• Composites Research
• /
• 제15권4호
• /
• pp.23-31
• /
• 2002

시편 게이지 면적($길이{\;}{\times}{\;}폭$)의 이차원 크기효과가 T300/924 $[45/-45/0/90]_3s$ 탄소섬유/에폭시 적층판의 압축거동에 대해 조사하였다. 개조된 압축시험치구(ICSTM)와 좌굴방지장치가 $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm,{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$의 게이지 길이와 폭을 가진 시편들의 압축시험에 사용하였다. 모든 경우의 파괴들은 시편 게이지 길이 내에서 주로 갑자기 발생하였다. 파괴 후 분석결과는 $0^{\circ}$층의 섬유의 미소좌굴에 의해 파괴를 시작하여 최종파괴를 일으키는 임계파괴기구일 것으로 생각되었다. 이것은 매트릭스 지배적인 파괴를 의미하며, 초기섬유굴곡에 따라 파괴가 지배적으로 시작된다는 것을 말한다 이것은 또한 제작공정과 품질이 압축강도를 결정하는 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다. 좌굴방지장치를 장착하고 시험할 때 장치의 볼트 조임 토크에 따라 시편과의 접촉마찰 등에 의해 실제 압축강도 보다 크게 나타나는 결과를 보였다. 좌굴방지장치의 영향을 유한요소법을 이용하여 해석한 결과 실제 압축강도 보다 7% 정도 크게 나타남을 확인하였다. 부가적으로 홀을 갖는 시편들의 압축시험도 수행되었다. 홀에 의한 국부응력집중이 적층판 강도에 지배적 요인이었다. 파괴강도는 홀 크기와 시편 폭이 증가할수록 감소하였으나 탄성응력집중계수로 예측된 값보다는 일반적으로 크게 나타났다. 이것은 사용된 복합재가 이상적인 취성재질이 아니라는 것을 의미하며 홀 주위에서 다소간의 응력이완이 발생한다고 볼 수 있다. X선 검사 사진분석에서 섬유좌굴과 층간분리형태의 손상이 파괴하중의 약 80%에서 홀 가장자리로부터 시작되었고 임계파괴크랙길이인 2-3mm의 불안정한 상태에 도달하기 전까지는 하중 증가와 더불어 안정되게 파괴가 진전되었다(시편의 기하학적 크기에 의존함). 이 손상과 파괴는 선형 cohesive zone 모델로 해석되었다. 노치없는 시편의 압축강도와 평면 파괴인성의 측정된 적층판 변수들을 사용하여 홀의 크기와 시편 폭의 함수로서 홀을 갖는 적층판의 압축강도를 성공적으로 예측하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제28권2A호
• /
• pp.233-242
• /
• 2008

본 연구는 지진운동의 영향 하에서 강제 모멘트 골조로 이루어진 post-Northridge(덮개판) 연결부를 갖는 보의 탄성 및 비탄성 거동을 모델하기 위한 부등단면 보(IBS 보) 요소를 제시한다. 덮개판(IBS) 연결부를 갖는 부등단면 보의 탄성강성 매트릭스는 수치적분이 필요치 않은 수식으로 표현된다. 소성모델은 분포형이며 강체링크로 연결된 일련의 비선형 힌지로 구성 되어있고 경화법칙은 단조 및 임의 주기 하중에 대한 비탄성 거동과 국부좌굴의 효과를 고려할 수 있다. 또한 IBS 보 요소에 대한 항복면, 강성 변수, 그리고 경화(혹은 연화) 법칙 변수의 결정과정을 기술하였고 IBS 보 요소의 해석결과를 실험 및 FEM 해석결과와 비교하였다. IBS 보 요소의 해석결과는 실험 및 FEM 결과와 좋은 상관관계를 보였다.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제45권2호
• /
• pp.293-303
• /
• 2022

In order to improve the seismic resilience of coupled wall structure, coupling beam with fuse has been developed to reduce the post-earthquake damage. However, the fuses often have a build-up I-shaped section and are relatively heavy to be replaced. Moreover, the fuse and the beam segments are usually connected by bolts and it is time-consuming to replace the damaged fuse. For reducing the repair time and cost, a novel quickly replaceable coupling beam with buckling-restrained energy dissipaters is developed. The fuse of the proposed coupling beam consists of two chord members and bar-typed energy dissipaters placed at the corners of the fuse. In this way, the weight of the energy dissipater can be greatly reduced. The energy dissipaters and the chords are connected with hinge and it is convenient to take down the damaged energy dissipater. The influence of ratio of the length of coupling beam to the length of fuse on the seismic performance of the structure is also studied. The seismic performance of the coupled wall system with the proposed coupling beam is compared with the system with reinforced concrete coupling beams. Results indicated that the weight and post-earthquake repair cost of the proposed fuse can be reduced compared with the typical I-shaped fuse. With the increase of the ratio of the beam length to the fuse length, the interstory drift of the structure is reduced while the residual fuse chord rotation is increased.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제66권5호
• /
• pp.557-568
• /
• 2018

An investigation is made in the present work on the post-buckling and geometrically nonlinear behaviors of moderately thick perfect and imperfect rectangular plates made-up of functionally graded materials. Spectral collocation approach based on Legendre basis functions is developed to analyze the functionally graded plates while they are subjected to end-shortening strain. The material properties in this study are varied through the thickness according to the simple power law distribution. The fundamental equations for moderately thick rectangular plates are derived using first order shear deformation plate theory and taking into account both geometric nonlinearity and initial geometric imperfections. In the current study, the domain of interest is discretized with Legendre-Gauss-Lobatto nodes. The equilibrium equations will be obtained by discretizing the Von-Karman's equilibrium equations and also boundary conditions with finite Legendre basis functions that are substituted into the displacement fields. Due to effect of geometric nonlinearity, the final set of equilibrium equations is nonlinear and therefore the quadratic extrapolation technique is used to solve them. Since the number of equations in this approach will always be more than the number of unknown coefficients, the least squares technique will be used. Finally, the effects of boundary conditions, initial geometric imperfection and material properties are investigated and discussed to demonstrate the validity and capability of proposed method.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제27권1호
• /
• pp.13-25
• /
• 2018

The main objective of this study is to develop a dual approach for geometrically nonlinear finite element analysis of plane truss structures. The geometric nonlinearity is considered using the Total Lagrangian formulation. The nonlinear solution is obtained by introducing and minimizing an objective function subjected to displacement-type constraints. The proposed method can fully trace the whole equilibrium path of geometrically nonlinear plane truss structures not only before the limit point but also after it. No stiffness matrix is used in the main approach and the solution is acquired only based on the direct classical stress-strain formulations. As a result, produced errors caused by linearization and approximation of the main equilibrium equation will be eliminated. The suggested algorithm can predict both pre- and post-buckling behavior of the steel plane truss structures as well as any arbitrary point of equilibrium path. In addition, an equilibrium path with multiple limit points and snap-back phenomenon can be followed in this approach. To demonstrate the accuracy, efficiency and robustness of the proposed procedure, numerical results of the suggested approach are compared with theoretical solution, modified arc-length method, and those of reported in the literature.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제42권11호
• /
• pp.919-926
• /
• 2014

본 논문에서는 재료의 물성에 따른 파괴 거동을 응집영역모델과 확장유한요소법을 이용하여 예측하였다. 중앙에 경사진 초기 균열을 가지는 직사각형 시편 형상에 대해 평면응력요소로 모델링하고 인장하중을 가하여 균열의 전파 거동을 모사하였다. 파손 진전이 예측되는 지역에 대해 응집영역모델링 해석에서는 모든 일반 요소들 사이에 응집요소를 삽입하였고, 확장유한요소해석에서는 요소확장영역으로 지정하였다. 취성과 소성 재료에 대해 파괴 형태를 예측하고 파괴 강도를 계산하였다. 시편의 두께가 매우 얇은 경우에 기하학적 비선형 후좌굴해석 기법으로 주름변형을 고려하였고 주름이 파괴 거동에 미치는 영향을 조사하였다.

• Composites Research
• /
• 제12권6호
• /
• pp.65-73
• /
• 1999

본 연구에서는 Z-단면 복합재 스트링거의 크리플링 응력 및 파손 거동을 비선형 유한요소법을 사용하여 해석하였다. 스트링거는 9절점 쉘요소를 사용하여 이상화하였다. 취성이 강한 재료에 적합한 완전제하 모델을 사용하여 초기 파손 이후 크리플링이 발생할 때까지의 점진적 파손해석을 수행하였다. 완전제하모델을 사용한 수치적 해석을 위해 수정된 Riks방법을 도입하였다. 해석의 타당성 검증을 위해 좌굴응력 크리플링 응력을 기존 시험결과와 비교하였다. 해석결과 Z-단면 스트링거의 크리플링 응력은 플렌지의 폭이 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났고,적층순서에 따라서는 $[{\pm}45/0/90]s$에서 크리플링 응력 및 부분좌굴 응력이 가장 높게 나타났다.

• Composites Research
• /
• 제12권6호
• /
• pp.43-52
• /
• 1999

본 연구에서는 복합재 구조물의 설계를 위한 동시공학 시스템을 개발하였다. 동시공학 시스템은 보다 짧은 제품 개발시간과 저렴한 생산비용으로 보다 우수한 품질을 갖는 제품생산을 위해 개발되었다. 본 연구에서는 동시공학 시스템의 개발을 위해 복합재 구조물의 설계와 해석에 관련된 다양한 상용 및 비 상용 소프트웨어들이 조사/수집 되었다. 동시공학 시스템에는 고전적층판이론과 유한요소해석을 이용한 복합재 구조물의 설계 및 해석 모듈,좌굴 및 좌굴후 거동해석 모듈,탄소-탄소 복합재의 열탄성 거동해석 모듈 및 전문가 시스템과 유전자 알고리즘을 이용한 복합재 구조물의 최적설계 모듈로 구성되어 있다. 또한 동시공학시스템은 소프트웨어들의 통합 및 관리를 위해 다중작업 및 그래픽 사용자 인터페이스의 구성이 가능한 마이크로 소프트사의 비주얼 $C++{^\circledR}$에 의해 구현되었다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제10권2호
• /
• pp.11-22
• /
• 1990

본(本) 논문(論文)에서는 보존력(保存力) 및 비보존력(非保存力)을 받는 구조물(構造物)의 비선형(非線形) 유한요소해석(有限要素解析)을 수행(遂行)하기 위하여 기존의 하중증분법(荷重增分法)과 변위증분법(變位增分法)을 효율적(效率的)으로 결합(結合)시킨 수치적(數値的)인 해석(解析)알고리즘을 제시(提示)하였다. 제안(提案)한 알고리즘은 하중증분(荷重增分)과 변위증분(變位增分)이 자동(自動) 생성되도록 하므로써 Snap-Through, Turning-Back과 같은 비선형(非線形) 거동(擧動)을 포함(包含)하는 다양(多樣)한 평형경로(平衡經路)들을 추적(追跡)할 수 있었다.

• 한국소성가공학회:학술대회논문집
• /
• 한국소성가공학회 1999년도 춘계학술대회논문집
• /
• pp.14-17
• /
• 1999

The wrinkling behavior of a thin sheet with perfect geometry is a kind of compressive instability. The compressive instability is influenced by many factors such as stress state mechanical properties of the sheet material geometry of the body contact conditions and plastic anisotropy. The analysis of compressive instability in plastically deforming body is difficult considering all the factors because the effects of the factors are very complex and the instability behavior may show wide variation for small deviation of the factors. In this study the bifurcation theory is introduced for the finite element analysis of puckering initiation and growth of a thin sheet with perfect geometry. All the above mentioned analysis and the post-bifurcation behavior is analyzed by introducing the branching scheme proposed by Riks. The finite element formulation is based on the incremental deformation theory and elastic-plastic material modeling. in order to investigate the effect of plastic anisotropy on the compressive instability a square plate that is subjected to compression in one direction and tension in the other direction is analyzed by the above-mentionedfinite element analysis. The critical stress ratios above which the buckling does not take place are found for various plastic anisotropic modeling method and discussed. Finally the effect of plastic anisotropy on the puckering behavior in the spherical cup deep drawing process is investigated.