• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.87-95
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• 2018

이 논문에서는 스펙트럴 요소법과 외연적 시간적분법을 이용해 SH파의 전파 거동을 계산하는 수치해석 기법을 제시한다. 2차원 영역에서의 탄성파 해석을 위해 해석영역을 유한 영역으로 한정하고 파동이 반사되지 않도록 수치적 파동흡수 경계조건인 perfectly matched layer(PML)를 도입하였다. PML이 포함된 시간영역 파동방정식의 유한요소해법을 위해 스펙트럴 요소법을 적용하였고 Legendre- Gauss-Lobatto 수치적분법을 사용하여 질량행렬을 대각화하였다. 2차 미분방정식 시스템의 파동방정식을 1차 미분방정식 시스템으로 변환하였고 병렬화를 통한 탄성파 해석 성능의 최적화를 위해 외연적 시간적분법인 4차 Runge-Kutta 방법을 이용해 해석영역에서의 변위응답을 계산하였다. 2차원 해석영역에서 SH파의 전파 거동을 계산하는 수치예제를 통해 제시한 외연적 스펙트럴 요소법의 정확성을 검증하였고 PML로 인한 반사파의 감쇠효과를 확인하였다. 외연적 시간적분법을 통한 탄성파 해석 기법은 3차원 영역과 같은 대규모 문제에서의 탄성파 수치해석을 효율적으로 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.303-314
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• 2010

이 논문에서는 외부강선으로 긴장된 PSC 거더의 비선형 해석방법에 대한 연구를 수행하였다. 외부강선은 정착부와 편향부에서만 부재와 일체로 거동을 하고 정착부-편향부, 편향부-편향부 사이에서 독립적인 거동을 보이는 특성으로 인해 구조물의 처짐이 증가할 경우 부재와 외부강선의 편심량이 감소하여 모멘트가 변화하는 2차 효과(secondary effect)가 발생한다. 또한 편향부에서 외부강선의 인장력 차이로 인해 슬립(slip)이 발생할 경우 외부강선의 인장력이 재분배되어 복잡한 비선형 거동을 보이게 된다. 이 논문에서는 정착부-편향부, 편향부-편향부 사이의 외부강선을 여러 개의 곡선요소로 모사하고, 편향부에서의 마찰력과 driving force(미끄러지는 힘)의 평형관계를 이용하여 외부강선의 인장력을 재분배함으로써 편향부에서의 슬립효과를 고려하였다. 이 논문에서 제시한 외부강선의 유한요소모델과 해석방법을 저자들이 개발한 시공단계를 고려한 PSC 뼈대의 비선형 해석 프로그램에 통합하고, 외부강선으로 긴장된 PSC 보의 해석에 적용하여 외부강선에 대한 유한요소모델 및 해석방법의 정당성과 적용성을 확인하였다. 또한 편향부의 수와 편향부에서의 마찰계수에 따른 극한거동을 검토해본 결과, 편향부의 수가 증가할수록 PSC 보의 항복하중과 극한하중은 증가하였으며, 편향부에서의 마찰계수에 따른 극한거동은 외부강선과 편향부 사이의 마찰력으로 인해 부재에 전달되는 모멘트의 영향에 따라 마찰계수가 적정한 값일 경우에 극한내력이 최대치를 보이는 것을 확인하였다.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제2권3호
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• pp.1-11
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• 2011

본 연구에서는 하위 요소로(sub-element) 구성된 3차원 대칭 단위 요소들로 조합된 트러스 격자 구조물의 연속적인 물성치를 제안하였다. 개별적인 트러스 격자 물성치는 균질화 작업을 통하여 유효한 응력과 변형률 관계로 이루어진 연속적인 물성치 모델로 나타낼 수 있다. 미시적인 규모(micro scale) 스트럿의 인장이나 압축 응답에 의한 축강성은 전체 격자재료의 대부분의 강도를 차지하고, 이러한 스트럿의 부피 분율(fraction)은 효과적인 강도뿐만 아니라 복제 가능한 단위 요소로 이루어진 격자판의 상대밀도에 큰 영향을 주었다. 그러므로 균질한 강성부재로 구성된 연속적인 구성모델은 미시적인 규모로 간주되는 스트럿의 강도, 내부응력 상태 및 부피 분율과 관련된 역학적인 특성들을 포함하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 미시적인 규모의 응력에서 소성흐름은 균질한 구성식에서 파생된 거시적인 규모에서의 (macro-scale)응력 표면에 있는 연속적인 응력함수의 영역을 확장한다. 따라서 본 연구를 통하여 3차원 대칭 단위요소 구조물의 기본 기하학을 조사하고 압력에 의존적인 마크로 규모에서의 (macro-scale) 응력함수를 예측하는 연속적인 소성모델을 공식화하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.317-325
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• 2016

이 연구에서는 3축 방향 지반운동이 작용하는 지반-구조물 상호작용계의 비선형 지진응답 해석을 수행한다. 비선형 거동이 예상되는 구조물과 지반의 근역은 비선형 유한요소에 의해 모형을 구성한다. 기하학적 형상과 재료 성질이 균일하고 선형 거동을 가정하는 원역지반은 무한 영역으로의 에너지 방사를 정확히 고려할 수 있는 3차원 perfectly matched discrete layer에 의해 수치 모형을 구성한다. 이와 같은 지반-구조물 상호작용계의 수치모형을 사용하여 3축 방향 지반운동이 작용하는 비선형 지진-구조물 상호작용계의 지진응답해석을 수행한다. 3축 방향 지반운동이 작용하는 경우에는 입력 지반운동의 특성에 따라 시스템의 응답이 우세하게 발현되는 방향이 존재하고 그 수준 또한 정밀한 지진응답해석을 통해 산정하여야 한다. 이 연구의 해석기법은 구조물과 지반의 재료 비선형 거동, 기초와 지반 경계면에서의 경계 비선형 거동 등 다양한 비선형 지반-구조물 상호작용 해석에 확장 적용할 수 있을 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권2D호
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• pp.237-245
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• 2011

Asphalt Plug Joint(APJ)는 미국을 비롯한 유럽의 여러 국가에서 적용사례가 늘어가고 있는 새로운 형태의 신축이음장치이다. APJ는 시공 및 유지보수 비용이 저렴하고 시공이 간단하며, 우수한 평탄성을 확보한다는 장점을 가지고 있으나 조기파손되는 문제점이 드러나 사용성을 방해하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 연구가 진행되어 왔고, 기존 연구 중 FEM 해석을 수행하였으나 FEM 해석시 재료를 너무 단순화하여 해석함으로써 해석의 신뢰성이 많이 떨어져 신축이음장치의 거동을 분석하는데 미흡하였다. 따라서 본 논문에서는 이러한 FEM 해석의 신뢰성을 높이기 위해 새로운 재료모델을 제안하고 실제 거동과 비교하여 유효성을 확인하였다. 본 연구에서 FEM 해석은 ABAQUS 전산 프로그램를 사용하였으며 재료모델은 Bramel et al.이 APJ 재료 시험한 결과를 근거로 탄소성모델과 점탄성모델을 제안하였다. 탄소성모델은 시간에 따른 변형속도를 반영하지 못하므로 시간독립해석으로 정의하였으며, 점소성 모델은 변형속도를 반영하므로 시간의존해석으로 정의하였다. 해석을 통해 APJ의 거동에 영향을 미치는 다양한 요소의 영향을 검토하였으며, 시간의존해석이 실제 실험결과와 비슷한 거동을 나타냄을 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.193-201
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• 1992

유한요소법(有限要素法)을 이용(利用)하여 선체(船體) corner부(部)의 구조(構造) 해석(解析)을 하기 위해서는 많은 mesh로 분할(分割)해야 하기 때문에 해석(解析) 시간(時間) 및 작업(作業) 시간(時間)이 막대(莫大)하게 소요(所要)되므로 최적(最適) 설계(設計)로 확장(擴張)하기 위해서는 유한요소법(有限要素法)의 비효율성(非效率性)을 배제(排除)하고 계산(計算) 시간(時間)이 적게 소요(所要)되는 새로운 해석방법(解析方法)의 개발(開發)이 절실(切實)하다. 지금까지 corner부(部)의 구조(構造) 해석(解析)을 하기 위한 이론적(理論的) 방법(方法)으로 등가(等價)의 곡선(曲線)보 이론(理論) 및 wedge 이론(理論)이 사용(使用)되어 왔으나 선체(船體)와 같이 비대칭(非對稱) 하중(荷重) 및 비대칭(非對稱) 구조(構造)를 갖는 구조물(構造物)에 대해서는 잘 맞지 않은 경향(傾向)이 있어 사용(使用)되고 있지 않는 실정(實情)이다. 본(本) 연구(硏究)에서는 이러한 점을 극복(克服)하기 위해 기존(旣存)의 등가(等價)의 곡선(曲線)보 이론(理論)에 비대칭(非對稱) 분포(分布) 하중(荷重)을 고려(考慮)하여 평형(平衡) 상태(狀態)에서 등가(等價)의 하중(荷重)이 되도록하고 비대칭(非對稱) 구조(構造)에 대해서도 대칭(對稱) 구조물(構造物)의 중첩(重疊)에 의해 등가(等價)의 강성(剛性)을 갖도록 치환(置換)하여 어떠한 하중(荷重) 및 구조물(構造物)이라도 응력(應力)을 근사(近似)하게 표현(表現)할 수 있는 신(新) 등가(等價) 곡선(曲線)보 이론(理論)을 정립(定立)하였으며 2부재(部材) 결합부(結合部) 및 3부재(部材) 결합부(結合部)에 대해 구조(構造) 해석(解析)을 수행(遂行)하고 membrane 요소(要素)를 사용(使用)한 유한요소법(有限要素法)의 결과(結果)와 비교(比較)하여 그 유용성(有用性을) 입증(立證)하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제8권6호통권40호
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• pp.55-66
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• 2004

현재 국내에서는 벽과 바닥판만으로 이루어진 벽식 구조형식의 아파트 건물이 많이 건설되고 있다. 아파트와 같은 주거구조물에서는 다양한 진동원에 의하여 진동이 발생하고 이러한 진동은 벽과 바닥판을 통하여 이웃한 세대 및 위, 아래층 세대로 전달되게 된다. 벽식구조물의 진동해석을 정확하게 수행하기 위해서는 벽과 바닥판을 많은 수의 유한요소로 세분한 모델을 사용하는 것이 필요하다. 그러나 아파트와 같은 벽식구조물 전체를 수많은 유한요소로 세분하여 모형화하면 막대한 해석시간과 컴퓨터 메모리가 필요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 상당히 줄어든 해석시간과 컴퓨터 메모리를 사용하여 정확한 해석결과를 얻기 위하여 행렬응축기법으로 벽과 바닥판에 수직인 자유도만 가지는 효율적인 진동해석 모델을 제안한다. 벽식구조물에서 벽과 바닥에 수직인 자유도만을 남기고 나머지 자유도를 행렬응축기법을 통하여 한꺼번에 소거를 한다면 행렬응축과정에서 상당히 많은 양의 시간이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 벽이나 바닥판에 수직인 자유도만을 가진 수퍼요소를 생성한 후 이를 조합하여 한 층을 나타내는 부분구조를 만들고 최종적으로 부분구조를 조합하여 전체 구조물을 구성하는 모형화 기법을 제안하였다. 제안된 해석기법의 정확성과 효율성을 검증하기 위하여 3층 및 5층의 벽식구조물을 예제구조물로 사용하여 동적해석을 수행하였다. 예제해석 결과 제안된 해석방법의 결과는 절점당 6개의 자유도를 모두 사용한 해석모델의 결과와 비슷한 정확성을 보이면서도 소요되는 해석시간과 컴퓨터 메모리를 대폭 줄일 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권4호
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• pp.281-288
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• 2014

가스폭발은 해양플랜트 산업에서 발생할 수 있는 치명적인 사고 중 하나이며, 탑사이드 플랫폼은 폭발압력에 따른 구조 건전성을 확보해야만 한다. 따라서, 해양플랜트 분야에서는 이러한 폭발사고에 대비한 방폭설계에 관한 많은 연구가 수행되었지만, 여전히 추가적으로 세밀한 분석이 더 필요한 실정이다. 폭발 설계하중 계산과정에서 도출된 충격량은 CFD 해석결과로 계측된 폭발 압력 응답에서의 곡선 아래 면적의 절대 값에 의해 결정되어 진다. 하지만 가스폭발에서의 부압구간은 TNT 폭발이나 가스폭발과는 달리 상당부분 존재한다. 본 연구의 목표는 이러한 부압구간이 구조물의 거동에 미치는 영향에 대해서 분석하는 것이다. 따라서 방폭설계가 필수적으로 요구되어지는 FPSO 탑사이드의 방화벽을 폭발하중에 따른 구조 응답을 분석하기 위한 대상물로 선정하였다. 폭발 하중-시간이력 데이터는 FLACS를 이용한 폭발 시뮬레이션 과정을 통해 획득하였으며, LS-DYNA는 비선형 과도 응답해석을 위해 사용되었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제20권2호
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• pp.88-104
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• 1988

이차원의 유한요소법을 이용하여 axisymmetric R-$\theta$system으로 나누어서 정상과 부하추종 운전시에 핵연료 페렛트와 피복관의 열역학적 거동을 분석하기 위해서 FURA전산코드를 개발하였다. 온도분포와 내부압력을 정확히 계산하기 위해서 페렛트와 피복관의 변형과 핵분열의 기체방출을 전체 핵연료봉 길이로 고려하였다. 열역학적 평 형방정식을 얻기 위해서 Galerkin's Technique과 가상일의 원리를 사용하였고 역학적 해석을 위해서 탄성-소성, 크리프뿐만아니라 스엘링, 재배열, 고밀화 현상등을 고려하였다. 기하학적 모델에서는 4-결점 요소라 페레트 길이의 1/2만을 택하였다. 비선형식을 안정하게 해석하기 위해서 음해법을 도입하여 뉴튼-랩손 반복법을 적용하였다 이 코드의 검증은 해석해와 실험데이타로 비교하였다. 핵연료봉의 일반적인 거동은 axisymmetry system으로 계산하였고 균열된 페레트에 접촉하는 피복관의 거동은 R-$\theta$system을 사용하였다. 부하추종에 의한 피복관의 변형시효의 민감도는 출력율, 진동수, 진폭등으로 비교하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.53-64
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• 2003

사면을 포함한 경사지에 설치된 송전탑, 교각, 고층빌딩 등을 지지하는 말뚝은 풍하중, 지진, 차량 등에 의한 수평하중을 고려하여 설계되어야 한다. 이러한 사면이나 경사지에 설치된 수평하중을 받는 말뚝은 편평한 지반에 비하여, 수평지지력이 감소하기 때문이다. 그러므로 이러한 구조물은 일반적으로 강성이 높고, 대구경의 기초인 피어기초가 사용된다. 수평하중을 받는 피어기초는 일반적으로 장대말뚝과 다른 거동을 한다. 즉, 수평하중에 의하여 말뚝 자체의 회전이 발생하고, 그 회전의 중심점 상부의 사면측의 수동토압에 의존하여 지반파괴가 발생한다는 측면에서 짧은 강성 말뚝과 유사한 거동을 한다. 본 논문은 모래사면의 언덕 근처에 설치된 짧은 말뚝의 수평하중의 영향에 대한 실험 및 수치해석 결과를 포함한다. 대부분을 모형실험과 3차원 탄소성 유한요소해석의 비교, 결과를 기술하였다. 먼저, 사면 언덕에서 모형말뚝까지의 거리를 3종류로 구분하여 단항의 모형실험과 군항말뚝의 수평하중 특성을 파악하기 위하여 수평지반과 사면지반(경사 30$^{\circ}$)에 대하여 말뚝중심간의 거리를 각2종류로 모형실험을 실시하였다. 동시에 3차원 탄소성 유한요소법에 의한 수치해석을 통하여 모형실험의 결과와의 비교를 시도하였다. 사용된 모래지반은 배수조건하에서 삼축압축실험으로 재현하였다. 3차원 탄소성 유한요소해석에서 완전탄소성모델의 파괴기준은 Mohr-Coulomb식, 소성 포텐셜은 Drucker-Prage식을 이용한 MC-DP모델을 적용하였다. 연구결과, 3차원탄소성 유한요소법이 사질토 지반에 설치된 짧은 말뚝의 수평거동을 파악하는데 유효하다는 것을 확인하였다.