• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2007년도 정기 학술대회 논문집
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• pp.663-668
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• 2007

An enhanced first shear deformation theory for composite plate is developed. The detailed process is as follows. Firstly, the theory is formulated by modifying higher order zigzag theory. That is, the higher order theory is separated into the warping function representing the higher order terms and lower order terms. Secondly, the relationships between higher order zig-zag field and averaged first shear deformation field based on the Reissner-Mindlin's plate theory are derived. Lastly, the effective shear modulus is calculated by minimizing error between higher order energy and first order energy. Then the governing equation of FSDT is solved by substituting shear modulus into effective shear modulus. The recovery processing with the nodal unknown obtained from governing equation is performed. The accuracy of the present proposed theory is demonstrated through numerical examples. The proposed method will serve as a powerful tool in the prediction of laminated composite plate.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제40권2호
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• pp.191-213
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• 2011

This paper presents an improved 8-node shell element for the analysis of plates and shells. The finite element, based on a refined first-order shear deformation theory, is further improved by the combined use of assumed natural strain method. We analyze the influence of the shell element with the different patterns of sampling points for interpolating different components of strains. Using the assumed natural strain method with proper interpolation functions, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior even when full integration is used in the formulation. Further, a refined first-order shear deformation theory, which results in parabolic through-thickness distribution of the transverse shear strains from the formulation based on the third-order shear deformation theory, is proposed. This formulation eliminates the need for shear correction factors in the first-order theory. Numerical examples demonstrate that the present element perform better in comparison with other shell elements.

• 한국기계가공학회지
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• 제21권4호
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• pp.53-59
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• 2022

In this study, an enhanced first-order shear deformation theory is proposed to efficiently and accurately predict the thermo-mechanical-viscoelastic coupled behavior of laminated composite structures. To this end, transverse shearstress and displacement fields are independently assumed, and the strain-energy relationship between these fields issystematically established using the mixed variational theorem (MVT). In MVT, the transverse shear stress fields are obtained from the third-order zigzag model, whereas the displacement fields of the conventional first-order model are considered to amplify the benefits of numerical efficiency. Additionally, a transverse displacement field with a smooth parabolic distribution is introduced to accurately predict the thermal behavior of composite structures. Furthermore, the concept of Laplace transformation is newly employed to simplify the viscoelastic problem, similar to the linear-elastic problem. To demonstrate the performance of the proposed theory, the numerical results obtained herein were compared with those available in the literature.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.505-512
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• 2012

본 논문에서는 일차전단변형 평판 이론(FSDT)의 개선을 통한 복합재료 적층평판의 효율적 열응력 해석 기법을 제안한다. 횡방향 응력 성분에 대해서만 변분을 취하는 혼합변분이론(Mixed variational theorem)을 이용하여 횡방향 변형에너지를 개선하였다. 가정된 횡방향 전단응력 성분들은 효율적 고차이론으로부터 구하였으며, 면내 변위 성분들은 일차적층평판 이론의 변위장을 사용하였다. 또한, 열응력 해석에 있어서 횡방향 수직 변형을 효과적으로 고려하기 위해서 횡방향 수직 변위를 두께방향에 대하여 포물선으로 가정하였다. 이 과정을 통하여 얻어진 전단변형 에너지를 본 논문에서는 횡방향 수직 변형이 고려된 개선된 일차전단변형이론(EFSDTM_TN)이라고 명명하였다. 제안된 EFSDTM_TN은 복합재료 적층평판의 열탄성 거동을 해석함에 있어서 횡방향 수직 변형이 고려된 일차전단변형 평판 이론(FSDT_TN)과 비슷한 수준의 계산만을 필요로 하며, 동시에 후처리 과정을 통하여 열변형 및 열응력의 두께방향 분포를 정확하게 예측할 수 있도록 개선하였다. 계산된 결과는 FSDT_TN, 3차원 탄성해 등의 결과와 비교하여 검증하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.407-418
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• 2006

본 논문에서는 일차전단변형이론(FSDT)을 이용한 복합재료 적층평판의 고정밀 해석기법을 소개한다. 전단수정계수가 자동적으로 포함되도록 횡방향 전단 변형에너지를 혼합변분이론(mixed variational theorem)을 이용하여 개선하였다. 혼합변분이론에서는 변분을 횡방향 응력들에 대해서만 취하였다. 가정된 횡방향 전단응력은 효율적인 고차이론(Cho and Parmerter, 1993)으로부터 구하였다 횡방향 수직응력은 3차 다항식으로 가정하였고, 무전단 응력조건과 평판의 윗면과 아랫면에서의 응력을 만족하는 조건을 부과함으로써 얻었다. 한편, 변위들에 대해서는 일차전단변형이론의 변위장을 사용하였다. 이렇게 해서 얻어진 변형 에너지를 본 논문에서는 EFSDTM3D이라고 명명 하였다. 본 논문에서 개발된 EFSDTM3D는 변위와 응력의 계산에서 고전적인 FSDT와 같은 정도의 계산 효율을 가지면서, 동시에 변위와 응력의 두께방향의 정확도를 면내 방향 응력들에 대한 최소오차자승법에 기초하여 응력 회복 과정을 적용함으로써 개선하였다. 계산된 결과는 고전적인 FSDT, 3차원 탄성해, 그리고 참고문헌 중에서 이용 가능한 결과들과 비교하여 검증하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권3호통권70호
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• pp.295-303
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• 2004

본 연구에서는 등방성 및 복합적층판 해석을 위해 추가변형률을 갖는 개선된 4절점 Reissner-Mindlin 평판휨요소를 제안하였다. 전단잠김현상과 가상적인 제로에너지모드를 제거하기 위해 비적합 변위모드와 Bubble 함수식에 근거한 새로운 형태의 전단변형률을 추가함으로써 횡방향 전단거동을 개선하였다. Andelfinger와 Ramm(1993)이 제시한 기본적인 추가변형률은 면내거동을 개선시키고자 그대로 적용하였다. 1차전단변형이론에 근거한 새로 개발된 4절점 평판요소를 '14EASP'라 명하였다. 14EASP 유한요소의 특징과 성능을 평가하고자 몇가지의 수치해석예제를 적용하였으며, 다른 유한요소 및 해석적인 해와 비교하였다. 그 결과 본 연구에서 제안한 14EASP는 보다 안정적이고, 수렴성이 빠르며, 특히 요소형상이 왜곡된 경우에도 정확한 결과를 도출하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제28권2호
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• pp.195-207
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• 2018

First-order reliability method (FORM) is enhanced based on the search direction using relaxed conjugate reliability (RCR) approach for the embedded nanocomposite beam under buckling failure mode. The RCR method is formulated using discrete conjugate map with a limited scalar factor. A dynamical relaxed factor is proposed to control instability of proposed RCR, which is adjusted using sufficient descent condition. The characteristic of equivalent materials for nanocomposite beam are obtained by micro-electro-mechanical model. The probabilistic model of nanocomposite beam is simulated using the sinusoidal shear deformation theory (SSDT). The beam is subjected to external applied voltage in thickness direction and the surrounding elastic medium is modeled by Pasternak foundation. The governing equations are derived in terms of energy method and Hamilton's principal. Using exact solution, the implicit buckling limit state function of nanocomposite beam is proposed, which is involved various random variables including thickness of beam, length of beam, spring constant of foundation, shear constant of foundation, applied voltage, and volume fraction of ZnO nanoparticles in polymer. The robustness, accuracy and efficiency of proposed RCR method are evaluated for this engineering structural reliability problem. The results demonstrate that proposed RCR method is more accurate and robust than the excising reliability methods-based FORM. The volume fraction of ZnO nanoparticles and the applied voltage are the sensitive variables on the reliable levels of the nanocomposite beams.

• Steel and Composite Structures
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• 제46권3호
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• pp.367-383
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• 2023

In this investigation, an improved integral trigonometric shear deformation theory is employed to examine the vibrational behavior of the functionally graded (FG) sandwich plates resting on visco-Pasternak foundations. The studied structure is modelled with only four unknowns' variables displacements functions. The simplicity of the developed model being in the reduced number of variables which was made with the help of the use of the indeterminate integral in the formulation. The current kinematic takes into consideration the shear deformation effect and does not require any shear correction factors as used in the first shear deformation theory. The equations of motion are determined from Hamilton's principle with including the effect of the reaction of the visco-Pasternak's foundation. A Galerkin technique is proposed to solve the differentials governing equations, which enables one to obtain the semi-analytical solutions of natural frequencies for various clamped and simply supported FG sandwich plates resting on visco-Pasternak foundations. The validity of proposed model is checked with others solutions found in the literature. Parametric studies are performed to illustrate the impact of various parameters as plate dimension, layer thickness ratio, inhomogeneity index, damping coefficient, vibrational mode and elastic foundation on the vibrational behavior of the FG sandwich plates.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.247-258
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• 2004

복합적층 곡선패널의 비감쇠 강제진동문제를 해결하기 위한 쉘 요소를 제안하였다. 본 연구에서는 절점당 6개의 자유도를 갖는 4절점 EAS 쉘요소를 사용하였다. EAS 방법을 이용하여 전단잠김과 면내잠김 현상을 극복하였으며, 전단보정계수를 사용하지 않고 분포형상함수에 의해 두께방향에 따른 전단변형을 포물선으로 분포시킨 수정된 1차전단변형이론을 적용하였다. Newmark 직접적분법이 시간에 관한 운동방정식의 적분과 시간이력을 해결하기 위해 적용되었다. 곡선패널의 기하학적 조건과 화이버 보강각도 및 적층조건 등의 매개변수 변화에 따른 강제진동응답을 분석하였다.

• Composites Research
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• 제36권2호
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• pp.117-125
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• 2023

본 논문에서는 복합소재 적층 구조물의 열-기계적 거동을 효과적으로 예측할 수 있는 8절점 판 요소 기반 전산해석 기법을 제안하고자 한다. 횡방향 수직 변형이 고려된 개선된 일차전단변형이론을 바탕으로 유한요소 정식화를 수행하였으며, 독립적으로 가정되는 변위장 및 응력장 사이의 타당한 수학적 관계식을 도출함으로써 해석 결과의 정확도와 계산 과정의 효율성을 동시에 향상시키고자 하였다. 또한, 횡 방향 변위장의 개선을 통해 횡 방향 수직 변형을 효과적으로 고려함으로써, 복합소재 적층 구조물의 열적 거동 예측 과정에서의 신뢰성을 확보하고자 하였다. 수치 예제로써 열-기계 하중을 받는 2차원 복합소재 적층평판을 고려하였으며, 3차원 탄성해 및 참고문헌에서 활용 가능한 해석 결과와의 비교, 검토를 통해 제안된 유한요소 해석 기법의 성능을 검증하였다.