• Steel and Composite Structures
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• 제34권1호
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• pp.1-15
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• 2020

This paper presents experimental and numerical studies on effects of local damages on the in-plane elastic-plastic buckling and strength of a fixed parabolic steel tubular arch under a vertical load distributed uniformly over its span, which have not been reported in the literature hitherto. The in-plane structural behaviour and strength of ten specimens with different local damages are investigated experimentally. A finite element (FE) model for damaged steel tubular arches is established and is validated by the test results. The FE model is then used to conduct parametric studies on effects of the damage location, depth and length on the strength of steel arches. The experimental results and FE parametric studies show that effects of damages at the arch end on the strength of the arch are more significant than those of damages at other locations of the arch, and that effects of the damage depth on the strength of arches are most significant among those of the damage length. It is also found that the failure modes of a damaged steel tubular arch are much related to its initial geometric imperfections. The experimental results and extensive FE results show that when the effective cross-section considering local damages is used in calculating the modified slenderness of arches, the column bucking curve b in GB50017 or Eurocode3 can be used for assessing the remaining in-plane strength of locally damaged parabolic steel tubular arches under uniform compression. Furthermore, a useful interaction equation for assessing the remaining in-plane strength of damaged steel tubular arches that are subjected to the combined bending and axial compression is also proposed based on the validated FE models. It is shown that the proposed interaction equation can provide lower bound assessments for the remaining strength of damaged arches under in-plane general loading.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권7호
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• pp.561-568
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• 2013

7,000lb 급 헬리콥터를 위한 무베어링 로터 허브 시스템을 설계한 후, 무베어링 로터 허브 시스템의 주요 구성품 중 하나인 유연보에 대해 요구수명 8,000시간을 만족하는지 확인하기 위한 피로해석을 수행하였다. 2차원 탄성 보 모델에 대한 단면 구조해석 방법을 적용하였으며, 정적구조해석을 통해 피로손상에 취약할 것으로 예상되는 두 단면에 대한 피로해석을 수행하였다. 구조해석을 위해 VABS를 사용하여 유연보 단면 형상에 대한 인장, 굽힘 및 뒤틀림 강성을 계산하였고, wohler equation을 적용하여 유연보를 구성하는 두 가지 복합재 소재에 대한 S-N 곡선을 생성하였다. CAMRAD II를 통해 무베어링 로터 시스템의 하중해석을 수행하였으며, 하중해석 결과를 HELIX/FELIX 표준하중 스펙트럼에 적용하여 무베어링 로터 시스템의 하중 스펙트럼을 생성한 후, 이를 통해 피로해석을 수행하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권6호
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• pp.691-698
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• 2014

본 논문에서는 복합재료를 이용하여 플렉스빔과 토크튜브를 제작하기 위한 공정과 기본 물리량 시험과정을 소개하였다. 플렉스빔과 토크튜브는 헬리콥터에 적용되는 무베어링 로터 허브 시스템을 구성하기 위한 핵심 구성품이다. 토크튜브는 블레이드의 피치각을 변화시키기 위한 조종력을 전달하며, 플렉스빔은 구조적인 변형을 통해 플랩, 래그 및 페더링 힌지를 구현하는 기능을 담당한다. 지상회전시험을 수행하기에 앞서 플렉스빔과 토크튜브 및 블레이드의 플랩강성, 래그강성 및 토션강성을 측정하기 위한 기본 물리량 시험을 수행하였다. 또한, 해석을 통해 예측된 단면 강성과 기본 물리량을 통해 획득된 강성 값을 비교하였으며, 그 결과를 통해 복합재료로 제작된 플렉스빔과 토크튜브가 구조적인 강성 요구도를 만족함을 확인할 수 있었다.

• 한국농공학회지
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• 제17권4호
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• pp.3921-3930
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• 1975

This research was carried out to investigate several mechanical characteristics of pre-stressed steel beams. The configuration of specimens used for this study were as follows; a cover plate having permissible fiber stress of 4,000 kg/$\textrm{cm}^2$ was welded at bottom having the allowable bending stress 2500 kg/$\textrm{cm}^2$ steel beam, the section ratios of pre-stressed steel beam and cover plate were 0.5 and 0.6. Adopted pre-stresses were 0%, 50%, and 100% of an allowable fiber stress of a steel beam. The results obtained from the study may be summarized as follows; 1. The elastic range of a beam was increased by the application of pre-stress to the beam, which leads to a lighter section. 2. The permissible moment capacity of a pre-stressed steel beam was greated than that of a steel beam without pre-stressing. 3. The equivalent allowable stress induced by adopting the different section ratio of pre-stressed beam to cover plate were figured out 4. The optimum value of section ratio of beam and cover plate was 0.3 to 0.4 in case of a 1.5m span composite beam, a combination of an allowable stress 2,500kg/$\textrm{cm}^2$ steel beam and a permissible fiber stress 4,000 kg/$\textrm{cm}^2$ steel cover plate, was used. 5. The magnitude of the pre-stress was desirable to be same as the allowable stress of a steel beam. 6. It was concluded that if the construction techniques in the field are developed and improved, the practicing of pre-stress to the steel structure has a promising future.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권4호
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• pp.13-22
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• 2004

MEMS 소자의 패키지는 일반적으로 패키징 과정에서 큰 온도변화를 받게 되는데, 이에 의한 패키지의 변형은 패키지 및 소자의 신뢰성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 진동형 MEMS 자이로스코프 센서의 패키지를 대상으로 하여, 온도변화로 인한 열변형 거동에 대한 광학실험과 해석을 수행하였다. 이를 위하여 실시간 모아레 간섭계를 이용하여 각 온도단계에서 변위분포를 나타내는 간섭무늬를 얻고, 그로부터 MEMS 패키지의 굽힘변형 거동 및 인장변형에 대한 해석을 수행하였다. MEMS 칩과 EMC 및 PCB의 열팽창계수 차이로 인하여 패키지는 $125^{\circ}C$ 이하에서는 전체적으로 아래로 볼록한 굽힘변형이 발생하였으며, 온도 $140^{\circ}C$를 정점으로 그 이상의 온도에서는 반대의 굽힘변형이 발생하였다. MEMS의 주파수에 영향을 줄 수 있는 칩 자체의 수축변형률은 약 $481{\times}10^{-6}$로 측정되어서 MEMS 설계시 이를 고려하여야 함을 알 수 있다.

• Smart Structures and Systems
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• 제18권1호
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• pp.75-92
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• 2016

The design of a semi-active (SA) control system addressed to mitigate wind induced structural demand to high wind turbine towers is discussed herein. Actually, the remarkable growth in height of wind turbines in the last decades, for a higher production of electricity, makes this issue pressing than ever. The main objective is limiting bending moment demand by relaxing the base restraint, without increasing the top displacement, so reducing the incidence of harmful "p-delta" effects. A variable restraint at the base, able to modify in real time its mechanical properties according to the instantaneous response of the tower, is proposed. It is made of a smooth hinge with additional elastic stiffness and variable damping respectively given by springs and SA magnetorheological (MR) dampers installed in parallel. The idea has been physically realized at the Denmark Technical University where a 1/20 scale model of a real, one hundred meters tall wind turbine has been assumed as case study for shaking table tests. A special control algorithm has been purposely designed to drive MR dampers. Starting from the results of preliminary laboratory tests, a finite element model of such structure has been calibrated so as to develop several numerical simulations addressed to calibrate the controller, i.e., to achieve as much as possible different, even conflicting, structural goals. The results are definitely encouraging, since the best configuration of the controller leaded to about 80% of reduction of base stress, as well as to about 30% of reduction of top displacement in respect to the fixed base case.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.81-92
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• 2008

일반적인 강구조물의 연결은 강절(rigid) 또는 활절(hinge)로 취급되고 있으나 실제 강구조물은 연결부위에서 부재간의 상대적인회전이 허용됨으로 인해 부분강절(semi-rigid)의 특성을 갖게 된다. 본 연구에서는 부분강절을 회전스프링으로 가정하여 부재 단부에 적용시킨 평면 뼈대구조물의 엄밀한 접선강도행렬을 유도하고 이를 다시 탄성강도행렬과 기하학적 강도행렬로 분리 유도함으로써 부분강절을 갖는 평면 뼈대구조물의 안정성해석을 위한 일반화된 해석방법을 제시하고자 한다. 이를 위하여, 보-기둥부재의 좌굴조건을 만족시키는 처짐함수로부터 안정함수(stability function)를 유도하고, 횡변위(sway)를 고려한 힘-변위관계와 적합조건을 고려하여 정확한 접선강도행렬을 제시하였다. 본 연구의 타당성과 실용성 제고를 위해 두 가지 방법에 의한 수치해석프로그램을 개발하였고 다양한 해석예제를 통해, 타 연구자 해석 결과와 비교하고 부분강절이 구조물의 좌굴강도에 미치는 영향에 대하여 조사한다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권3호
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• pp.267-278
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• 2012

본 논문은 신형식 사각 격지지보의 구조 성능 평가를 다룬다. 지금까지 NATM 공법을 이용한 터널 시공 시 콘크리트 라이닝 시공 전까지 터널 배면을 지지하는 구조체로서 H형 단면 강지보 및 삼각 격자지보가 주로 사용되었다. H형 단면 강지보는 동일 단면 높이를 갖을 때 삼각 격자지보보다 우수한 휨 성능을 보이지만, 단면이 복부판 및 플랜지로 구성되어 있어서 숏크리트 타설 후 콘크리트 라이닝 내부에 배면 공동이 많이 발생한다. 이를 해소하기 위해 개발된 삼각 격자지보는 숏크리트와 우수한 부착성을 보이나 부재와 부재 간 용접부에서의 파손이 빈번하게 발생한다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 사각 격자지보가 개발되었고, 본 논문에서는 유한요소해석 및 하중재하실험을 통해 사각 격자지보의 구조 성능을 객관적으로 분석하였다. 해석연구에서는 강지보의 일반적인 성능평가방법인 4점 재하 휨 하중 해석을 수행하였고, 여기에 더하여 아치 해석을 통해 아치의 항복 하중 및 좌굴 하중 역시 검토하였다. 4점 재하 휨 하중 실험을 통해 사각 격자지보의 극한 상태 하중을 분석하였고, 기존의 격자지보에서 문제되었던 부재 간 접합부의 파손 여부를 검토하였다. 이렇게 해석 및 실험을 통해 신형식 사각 격자지보의 주요한 구조 성능을 평가하였고 이를 기존 격자지보와 비교하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권6호
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• pp.499-505
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• 2017

본 연구에서는 선형탄성 유한요소해석 방법과 $m_{\alpha}-tangent$ 방법으로 한계하중을 계산하고 이를 기존의 연구들에 의해 제시된 한계하중 식들과 비교하였다. 해석의 대상은 배관계의 대표 형상인 곡관과분기관을 선정하였다. 곡관과 분기관의 형상 변수를 다양하게 바꿔가면서 $m_{\alpha}-tangent$ 방법의 적용가능성을 살펴보았다. 하중은 내압하중과 면내굽힘하중을 각각 고려하였으며 곡관의 경우에는 기존의 한계하중식과 $m_{\alpha}-tangent$방법이 비교적 잘 일치함을 확인하였다. 하지만 분기관의 경우 형상의 특수성으로 인해 뚜렷한 경향 없이 기존의 한계하중 식과 $m_{\alpha}-tangent$ 방법이 일치하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이는 $m_{\alpha}-tangent$ 방법이 불연속부의 응력집중현상에 의해 왜곡된 결과를 갖기 때문으로 보인다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.61-69
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• 2011

강 구조물의 보강공법으로는 강판 보강공법이 대표적인 방법으로 통용되고 있으나, 일부 구조물에서는 고정 설비 및 기타 간섭물로 인하여 보강 시공이 번거롭고, 보강부재 접합시 원부재의 단면 손실이 수반되는 단점이 있다. 최근, 강재의 원가 상승으로 강판 보강공사의 시공비가 증가되고 있는 실정이다. 반면, 복합소재를 이용한 보강공사의 경우는 재료의 자중이 가벼워서 보강재 취급이 수월하고 내화학성능이 우수하기 때문에 유지비용이 절감되기 때문에 콘크리트 구조물에서는 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 복합소재를 이용한 강 구조물의 보강의 기술적 가능성을 검증하기 위해 강재와 복합소재와의 부착성능 및 보 부재를 통해 휨 보강 성능을 평가하였다. 그 결과, 항복 이전까지는 강재와 아라미드섬유 쉬트가 일체 거동에 따른 보강효과를 예상할 수가 있었다. 또한, 보강 겹수가 증가함에 따라 무보강 실험체 대비 내력이 증가했지만, 예상 보강효과(1 겹에서 12.5 %, 2겹에서 25 %)에 비해 절반 정도의 수준의 개선효과를 보였다. 그 이유는 모든 보강 실험체가 계면파괴로 파단되었고, 이후 아라미드섬유 쉬트가 실험체 내력 개선에 영향을 미치지 못했기 때문이다. 따라서, 최근 복합소재의 재료적 개선 및 접착제의 부착성능 향상으로 인하여 강 구조물의 보강공사에 적용할 수 있는 가능성을 찾을 수 있었으나, 보강성능을 향상시키기 위한 부착성능 향상을 위한 방법에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.