• Structural Engineering and Mechanics
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• 제81권4호
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• pp.411-428
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• 2022

This paper presents the Campbell diagram analysis of the rotordynamic system using the full order model (FOM) and the reduced order model (ROM) techniques to determine the critical speeds, identify the stability and reduce the computational time. Due to the spin-speed-dependent matrices (e.g., centrifugal stiffening matrix), several model order reduction (MOR) techniques may be considered, such as the modal superposition (MS) method and the Krylov subspace-based MOR techniques (e.g., Ritz vector (RV), quasi-static Ritz vector (QSRV), multifrequency quasi-static Ritz vector (MQSRV), multifrequency/ multi-spin-speed quasi-static Ritz vector (MMQSRV) and the combined Ritz vector & modal superposition (RV+MS) methods). The proposed MMQSRV method in this study is extended from the MQSRV method by incorporating the rotational-speed-dependent stiffness matrices into the Krylov subspace during the MOR process. Thus, the objective of this note is to respond to the question of whether to use the MS method or the Krylov subspace-based MOR technique in establishing the Campbell diagram of the shaft-disc-blade assembly systems in three-dimensional (3D) finite element analysis (FEA). The Campbell diagrams produced by the FOM and various MOR methods are presented and discussed thoroughly by computing the norm of relative errors (ER). It is found that the RV and the MS methods are dominant at low and high rotating speeds, respectively. More precisely, as the spinning velocity becomes large, the calculated ER produced by the RV method is significantly increased; in contrast, the ER produced by the MS method is smaller and more consistent. From a computational point of view, the MORs have substantially reduced the time computing considerably compared to the FOM. Additionally, the verification of the 3D FE rotordynamic model is also provided and found to be in close agreement with the existing solutions.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1A호
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• pp.51-58
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• 2008

사장 케이블은 휨강성이 미소하여 휨변형에 관한 고유감쇠비가 매우 작다. 따라서 케이블 부재는 다른 구조부재보다 진동발생 가능성이 훨씬 높게 된다. 사장 케이블의 진동은 우수와 기류에 기인된 것과 지점운동에 기인된 것으로 대별된다. 특별히 보강형과 사장 케이블의 고유진동수 대역이 일치되는 경우를 제외하고 대부분은 우수와 기류에 기인된 진동이 발생된다. 이런 현상은 와류진동, 풍우진동, 갤로핑을 발생시키며 사장 케이블의 사용성과 내구성을 저하시킨다. 이에 대한 제어방안으로 추가감쇠비 부여(댐퍼도입)는 보편적이고 효과적인 것으로 알려져 있다. 하지만 국내는 케이블 지지교량이 활발하게 설계되고 시공됨에도 불구하고 주요 부재인 케이블의 동적설계에 관한 지침개발이 미진한 상황이다. 따라서 케이블 댐퍼도입에 관한 지침개발이 시급하다. 본 연구는 사장 케이블의 진동현상 중 댐퍼도입으로 효과적인 제어설계가 가능한 와류진동, 풍우진동, 갤로핑의 전체감쇠비 평가방법을 전개하여 풍현상에 따른 요구감쇠비 하한을 제시하고, 설치위치에 따른 유효계수가 고려된 추가감쇠비 상한과 최소설치위치를 제시하여 댐퍼도입에 의한 일관되고 체계적인 사장 케이블 제진설계 지침을 제안하고자 한다.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권5호
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• pp.487-502
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• 2023

In the realm of nanotechnology, the nonlocal strain gradient theory takes center stage as it scrutinizes the behavior of spinning cantilever nanobeams and nanotubes, pivotal components supporting various mechanical movements in sport structures. The dynamics of these structures have sparked debates within the scientific community, with some contending that nonlocal cantilever models fail to predict dynamic softening, while others propose that they can indeed exhibit stiffness softening characteristics. To address these disparities, this paper investigates the dynamic response of a nonlocal cantilever cylindrical beam under the influence of external discontinuous dynamic loads. The study employs four distinct models: the Euler-Bernoulli beam model, Timoshenko beam model, higher-order beam model, and a novel higher-order tube model. These models account for the effects of functionally graded materials (FGMs) in the radial tube direction, giving rise to nanotubes with varying properties. The Hamilton principle is employed to formulate the governing differential equations and precise boundary conditions. These equations are subsequently solved using the generalized differential quadrature element technique (GDQEM). This research not only advances our understanding of the dynamic behavior of nanotubes but also reveals the intriguing phenomena of both hardening and softening in the nonlocal parameter within cantilever nanostructures. Moreover, the findings hold promise for practical applications, including drug delivery, where the controlled vibrations of nanotubes can enhance the precision and efficiency of medication transport within the human body. By exploring the multifaceted characteristics of nanotubes, this study not only contributes to the design and manufacturing of rotating nanostructures but also offers insights into their potential role in revolutionizing drug delivery systems.

• Earthquakes and Structures
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• 제25권6호
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• pp.417-427
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• 2023

If the center of mass and center of stiffness or strength of a structure plan do not coincide, the structure is considered asymmetric. During an earthquake, in addition to lateral vibration, the structure experiences torsional vibration as well. Lateraltorsional coupling in asymmetric structures in the plan will increase lateral displacement at the ends of the structure plan and, as a result, uneven deformation demand in seismically resistant frames. The demand for displacement in resistant frames depends on the magnitude of transitional displacement to rotational displacement in the plan and the correlation between these two. With regard to the inability to eliminate the asymmetrical condition due to various reasons, such as architectural issues, this study has attempted to use supplemental viscous dampers to decrease the correlation between lateral and torsional acceleration or displacement in the plan. This results in an almost even demand for lateral deformation and acceleration of seismic resistant frames. On this basis, using the concept of Torsional Balance, adequate distribution of viscous dampers for the decrease of this correlation was determined by transferring the "Empirical Center of Balance" (ECB) to the geometrical center of the structure plan and thus obtaining an equal mean square value of displacement and acceleration of the plan edges. This study analyzed stiff and flexible torsional structures with one-way and two-way mass asymmetry in the Opensees software. By implementing the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, the optimum formation of dampers for controlling lateral displacement and acceleration is determined. The results indicate that with the appropriate distribution of viscous dampers, not only does the lateral displacement and acceleration of structure edges decrease but the lateral displacement or acceleration of the structure edges also become equal. It is also observed that the optimized center of viscous dampers for control of displacement and acceleration of structure depends on the amount of mass eccentricity, the ratio of uncoupled torsional-to-lateral frequency, and the amount of supplemental damping ratio. Accordingly, distributions of viscous dampers in the structure plan are presented to control the structure's torsion based on the parameters mentioned.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.17-24
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• 2024

본 논문은 조선시대의 대표적인 중층 목구조인 공주 마곡사 대웅보전에 대하여 수직하중에 대한 구조성능을 평가하였다. 구조해석 소프트웨어인 midas Gen으로 실물과 근접하게 해석모델을 3차원으로 구축하였다. 정적해석으로 수직하중에 대한 주요 수직 및 수평 부재의 안전성과 사용성을 평가하였다. 모든 부재가 안전성과 사용성 기준을 만족하였으나, 하층 대량은 전이보 역할로 구조적 취약점이 나타나 개선의 필요가 있다. 동적거동특성 평가를 위한 고유치해석시 주요 접합부의 상대회전강성은 5%로 가정하였다. 고유주기는 1.105초로 비슷한 규모의 한옥 범주에 속하고 있으며, 1차 모드는 건물 전후방향의 병진운동으로 나타났다.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권5호
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• pp.515-529
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• 2024

Cold-formed steel (CFS) is a popular choice for construction due to its low cost, durability, sustainability, resistance to high environmental and seismic pressures, and ease of installation. The beam-column connections in residential and medium-rise structures are formed using self-drilling screws that connect two CFS channel sections and a gusset plate. In order to increase the moment capacity of these CFS screwed beam-column connections, stiffeners are often placed on the web area of each single channel. However, there is limited literature on studying the effects of stiffeners on the moment capacity of CFS screwed beam-column connections. Hence, this paper proposes a new test approach for determining the moment capacity of CFS screwed beam-column couplings. This study describes an experimental test programme consisting of eight novel experimental tests. The effect of stiffeners, beam thickness, and gusset plate thickness on the structural behaviour of CFS screwed beam-column connections is investigated. Besides, nonlinear elasto-plastic finite element (FE) models were developed and validated against experimental test data. It found that there was reasonable agreement in terms of moment capacity and failure mode prediction. From the experimental and numerical investigation, it found that the increase in gusset plate or beam thickness and the use of stiffeners have no significant effect on the structural behaviour, moment capacity, or rotational capacity of joints exhibiting the same collapse behaviour; however, the capacity or energy absorption capacities have increased in joints whose failure behaviour varies with increasing thickness or using stiffeners. Besides, the thickness change has little impact on the initial stiffness.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제30권1호
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• pp.1-12
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• 2018

수평곡선 구조용 부재는 중력하중 하에서도 휨모멘트와 비틀림 모멘트를 동시에 저항하여야 한다. 이때, 비틀림 모멘트에 의하여 부재 내부의 응력상태는 불균일해지고, 때에 따라 요소의 이른 항복을 야기하여 결과적으로 부재의 극한강도가 저하될 수 있다. 해석에 따르면 곡률 중심각이 45도인 부재는 직선부재에 비해 동일한 조건 하에서 극한 강도가 50% 이상 감소될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 현재까지 곡선 거더의 강도 산정 방안에 관한 연구는 미진한 실정이다. 본 연구에서는 휨, 순수비틀림, ? 등의 영향을 독립적으로 고려할 수 있는 구조 모델이 선정되었으며 이에 따라 극한강도에 영향을 미치는 인자가 도출 되었다. 곡선 부재의 거동은 횡-비틀림-수직 거동으로 재정의 되었으며, 휨-비틀림 상호작용 곡선을 이용하여 최종적으로 곡률, 비지지길이, 단면 형상등 거동에 영향을 미치는 인자들을 포함하는 극한강도 산정식을 제안하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권10호
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• pp.1385-1391
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• 2010

본 논문에서는 폰 카메라 응용을 위해 H 형 비틀림 스프링으로 지지된 한 쌍의 사다리꼴 셔터 블레이드를 이용하는 초소형, 저전력, 고속 전자기력 Flapping 셔터를 제안한다. 기존의 정전기력 Rolling 셔터와 Flapping 셔터는 폰 카메라 응용을 위해 큰 입력 전압이 필요하며, 기존의 전자기력 Rotating 셔터는 큰 부피로 인해 폰 카메라에 사용하기 어렵다. 본 논문에서 제안하는 전자기력 Flapping 셔터는 폰 카메라에 사용 가능한 작은 크기로 회전 구동을 위해 저강성 H 형 비틀림 스프링과 저관성 사다리꼴 블레이드로 설계하여 제작된다. 실험에서 전자기력 Flapping 셔터는 입력전류 60 mA 에서 자기장 0.15 T 와 0.30 T 에 대하여 각각 최대 오버슈트 회전각 $80.2{\pm}3.5^{\circ}$와 $90.0{\pm}1.0^{\circ}$와, 정상 상태 회전각 $48.8{\pm}1.4^{\circ}$와 $64.4{\pm}1.0^{\circ}$ 성능을 보인다. 응답 시간 성능에서는 셔터 개방의 경우, 1.0 ms/20.0 ms 의 상승/정착 시간을 보이며, 셔터 폐쇄의 경우는 1.7 ms/10.3 ms 의 하강/정착 시간을 보인다. 본 논문에서는 폰 카메라용 셔터 응용을 위해 제안하는 전자기력 Flapping 셔터의 초소형(${\sim}8{\times}8{\times}2\;mm^3$), 저전력(${\leq}60\;mA$), 고속(~1/370 s) 성능을 실험적으로 검증하였다.

• Journal of Yeungnam Medical Science
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• 제20권2호
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• pp.160-168
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• 2003

요추부 척추에 기구를 시술한 유한요소 복합체 모델을 이용하여 제 4-5 요추간판에 대한 해석을 수행한 결과, 근육의 작용을 케이블과 케이블 가이드로써 단순화 모사한 follower 하중에서 수직하중인 경우보다 높은 압축력을 나타내어 더욱 안정함을 보였고 불안정성의 원인이 되는 전단력과 굽힘모멘트의 발생은 미미하였다. 장분절 고정에 의한 인접 분절에 전단력이 증가됨을 실험적으로 보였는데, 이는 장분절 고정이 퇴행성 변화 촉진에 기여할 것으로 추정된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권10호
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• pp.283-290
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• 2020

본 연구에서는 수상 태양광 발전설비를 위한 부유체 개발에 대하여 연구하였다. 부유체는 단위 모듈로 이루어진 금속재질의 프레임과 상부의 태양광 패널들을 수상에서 부력을 이용하여 지지하는 부품이다. 단위 모듈화된 프레임의 구조와 태양광 패널의 설치 환경을 고려하여 부유체에 작용하는 하중을 산출하였다. 부유체의 형상은 수압과 부력을 고려하여 바깥쪽으로 둥근 형태를 가지도록 하였으며, 유한요소해석을 수행하여 부유체의 세부 형상과 두께를 설계하였다. 설계된 부유체는 선형저밀도폴리에틸렌 플라스틱을 사용하여 회전성형법으로 제작하였다. 부유체의 압축강성을 측정한 결과, 제작된 부유체는 최대하중 322.7 kgf의 4배 이상에서도 붕괴를 일으키지 않고 강성을 유지하는 것으로 나타났다. 부유체의 장기 압축 시험을 수행하기 위하여 중력을 이용한 무게추 방식의 장기 하중 인가 장치를 제작하였다. 부유체에 무게추를 올린 후 7일 간 부유체의 압축량을 측정한 결과, 작은 하중에서도 지속적인 압축 변형이 발생하였다. 그러나 상시 하중 100 kgf 에 대하여 10년 압축량을 예측한 결과 약 4.64 mm 의 작은 변형이 예측되었다. 이와 같이 개발된 부유체는 수상 태양광 발전시스템에 사용이 가능한 것으로 나타났다.