안한다. 또한, 육상구조물에 작용하는 지진해일(tsunami wave)의 파력산정에 CADMAS-SURF(CDIT, 2001)의 적용을 시도한다. 육상에서 지진해일의 수위변동, 유속 및 파력변동의 특성으로부터 육상구조물에 미치는 지진해일의 직접적인 영향을 추론할 수 있을것이다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제8권1호
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• pp.17-27
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• 2004

본 연구에서는 할선강성을 사용하여 반복계산을 수행하는 새로운 내진설계법을 개발하였다. 개발한 설계법은 탄성해석을 수행하므로 수치해석의 안정성과 용이성을 갖추고 있으며, 동시에 반복계산으로 구조물의 비탄성 거동을 해석할 수 있으므로 각 부재의 강도 및 연성 요구량을 정확히 예측할 수 있다. 본 연구에서는 제안된 설계법의 절차를 정립하였고, 이를 고려한 컴퓨터 해석/설계 프로그램을 개발하였다. 또한, 제안된 설계법을 사용한 설계예제를 제시하였고, 탄성 혹은 비탄성 해석을 이용한 기존 설계법과의 비교를 통하여 그 장점을 검증하였다. 해석과 설계를 통합적으로 수행하는 제안된 설계법은 설계자의 의도에 따라 부재의 강도 및 연성능력, 강기둥-약보 등과 같은 내진설계전략을 효과적으로 구현할 수 있으며, 초기설계단계에서 각 부재의 크기만이 가정된 구조물에 대하여 반복계산을 수행함으로써 주어진 설계전략을 만족하는 비탄성 강도 및 연성 요구량을 직접적으로 계산할 수 있으므로, 경제적이고 안전한 내진설계가 가능하다.

• 한국수산과학회지
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• 제31권2호
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• pp.202-209
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• 1998

본 연구에서는 부유식 해상관측시설의 파랑중 운동응답 및 표류력 해석을 위해 Green 적분방정식에 기초한 3차원 수치해법을 개발하였다. 본 방법에서는 소오스분포와 더브렛분포를 함께 사용하였으며, 판요소로는 3각형 요소와 4각형 요소를 병행 사용하였다. 불규칙파수 현상을 제거하기 위해 개량된 적분방정식 해법을 적용하였으며, 시간평균 표류력의 계산은 원인별 성분파악이 가능한 물체표면 직접적분법을 사용하였다. 개발된 전산 프로그램의 검증을 위해 비교자료가 있는 구형 부유체에 대한 계산이 수행되었고, 이에 대한 계산을 통해 개발된 프로그램으로부터 신뢰성있는 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다. 실제시설에 대한 적용예로서 직경 2.6m 흘수 3.77m인 원통형 해상관측용 부이에 대한 계산을 수행하여 그 운동특성 및 표류력 특성을 고찰하였다. 운동응답 해석결과는 공진주파수를 설치해역의 파랑 탁월주파수 범위밖에 놓이도록 부이의 형상과 치수를 조정하는데 활용할 수 있고, 또 이들 계산을 통해 댐퍼 등의 설치효과도 미리 예측할 수 있다. 또한, 계산된 표류력은 황천중에서 계류계에 걸리는 최대하중을 예측하는데 이용할 수 있으므로 계류계의 설계에 있어 중요한 기초자료로 활용된다. 본 수치해법은 원칙적으로 대상 부유체의 형상에 제약을 받지 않으므로 향후 다양한 형상의 부유식 해상관측 시설들의 설계 및 설치$\cdot$운용에 폭 넓게 적용할 수 있다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권2호통권69호
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• pp.181-190
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• 2004

본 연구소에서는 할선강성을 사용하여 비탄성 해석 및 설계를 수행하는 새로운 설계방법을 개발하였다. 개발한 설계법은 선형해석을 수행하므로 수치해석이 안정성과 용이성을 갖추고 있으며, 동시에 반복계산으로 구조물의 비탄성 거동을 해석하므로 각 부재의 비탄성 강도 및 연성 요구량을 정확히 예측할 수 있다. 본 연구에서는 제안된 설계법의 절차를 성립하였고, 이를 고려한 컴퓨터 해석/설계 프로그램을 개발하였다. 또한, 제안된 설계법을 사용한 설계예제를 제시하였으며, 기존의 탄성 및 소성설계법과의 비교를 통하여 그 우수성을 입증하였다. 기존의 비선형설계방법은 일반적으로 초기 설계를 수행하고 비선형해석을 이용하여 초기설계안을 검증하는데 비하여, 제안된 방법은 반복계산을 통하여 비탄성해석과 설계를 동시에 수행하므로 각 부재의 비탄성 강도 및 연성 요구량을 직접적으로 계산할 수 있다. 또한 설계자의 의도에 따라 부재 강도 및 연성능력의 제한, 강기둥-약보 등의 비선형 설계전략을 효과적으로 구현하므로, 경제적이고 안전한 설계가 가능하다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제33권9호
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• pp.878-885
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• 2009

One of important factors in designing MEMS resonators for RF filters is obtaining a desired frequency response function (FRF) within a specific frequency range of interest. Because various array-type MEMS resonators have been recently introduced to improve the filter characteristics such as bandwidth, pass-band, and shape factor, the degrees of freedom (DOF) of finite elements for their FRF calculation dramatically increases and therefore raises computational difficulties. In this paper the Krylov subspace-based model order reduction using moment-matching with non-zero expansion points is represented as a numerical solution to perform the frequency response analyses of those array-type MEMS resonators in an efficient way. By matching moments at a frequency around the specific operation range of the array-type resonators, the required FRF can be efficiently calculated regardless of their operating frequency from significantly reduced systems. In addition, because of the characteristics of the moment-matching method, a minimal order of reduced system with a prearranged accuracy can be determined through an error indicator using successive reduced models, which is very useful to automate the order reduction process and FRF calculation for structural optimization iterations. We also found out that the presented method could obtain the FRF of a $6\times6$ array-type resonator within a seventieth of the computational time necessary for the direct method and in addition FRF calculation by the mode superposition method could not even be completed because of a data overflow with a half after calculation of 9,722 eigenmodes.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제75권4호
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• pp.519-527
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• 2020

Dynamic analysis of a vehicle-track coupling system is important to structural design, damage detection and condition assessment of the structural system. Deterministic analysis of the vehicle-track coupling system has been extensively studied in the past, however, the structural parameters of the coupling system have uncertainties in engineering practices. It is essential to treat the parameters of the vehicle-track coupling system with consideration of uncertainties. In this paper, a method for predicting the bounds of the vehicle-track coupling system responses with uncertain parameters is presented. The uncertain system parameters are modeled as fuzzy variables instead of conventional random variables with known probability distributions. Then, the dynamic response functions of the coupling system are transformed into a component function based on the high dimensional representation approximation. The Lagrange interpolation method is used to approximate the component function. Finally, the bounds of the system's dynamic responses can be predicted by using Monte Carlo method for the interpolation polynomials of the Lagrange interpolation function. A numerical example is introduced to illustrate the ability of the proposed method to predict the bounds of the system's dynamic responses, and the results are compared with the direct Monte Carlo method. The results show that the proposed method is effective and efficient to predict the bounds of the system's dynamic responses with fuzzy variables.

• 지구물리와물리탐사
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• 제9권3호
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• pp.241-249
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• 2006

한국의 지질 환경은 암석 분포가 매우 다양하고 복잡한 구조 활동의 영향을 받아 지하매질의 이방성 특성이 국부적으로 심하게 변화한다. 기존의 이방성 주시 모델링의 경우 지질 모델을 2차원으로 단순화시킴으로써 이러한 복잡한 지질 환경을 제대로 고려할 수 없었다. 또한 약 이방성 가정을 사용하여 실제로 나타날 수 있는 지하 매질의 심각한 이방성 영향을 주시 모델링에서 고려할 수 없었다. 이에 이 연구에서는 보다 실제적이고 복잡한 3차원 횡등방성 매질(transversely isotropic media)에서 q-P파의 초동 주시 양상을 모사할 수 있는 주시 모델링 알고리듬을 개발하였다. 이 알고리듬에서는 2차원 비선형 주시 내삽(2D nonlinear traveltime interpolation) 기법과 주시의 3차원 격자 채움법(mapping)을 이용한 직접 전파법(direct calculation)을 통해 급격한 물성의 변화에도 주시 계산이 가능하도록 하였다. 또한, 최소 주시 계산과정에서 수치 미분을 통한 최대 경사법(steepest descent method)을 사용하여 약 이방성 가정을 극복하였다. 개발된 알고리듬은 해석해와 비교하여 그 타당성을 검증하였고 3차원 2층구조에 대한 주시 계산을 수행하여 물성이 급격히 변화하는 모델에 대해서도 안정적으로 주시 계산이 이루어짐을 확인하였다. 이 연구에서 개발한 3차원 주시 모델링 알고리듬은 향후 구조보정이나 토모그래피 알고리듬 개발에 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.249-257
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• 2022

본 논문은 직접해법 기반 FETI 알고리즘의 개선 방안을 제시하였다. 개선 대상은 FETI-local로, 해당 알고리즘은 국부 Lagrange 승수를 통해 부영역 간 경계 문제를 정의한다. 부영역 경계 강성 및 하중 계산 단계의 경우, 전체 역행렬 계산 등 과도한 비용을 요구했던 기존 알고리즘을 Boolean 행렬 특성을 활용한 선택적 역행렬 성분 계산으로 개선하였다. 전역 경계 행렬식 계산 단계의 경우, 기존 단일 프로세서 연산을 다중 프론탈 기법 기반 병렬 연산으로 대체하였다. 제시된 FETI-local 알고리즘의 성능 개선은 64만 자유도 수치 예제를 통해 검증되었으며, 기존 대비 최대 97.8%의 계산 시간 감소가 달성되었다. 또한, 기존 대비 안정적이고 개선된 확장성이 가속 지표를 통해 확인되었다. 추가로, 432만 자유도의 대용량 계산 성능 비교가 제시된 알고리즘과 상용 프로그램인 ANSYS 간에 수행되었다. 그 결과, 계산 시간 측면에선 ANSYS가 우수하였으나, 프로세서 수에 따른 가속 성능 증가율 측면에선 제시된 알고리즘이 우수한 것이 확인되었다.