• 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.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권2호
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• pp.183-204
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• 2024

In current investigation, a novel beam finite element model is formulated to analyze the buckling and free vibration responses of functionally graded porous beams resting on Winkler-Pasternak elastic foundations. The novelty lies in the formulation of a simplified finite element model with only three degrees of freedom per node, integrating both C⁰ and C¹ continuity requirements according to Lagrange and Hermite interpolations, respectively, in isoparametric coordinate while emphasizing the impact of z-coordinate-dependent porosity on vibration and buckling responses. The proposed model has been validated and demonstrating high accuracy when compared to previously published solutions. A detailed parametric examination is performed, highlighting the influence of porosity distribution, foundation parameters, slenderness ratio, and boundary conditions. Unlike existing numerical techniques, the proposed element achieves a high rate of convergence with reduced computational complexity. Additionally, the model's adaptability to various mechanical problems and structural geometries is showcased through the numerical evaluation of elastic foundations, with results in strong agreement with the theoretical formulation. In light of the findings, porosity significantly affects the mechanical integrity of FGP beams on elastic foundations, with the advanced beam element offering a stable, efficient model for future research and this in-depth investigation enriches porous structure simulations in a field with limited current research, necessitating additional exploration and investigation.

• Computers and Concrete
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• 제34권4호
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• pp.447-476
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• 2024

The current research proposes an innovative finite element model established within the context of higher-order beam theory to examine the bending and buckling behaviors of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) beams resting on Winkler-Pasternak elastic foundations. This two-node beam element includes four degrees of freedom per node and achieves inter-element continuity with both C¹ and C⁰ continuities for kinematic variables. The isoparametric coordinate system is implemented to generate the elementary stiffness and geometric matrices as a way to enhance the existing model formulation. The weak variational equilibrium equations are derived from the principle of virtual work. The mechanical properties of FG-CNTRC beams are considered to vary gradually and smoothly over the beam thickness. The current investigation highlights the influence of porosity dispersions through the beam cross-section, which is frequently omitted in previous studies. For this reason, this analysis offers an enhanced comprehension of the mechanical behavior of FG-CNTRC beams under various boundary conditions. Through the comparison of the current results with those published previously, the proposed finite element model demonstrates a high rate of efficiency and accuracy. The estimated results not only refine the precision in the mechanical analysis of FG-CNTRC beams but also offer a comprehensive conceptual model for analyzing the performance of porous composite structures. Moreover, the current results are crucial in various sectors that depend on structural integrity in specific environments.

• 대한기계학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.82-87
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• 1987

본 논문에서는 열전달문제 역시 변분형으로 전환될 수 있음에 착안하여 전미 분 개념을 도입해서 전도와 대류가 있는 열전달모델에서 주어진 면적 제한조건을 만족 시키며 지정된 경계에서의 온도가 주어진 온도에 가장 근접할 수 있는 모델의 형상을 찾는 방법을 연구하였다. 어떤 물질의 열전달 상태를 바꾸어 경계에서의 온도를 원 하는 바대로 조정하는 문제는 실제 공정에서 중요한 경우가 많다.해석시 열전달 상 태 방정식과 adjoint식은 6절점 삼각형 등계수 요소의 유한 요소법을 이용하여 해석하 였다.설계민감도의 정확한 계산을 위해서는 임의의 형상변화에 따른 경계에서의 수 치적분이 정확해야 하므로 경계를 곡선으로 표시할 수 있는 등계수 요소가 필요하다. 설계 민감도 해석이 진행된 후에는 최적화 기법의 하나인 미분벡터 투영법(Gradient Projection Method)을 사용하여 최적화를 시도했다. 최적설계 과정중 매번 계산결과 에 의해 형상의 변화가 진행되므로 그때마다 유한 요소 모델을 적절히 변화시켜 주어 야 한다. 모델의 경계는 3차함수로 근사화하여 형상이 부드러운 곡선이 되도록 했 으며 설계변수는 근사화한 3차함수를 결정할 수 있도록 정하면 되나 본 연구에서는 모 델의 변화에 따른 y좌표의 변화는 없다고 가정하여 모델경계의 세점을 취해 그 점들의 x좌표를 설계변수로 했다.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제2권4호
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• pp.397-411
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• 2009

The effect of soil-structure interaction on a simple single storeyed and two bay space frame resting on a pile group embedded in the cohesive soil (clay) with flexible cap is examined in this paper. For this purpose, a more rational approach is resorted to using the three dimensional finite element analysis with realistic assumptions. The members of the superstructure and substructure are descretized using 20 node isoparametric continuum elements while the interface between the soil and pile is modeled using 16 node isoparametric interface elements. Owing to viability in terms of computational resources and memory requirement, the approach of uncoupled analysis is generally preferred to coupled analysis of the system. However, an interactive analysis of the system is presented in this paper where the building frame and pile foundation are considered as a single compatible unit. This study is focused on the interaction between the pile cap and underlying soil. In the parametric study conducted using the coupled analysis, the effect of pile spacing in a pile group and configuration of the pile group is evaluated on the response of superstructure. The responses of the superstructure considered include the displacement at top of the frame and moments in the superstructure columns. The effect of soil-structure interaction is found to be quite significant for the type of foundation used in the study. The percentage variation in the values of displacement obtained using the coupled and uncoupled analysis is found in the range of 4-17 and that for the moment in the range of 3-10. A reasonable agreement is observed in the results obtained using either approach.

• 대한조선학회지
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• 제27권1호
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• pp.45-56
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• 1990

본 해석에서는 압력용기를 설계하기 위하여 복합적층된 원통형 구각의 비선형 해석을 유한요소법으로 수행하였다. 적층순서의 변화에 따라 최소변위 또는 최대압력을 갖는 최적의 적층구조를 얻기 위하여 8절점 Isoparametric 격하요소를 사용하며 구조요소의 비선형거동은 Total Lagrangian 수식과 하중증분법을 적용하여 해석하며 평형반복수렴은 Newton-Raphson Method를 이용하였다. 선형해석의 경우에 9가지 적층구조를 선정하여 하중조건이 내압일때 최소변위를 나타내는 적층구조를 조사한 결과 $[50^{\circ}/-50^{\circ}]$의 최적구조를 구하였고 적층순서를 $[{\theta}^{\circ}/{-\theta}^{\circ}]$로 하여 비선형해석과 동시에 Quadratic Failure Criteria를 적용하였을 때 하중조건이 외압만을 고려하는 상태에서도 $\theta=50^{\circ}$가 최소 변위비를 나타내었고 외압과 축하중을 동시에 고려한 상태에서는 $\theta=90^{\circ}$였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권2호
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• pp.207-216
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• 2003

본 논문에서는 균열을 지닌 축대칭 문제를 해석하기 위하여 시간적분형 운동방정식을 바탕으로 한 유한요소 해법을 제시한다. 유한요소메쉬는 8절점 등매개변수 사변형 요소와 균열선단에서의 1/4절점 삼각형 특이요소로 구성되며, 동적 응력확대계수는 균열면상의 1/4절점의 y방향 변위로부터 구한다. 제시된 해법의 정확성과 타당성을 검증하기 위하여 내부에 원환균열을 지닌 무한 탄성체가 균열면상에서 충격하중을 받을 때의 동적 응력확대계수를 계산하고 타 수치결과와 비교 검토하였다. 응용 예제로서 원환균열과 원주균열을 지닌 중실축과 중공축의 동적 응력확대계수를 균열의 길이와 축의 길이에 따른 영향을 자세히 조사하였다. 균열길이가 커지면 동적 응력확대계수가 커지고, 축의 길이가 길어지면 동적 응력확대계수 곡선의 폭도 함께 증가됨을 확인하였다. 그리고 균열의 위치가 안쪽에 포함될 경우보다는 바깥쪽에 포함될 때 더 큰 동적 응력확대계수가 발생됨을 밝힌다.

• 대한토목학회논문집
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• 제8권3호
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• pp.21-29
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• 1988

철근(鐵筋)콘크리트 슬래브를 설계(設計)하기 위해서는 우선 정확한 2방향(方向) 설계(設計) 모멘트가 산정되어야 한다. 이를 위해 본(本) 연구(硏究)에서는 등매개(等媒介) 평판요소(平板要素)를 사용하는 유한요소법(有限要素法)을 제안하였다. 사면 단순지지 슬래브에서 이 요소(要素)를 이용한 해(解)를 탄성평판(彈性平板) 이론치(理論値)와 비교한 결과 전지간에 걸쳐 좋은 결과를 얻었다. 또한 flat plate 에서 종래의 방법(方法)인 등가뼈대법(法)으로 해석(解析)한 결과와 한 방향(方向)에 대해 비교검토 하였다. 특히 등가뼈대법(法)에서 총모멘트를 시방서(示方書)의 계수(係數)를 써서 설계(設計)폭에 분배한 결과가 불합리한 것으로 지적되었다. 반면 같은 정확한 2 방향(方向)모멘트를 구할 수 있었다. 제시된 방법(方法)은 슬래브 시스템의 어떠한 기하학적 구조(構造)에도 적용할 수 있어서 종래의 방법(方法)보다 훨씬 유리한 개선된 설계방법(設計方法)임을 알 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제42권4호
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• pp.427-446
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• 2022

Cutouts in the beams or plates are often unavoidable due to inspection, maintenance, ventilation, structural aesthetics purpose, and sometimes to lighten the structures. Therefore, there will be a substantial reduction in the strength of the structure due to the introduction of the cutouts. However, these cutouts can be reinforced with the different patterns of ribs (stiffener) to enhance the strength of the structure. The present study highlights the influence of the elliptical cutout reinforced with a different pattern of ribs on the stability performance of such stiffened composite panels subjected to non-uniform edge loads by employing the Finite element (FE) technique. In the present formulation, a 9-noded heterosis element is used to model the skin, and a 3-noded isoparametric beam element is used to simulate the rib that is attached around a cutout in different patterns. The displacement compatibility condition is employed between the plate and stiffener, and arbitrary orientations are taken care by introducing respective transformation matrices. The effect of shear deformation and rotary inertia are incorporated in the formulation. A new mesh configuration is developed to house the attached ribs around an elliptical cutout with different patterns. Initially, a study is performed on the panels with different stiffener schemes for various ply orientations and for different stiffener depth to width ratios (d_s/b_s) to determine an optimal stiffener configuration. Further, various parametric studies are conducted on an obtained optimal stiffened panel to understand the effect of cutout size, cutout orientation, panel aspect ratio, and boundary conditions. Finally, from the analysis, it can be observed that the arrangement of the stiffener attached to a panel has a major impact on the buckling capacity of the stiffened panel. The stiffener's depth to width ratio also significantly influences the buckling characteristic.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권3호
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• pp.58-65
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• 2004

유한요소법을 이용하여 액체 로켓 엔진 터보 펌프 터빈의 천이 열전달 및 구조 해석이 수행되었다. 해석 모델은 3차원 8절점 등매개변수 솔리드 요소로 구성되었으며, 전체 모델의 1/80만이 해석되었다. 열 스파이크를 포함하는 시동 조건과 정상상태에서의 하중이 고려되었다. 블레이드 면 위의 열전달 계수는 상용 열유동 해석 프로그램인 Fluent를 이용하였다. 개발된 유한 요소 코드를 이용하여 시동 및 정상상태에서 천이 열전달 응답을 구하였다. 또한, 원심력과 열하중이 가해질 때, 최대 응력 및 슈라우드의 변위를 구하였다.