쌍곡 포물선 '안장' 쉘의 극한(極限) 거동(擧動)을 슈퍼 컴퓨터에 개발한 유한요소(有限要素) 컴퓨터 프로그램으로 연구(研究)하였다. 잘게 자른 3 모델을($16{\times}16$, $32{\times}32$과 $64{\times}64$) 이용하여 탄성(彈性)과 비탄성(非彈性) 해석으로 유한요소 망(mesh)의 수렴관계를 연구하였으며, 해석 결과 $32{\times}32$ 모델의 해(解)가 $64{\times}64$ 모델의 결과에 매우 가깝게 나타나서, 이 모델이 수렴하고 있음을 보여 주었다. 비탄성(非彈性) 해석 결과(結果) '안장' 쉘이 상당한 응력(應力)재분포 능력(能力)을 갖고 있었으며, 극한 상태에서 콘크리트의 균열과 철근의 항복이 전체 젤에 걸쳐서 나타났다. 이 현상에 따라 응력 분포가 고전적인 막이론(膜理論)(Membrane theory)의 결과에 접근하고 있음을 관찰할 수 있었다. 개발된 컴퓨터 프로그램은 설계시에 콘크리트 쉘구조물의 비선형 극한거동을 산정하는데 매우 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
본 논문은 군용 공중폭발탄에 사용하는 발진기의 에러를 최소화 하고, 그 효율을 극대화하기 위하여 시뮬레이션과 매우 유사한 형태의 통계적 모델링 방법을 제안한다. 제안된 방법은 일정하고 안정된 출력을 내는 실제 모델에서 실험 계획에 의하여 얻은 데이터로부터 통계적인 해석을 통하여 새로운 형태의 방정식을 구하였다. 그리고 그것을 바탕으로 각각의 전자 부품들을 출력과 일치되도록 모델링 한 후, 출력 예측이 가능한 시뮬레이션을 수행하고, 실제 모델의 출력 데이터와 비교하여 그 유용성, 정확도 및 정밀도를 입증하였다.
천이금속을 구성하고 있는 성분 이온을 변형가능한 이온으로 취급함으로써 크로미움, 몰리브데늄 및 텅스텐의 격자진동을 전자각 모텔에 외해 수식화했다. 이 모델은 전하에 대한 두 변수와 다섯 개의 힘상수를 모두 합쳐 7개의 모텔상수를 포함하고 있으며 이들의 수치는 금속의 탄성 계수에 관한 자료와 중성자 산란 실험에 의해 측정된 격자진동의 특성 주파수 값과 일치하도록 하여 결정했다. 한편 전자각 모델은 Cr, Mo 및 W등 세 금속의 성파 확산곡선, 주파수 분포함수 및 비열을 계산하는데 응용하였고 그 결과를 실험치와 비교하였다. 이로부터 전자각 모델로도 천이금속의 격자진동에 대한 특성을 만족스럽게 설명할 수 있다는 것을 알아내었다. 또한 다른 격자 모델과의 비교를 통하여 전자각 모델의 유용성을 검토했다.
Crab shell의 중금속 제거 가능성과 그 효율을 검토하기 위하여 chemical sorbent인 cation exchange resin(CER), zeolite, granular activated carbon(GAC), powdered activated carbon(PAC)의 중금속 제거능을 비교한 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다. 1) 0.1 mM~l.0 mM의 초기 중금속 농도에서 중금속 제거량에 미치는 영향을 비교해 보았을 때 중금속 제거의 평형에 도달하는 시간은 농도가 높을수록 오래 걸렸으며 단위 흡착제 질량당 중금속 제거량은 초기 중금속 농도가 높을수록 증가하였다. 특히 구리 이온 제거 실험에서는 낮은 농도에서 crab shell의 구리 이온 제거량이 CER의 경우보다 조금 떨어지는 경향을 보였으나, 대부분의 중금속 제거에 있어서는 crab shell이 다른 chemical sorbent에 비해 뛰어난 중금속 제거능력을 보였다. 2) 흡착 등온 모델에 적용해 보았을 때, 단위 흡착제 질량당 중금속 최대 흡착량이 crab shell > CER > zeolite > PAC =GAC의 순으로, 모든 중금속 제거 실험에서 crab shell이 가장 뛰어난 것으로 나타났다. 실제 폐수처리 공정에서는 GAC나 PAC가 많이 이용되고 있는데, 수중의 중금속을 보다 효율적이고 경제적으로 처리할 수 있는 crab shell을 폐수처리 공정에 응용할 수 있는 방안을 검토할 필요성이 있을 것으로 판단된다.
FE analyses for weldment of ship structure are required for various reasons such as stress concentration for bead tow, residual stress and distortion after welding, and hydrogen diffusion for prediction of low temperature crack. These analyses should be done by solid element modeling, but most of ship structures are modeled by shell element. If we are able to make solid element in the shell element FE modeling it is easily to solve the requirement for solid elements in weld analysis of large ship structures. As the nodes of solid element cannot take moments from nodes of shell element, these two kinds of element cannot be used in one model by conventional modeling. The PSCM (Perpendicular shell coupling method) can connect shell to solid. This method uses dummy perpendicular shell element for transferring moment from shell to solid. The target of this study is to develop a FE pre-processing system applicable at welding at ship structure by using PSCM. We also suggested glue-contact technique for controlling element numbers and element qualities and applied it between PSCM and solid element in automatic pre-processing system. The FE weldment modeling through developed pre-processing system will have rational stiffness of adjacent regions. Then FE results can be more reliable when turn-over of ship-block with semi-welded state or ECA (Engineering critical assessment) of weldment in a ship-block are analyzed.
In this paper, stress analyses using shell and solid elements on weld zone of railway bogie frame were performed. To calculate stress distribution on weld zone, a coupling model using shell and solid elements was suggested. For this purpose, we performed specimen analyses on T-type solid and shell model of T-type panels which were modeled using shell elements, solid elements and coupled elements, respectively. The result showed that the stress concentration at weld zone was occurred in solid model, but it didn't occur in shell model. And the stress distribution of coupled model was similar to that of solid model. Also, we applied the coupled modeling method on the analysis on weld zone of bogie frame. The stress distribution of coupled model showed much higher compared to that of shell only model. Therefore, the coupled model method is highly recommended for the stress analysis in weld zone of bogie frame.
본 논문은 유럽 TSI와 국내철도차량안전기준에 정의된 건널목 충돌사고시나리오에서 요구하는 성능의 대형 변형체 장애물의 유한요소 모델에 대하여 2가지 종류의 모델을 개발하여 한국형 분산형 고속철도 차량에 적용하고 평가하였다. 규정에서 요구하는 대형 장애물은 기존 강체모델에서 현재의 변형체모델로 변경되었으며 규정에 정의된 방법으로 변형체 강성 값이 검증되어야 한다. 여러 번의 시뮬레이션을 통해 기준을 만족하는 균일한 밀도와 강성의 솔리드 형 장애물 모델과 균일하지 않은 셸 형 장애물 모델 등 2가지를 개발하였다. 본 연구에서 개발된 대형장애물을 사용하여 분산형 고속열차를 대상으로 규정의 대형장애물 충돌시뮬레이션을 수행하였고 그 결과를 평가하였다. 셸 형과 솔리드 형 장애물은 열차와 충돌 후 거동에 상당한 차이가 있었고, 셸 모델이 더 가혹한 결과를 나타내었다.
본 논문은 철근 콘크리트 구조물의 비탄성 해석을 수행하기 위하여 개발된 9절점 퇴화 쉘 요소에 대하여 기술하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화고체기법과 함께 구조물에서 발생하는 횡 전단 변형효과를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin (RM)가정을 도입하였다. RM가정을 바탕으로 한 퇴화 쉘 요소는 쉘의 두께가 얇거나, 즉 종횡비가 작거나, 균일하지 않은 유한요소망을 사용할 경우 구조물의 강성이 과대하게 계산되는 강성과대현상(Locking phenomenon)이 나타나게 된다. 강성과대현상은 선택적 감차 적분, 비 적합 모드, 가변형도 등을 사용하여 개선하는데 특히 가변형도법에 바탕을 둔 대체변형도는 많은 유한요소에 성공적으로 적용되어 왔다. 그러나 이와는 대조적으로 콘크리트의 비탄성 해석에 가변형도법을 도입하고 그 성능을 조사한 사례는 매우 적다. 따라서 본 연구에서는 가변형도법과 미시적 재료모델을 바탕으로 RM 쉘 요소를 정식화하고 미를 유한요소프로그램으로 개발하였다. 개발된 철근 콘크리트 쉘 요소의 성능은 수치예제를 통하여 검증하였다. 수치예제로부터 개발된 쉘요소를 이용하여 구해진 해석결과가 실험결과 또는 다른 해석결과에 근접함을 알 수 있다.
콘크리트 휨 부재의 내하능력을 개선하는 방법들 중에서, 최근에 와서, 기존의 철근콘크리트 부재에서 사용하는 철근을 대신하여 섬유보강폴리머(FRP) 복합재료 층으로 보강한 콘크리트 부재에 관한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구는 휨을 받는 원형단면 FRP 콘크리트 부재의 거동을 예측하기 위한 해석모델에 중점을 두고 있다. FRP층과 내부에 충진된 콘크리트로 이루어진 부재의 응력 및 변형을 예측하기 위하여 층분할 단면해석 모델이 제시되었다. 콘크리트의 압축거동이 횡방향 팽창에 의존한다는 가정과 다축 압축 응력상태의 구성관계에 기초하여 FRP 층으로 둘러 쌓인 콘크리트의 응력변형률 관계를 정식화하였다. 고전적 적층이론에서, FRP 층의 거동은 2차원 적층의 면내거동의 응력-변형률 관계에 기초한 등 가직교재료특성에 기초하여 정식화하였다. 소개된 해석모델의 검증을 위하여 원형단면 FRP 콘크리트 휨 부재의 4점 실험과 비교한 결과, 본 모델은 부재의 모멘트-곡률 관계, 단면에서의 축방향 변형률뿐만 아니라 횡방향 변형률, 그리고 FRP 층으로 인한 콘크리트의 구속효과의 증진에 관한 거동 특성들을 잘 예측해 주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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