• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제48권4호
• /
• pp.501-518
• /
• 2013

Apart from thinning of cortical layers, the local bone curvature, varying along bone periphery, modulates ultrasound waves as well, which is however often underestimated or overlooked in clinical quantitative ultrasound (QUS). A dedicated three-dimensional finite element modelling technique for cortical bones was established, for quantitatively exploring and calibrating the effect of local curvature of cortical bone on ultrasound. Using a correlation-based mode extraction technique, high-velocity group (HVG) and low-velocity group (LVG) wave modes in a human radius were examined. Experimental verification using acrylic cylinders and in vitro testing using a porcine femur were accomplished. Results coherently unravelled the cortical curvature exerts evident influence on bone-guided ultrasound when RoC/${\lambda}$ <1 for HVG mode and RoC/${\lambda}$ <2 for LVG mode (RoC/${\lambda}$: the ratio of local bone curvature radius to wavelength); the sensitivity of LVG mode to bone curvature is higher than HVG mode. It has also been demonstrated the local group velocity of an HVG or LVG mode at a particular skeletal site is equivalent to the velocity when propagating in a uniform cylinder having an outer radius identical to the radius of curvature at that site. This study provides a rule of thumb to compensate for the effect of bone curvature in QUS.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제20권3호
• /
• pp.311-319
• /
• 2007

본 연구에서는 구조 요소의 응력해석을 위한 무요소 RPIM(Meshfree Radial Point Interpolation Methods)법을 제시한다. 이를 위하여 먼저 무요소법의 형상함수와 무요소 RPIM법의 정식화 과정 및 프로그래밍을 간략히 한다. 절점보간법은 방사기저함수와 다항기저함수를 포함하고 있고 이 중 다항기저함수는 특이성문제를 극복할 수 있다. 게다가 무요소 RPIM법의 보간함수는 영향영역의 절점을 통과하고 형상함수는 크로네커 델타 성질을 갖고 있으므로 최소자승법에 기반을 둔 무요소법보다 쉽게 필수경계조건을 만족시킨다. 본 연구의 정확성을 확인하기 위하여, 캔틸레버형 평판, 유공평판, 속이 빈 원통 문제의 수치예제를 수행하고 이론 해와 유한요소법 결과를 비교, 분석한다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제24권1호
• /
• pp.55-60
• /
• 2011

본 논문에서는 NURBS의 기저함수를 이용하는 등기하 해석을 선형 탄성 문제에 적용하였다. 등기하 해석의 목적은 기하학적 모델링 (CAD)와 수치적 해석 (CAE)를 통합하는 것인데, 이는 계산 망으로써 NURBS에 의한 기하학적 모델링 결과를 직접 이용해서 이룰 수 있다. NURBS 곡면은 조정점과 노트 벡터들을 이용하여 정확한 기하학적 형상을 표현할 수 있으며, 또한 요소의 정밀화 과정이 상대적으로 용이하다는 장점이 있다. 본 연구를 통해 개발된 컴퓨터 코드의 정당성을 보이기 위해 비교적 단순한 형태의 두 가지 구조모델에 적용하였다 ; 1) 균일 내압을 받는 실린더, 2) 균일 인장력이 작용하는 중앙에 구멍이 있는 정사각형 판. 이 두 모델은 정해가 있는 경우로서 절점을 추가하는 h-정밀화와 기저함수의 차수를 증가하는 p-정밀화에 의한 등기하 해석법을 적용한 근사해의 수렴성을 분석하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제20권5호
• /
• pp.671-680
• /
• 2007

본 연구의 최종 목적은 유체가 빠른 속도로 가해지는 물체의 경계면에서 흡입(suction) 혹은 방출(injection)을 통해 유체를 제어함으로 드래그(drag)를 감소하고자 하는 것이다. 그러나 유체는 대용량, 비선형성을 가지고 있어서 직접적인 해석은 물론, 최적화를 적용한다는 것은 매우 어려운 일이다. 이를 위해 우리는 새로운 알고리즘과 기법들을 개발하였다. 본 연구에서는 이 기법들에 대한 검증을 하고, 나아가 최적화 기법을 사용하여 드래그를 감소하기 위해 흡입량과 방출량을 구하였다. 그리고 이 흡입과 방출을 가할 수 있는 구멍의 수와 위치에 따른 변화를 알아보았다. 본 연구에서 개발된 알고리즘과 기법들을 사용하였을 경우, 기존에는 해결 할 수도 없었던 문제를 가능하게 만들었으며, 기존에 저자가 1차로 개발한 바 있는 방법에 비해서도 더욱 효과적이라는 것을 입증하였다. 그리고 드래그 감소라는 차원에서 본다면 흡입과 방출을 가할 수 있는 구멍의 숫자가 많을수록 효과가 높으나 그다지 많은 수를 필요로 하지 않는다는 것을 알게 되었으며, 구멍의 위치는 유체의 경계층이 분리되는 약간 아래가 가장 최적의 위치라는 것을 알게 되었다.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제39권1호
• /
• pp.8-15
• /
• 2002

B-spline을 이용하여 물체의 형상과 포텐셜을 표현함으로써, 저차경계요소법의 단점들을 극복하고 수치계산의 정도를 높이기 위한 고차 패널법을 개발하였다. 물체표면과 자유표면에 법선 다이폴과 쏘스를 분포시켰으며, 자유표면 및 방사조건을 만족시키기 위해 상류차분식을 사용하는 대신 B-spline의 기저함수를 미분하여 선형화된 자유표면 경계조건에 직접 적용하였다. 이 방법을 적용함으로써 Dawson 방법에서 문제가 되었던 수치감쇠 문제를 피할 수 있었다. 수치계산 프로그램을 검증하기 위해 2차원 원주주위의 유동계산과 날개면 주위의 유동해석을 수행하였으며, B-spline 기저 고차패널법에 의한 수치계산 결과가 저차패널법에 비해 빠른 수렴성과 정확성을 보였고 계산에 필요한 패널 수가 현저히 줄어드는 대단히 만족스러운 결과를 얻었다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제37권7호
• /
• pp.629-636
• /
• 2013

공압 부상은 베르누이 원리에 기초한다. 그러나 공압 부상 방법은 제품의 원가 상승의 요인이 되는 대량의 유량을 소모하는 것으로 알려져 있다. 이 논문에서는 베르누이 부상 유동의 통찰력을 얻기 위해 수치 해석 연구를 수행하였다. 3차원 압축성 Navier-Stokes 방정식과 SST k-${\omega}$ 난류모델에 유한 체적법을 적용하여 계산하였다. 기체 유량, 공정 제품의 직경 그리고 원형실린더와 공정 제품사이의 간극을 다양하게 변화하여 공정 제품 주위의 유동 특성을 조사하였다. 그 결과 부상력을 위한 최적의 간극과 공급 기체 유량이 증가하면 큰 부상력이 발생한다는 것을 알았다.

• 한국생산제조학회지
• /
• 제22권3_1spc호
• /
• pp.573-579
• /
• 2013

Once-through helically coiled steam generator tubes subjected to external pressure are of interest because of their application to advanced small- and medium-sized integral reactors, in which a primary coolant with a relatively higher pressure flows outside the tubes, while secondary water with a relatively lower pressure flows inside the tubes. Another notable point is that the values of the mean radius to thickness ratio of these steam generator tubes are very small, which means that a thick-walled cylinder is employed for these steam generator tubes. In the present paper, the maximum allowable pressure of helically coiled and thick-walled steam generator tubes with through-wall cracks under external pressure is investigated based on a detailed nonlinear three-dimensional finite element analysis. In terms of the crack orientation, either circumferential or axial through-wall cracks are considered. In particular, in order to quantify the effect of the crack location on the maximum external pressure, these cracks are assumed to be located in the intrados, extrados, and flank of helically coiled cylinders. Moreover, an evaluation is also made of how the maximum external pressure is affected by the ovality, which might be inherently induced during the tube coiling process used to fabricate the helically coiled steam generator tubes.

• Design & Manufacturing
• /
• 제10권1호
• /
• pp.51-54
• /
• 2016

Metal sheet forming has been commonly used as the core technology in manufacturing parts of automobiles. It guarantees the highest production rate due to the process of mass production employing the press die. For precision of the product, the accuracy of the molds and its mechanic structures are considered as essential factors. One of these is fine blanking, which is utilized for the production of the metal sheet spring, with which clear sheer surfaces can be achieved in one operation from the materials. However, the current designs of press dies perform the forming analysis with the molds of rigid body, so they are focused on weight lightening by a rule of thumb. Therefore, this paper practice structural analysis about developing the semi fine-fine blanking technology. The semi fine-blanking can be run through the combination of the hydraulic cylinders and normal presses, so this paper analyze the amount of deformation according to the oil pressure. In addition, based on the plasticity of 50CrV4, the materials of the mold parts, the structural analysis and life analysis are proceeded, so they are expected to be useful as data for manufacturing the mold.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제27권9호
• /
• pp.1562-1570
• /
• 2003

The prediction of the inelastic behavior of the structure is an essential part of reliability assessment procedure, because most of the failures are induced by the inelastic deformation, such as creep and plastic deformation. During decades, there has been much progress in understanding of the inelastic behavior of the materials and a lot of inelastic constitutive equations have been developed. The complexity of these constitutive equations generally requires a stable and accurate numerical method. The radial return mapping is one of the most robust integration scheme currently used. Nonlinear kinematic hardening model of Armstrong-Fredrick type has recovery term and the direction of kinematic hardening increment is not parallel to that of plastic strain increment. In this case, The conventional radial return mapping method cannot be applied directly. In this investigation, we expanded the radial return mapping method to consider the nonlinear kinematic hardening model and implemented this integration scheme into ABAQUS by means of UMAT subroutine. The solution of the non-linear system of algebraic equations arising from time discretization with the generalized midpoint rule is determined using Newton method and bisection method. Using dynamic yield condition derived from linearization of flow rule, the integration scheme for elastoplastic and viscoplastic constitutive model was unified. Several numerical examples are considered to demonstrate the efficiency and applicability of the present method.

• 한국해양공학회지
• /
• 제19권5호
• /
• pp.16-25
• /
• 2005

The effect of vertical riser support system on the dynamic behaviour of a classical spar platform is investigated. Spar platform generally uses buoyancy-can riser support system, but as water depth gets deeper the alternative riser support system is required due to safety and cost issues. The alternative riser support system is to hang risers off the spar platform using pneumatic cylinders rather than the buoyancy-can. The existing numerical model for hull/mooring/riser coupled dynamics analysis treats riser as an elastic rod truncated at the keel (truncated riser model), thus, in this model, the effect of riser support system can not be modeled correctly. Due to this reason, the truncated riser model tends to overestimate the spar pitch and heave motion. To evaluate more realistic global spar motion, mechanical coupling among risers, guide frames and support cylinders inside of spar moon-pool should be modeled. In the newly developed model, the risers are extended through the moon-pool by using nonlinear finite element methods with realistic boundary condition at multiple guide frames. In the simulation, the vertical tension from pneumatic cylinders is modeled by using ideal-gas equation and the vertical tension from buoyancy-cans is modeled as constant top tension. The different dynamic characteristics between buoyancy-can riser support system and pneumatic riser support system are extensively studied. The alternative riser support system tends to increase spar heave motion and needs damper system to reduce the spar heave motion.