• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권1호
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• pp.27-40
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• 2024

The prediction of VIV amplitude is essential for the design and fatigue life estimation of steel tubes in tubular transmission towers. Limited to costly and time-consuming traditional experimental and computational fluid dynamics (CFD) methods, a machine learning (ML)-based method is proposed to efficiently predict the VIV amplitude of steel tubes in transmission towers. Firstly, by introducing the first-order mode shape to the two-dimensional CFD method, a simplified response analysis method (SRAM) is presented to calculate the VIV amplitude of steel tubes in transmission towers, which enables to build a dataset for training ML models. Then, by taking mass ratio M^*, damping ratio ξ, and reduced velocity U^* as the input variables, a Kriging-based prediction method (KPM) is further proposed to estimate the VIV amplitude of steel tubes in transmission towers by combining the SRAM with the Kriging-based ML model. Finally, the feasibility and effectiveness of the proposed methods are demonstrated by using three full-scale steel tubes with C-shaped, Cross-shaped, and Flange-plate joints, respectively. The results show that the SRAM can reasonably calculate the VIV amplitude, in which the relative errors of VIV maximum amplitude in three examples are less than 6%. Meanwhile, the KPM can well predict the VIV amplitude of steel tubes in transmission towers within the studied range of M^*, ξ and U^*. Particularly, the KPM presents an excellent capability in estimating the VIV maximum amplitude by using the reduced damping parameter S_G.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.285-292
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• 2016

본 연구에서는 부유구조물 모델링의 효율성 및 응답의 정확성을 분석하기 위해 유체 영역을 압력으로 정의한 유탄성 해석법에 1차원 보-2차원 유체 결합의 1차원 문제와 2차원 판-3차원 유체 결합의 2차원 문제를 적용하여 수치해석을 수행하였다. 그리고 1차원 문제와 2차원 문제의 모델링 차원에 따른 응답을 비교하기 위해 다양한 평판의 변장비와 입사파의 조건을 적용하였다. 이에 따르면 강체거동의 영향이 큰 장주기파에서는 변장비가 변하더라도 두 문제의 유탄성 응답이 거의 유사하게 나타나지만 탄성거동의 영향이 지배적인 단주기파에서는 모델링 차원에 따라 뚜렷한 차이가 발생한다. 즉, 1차원 보 모델은 비록 입사파의 각도는 고려할 수 없지만 평판의 변장비가 클 경우에 유탄성 해석에 적용이 가능하다. 또한, 2차원 평판보다 단순화된 모델링 조건으로서 부유구조물의 전반적인 응답을 분석할 수 있을 뿐만 아니라 수치해석의 효율을 높일 수 있다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.315-323
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• 2015

이상 기후현상으로 인해 폭풍의 강도가 커지고, 지속시간 또한 길어지고 있어 연안 피해가 점차 대규모화 되고 있다. 이러한 변화에 대응하기 위하여 기존 방파제에 대한 평가기준과 신설 방파제의 설계기준이 강화되고 있다. 최근 케이슨식 방파제의 구조적 안정성을 향상시키기 위하여 개별 케이슨이 독립적으로 파에 저항하도록 하였던 방파제 케이슨을 서로 인터로킹시키는 방안이 관심을 받고 있다. 이는 각각의 케이슨에 작용하는 힘을 분산시켜 이상파랑이 발생할 경우에도 최대파력이 저감되어 방파제의 안정성을 확보할 수 있도록 한 것이다. 본 연구에서는 케이블을 이용하여 케이슨 상부를 방파제 기준선방향으로 인터로킹시켰을 때의 파력의 분산특성에 대해서 분석하였다. 수치계산의 효율을 위해 지반과 연결 케이블은 선형 스프링으로 모형화하고 케이슨은 강체로 가정한 정적 선형모델을 개발하였다. 수치해석 결과, 입사각이 커질수록 케이블을 통하여 전달되는 파력비가 높아지고, 인터로킹 케이블의 강성이 클수록 전달 파력비가 증대되어 파력분산 효과가 높아지는 특성을 확인할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.40-48
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• 2017

RC 무량판 구조는 강도 뿐만 아니라 사용성 조건에 지배받을 수 있으며, 시공 과정 및 이에 따른 동바리로 연결된 슬래브들 간의 중력하중의 분포가 무량판의 장단기 거동에 영향을 주는 중요한 요소로 작용할 수 있다. 조기재령 슬래브에 과하중이 작용하여 균열이 발생하는 경우 시공 과정에서 무량판 구조의 처짐이 크게 증가할 수 있으므로, 동바리 재설치를 통해 다층지지 슬래브에서 하중의 수직 분포를 조절하는 것은 처짐을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 이 연구에서는 무령판 구조의 장단기 처짐에 대한 동바리 재설치 작업의 영향을 분석한다. 다양한 동바리 재설치 조건과 슬래브 설계 및 시공 조건에 따른 슬래브 시공하중이 간편법에 의하여 정의되고, 시공 과정과 콘크리트의 균열 및 장기 효과를 고려한 슬래브 처짐 실용해석법을 통해 장단기 처짐이 산정된다. 변수연구를 통하여 동바리 재설치 작업의 슬래브 처짐 저감효과를 검증하며, 슬래브 처짐을 위한 동바리 시공과 슬래브 설계 및 시공에 대한 최적 조건을 분석한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.329-334
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• 2017

다양한 산업 분야의 구조물은 여러 부구조의 조합으로 구성되며, 시스템의 자유도 또한 무수히 많다. 높은 복잡성을 가지는 구조물의 해석 및 계산 효율을 향상시키기 위해서 해석 모델의 단순화 및 자유도 축소가 요구된다. 지난 50여 년 동안 규모가 큰 공학적 문제를 단순화하기 위해 다양한 부분구조화 기법들이 개발되어 왔다. 이러한 부분구조화 기법들은 Newton-Raphson 알고리즘 등과 같은 반복계산을 동반하는 비선형 구조해석 문제 해석에 매우 효과적이다. 본 논문에서는 기 개발된 비선형 부분구조화 기법 중의 하나인 모드미분(modal derivatives)을 이용하여 기하비선형 보의 모델 축소에 적용하고자 한다. 모드미분은 모드 기반 축소 기저의 2차항의 형태로, 선형모드의 조합으로 근사 가능한 변위벡터를 미소변위에 대한 Taylor 급수를 통해 확인할 수 있으며, 시스템의 고유치 문제를 모드 좌표로 미분을 함으로써 얻어진다. 모드미분에는 비선형 접선 강성행렬의 미분을 포함하고 있으며, 이는 유한차분법 등의 근사를 통해 계산할 수 있다. 제안된 방법론은 기하학적 비선형 문제에 우수한 성능을 보이는 동시회전 유한요소법에 적용하였다. 수치예제를 통해 보의 경계가 수평으로 움직일 수 있는 문제에서는 기존의 모드축소기법이 매우 비효율적임을 알 수 있었다. 한편 모드미분을 이용한 축소기법은 다양한 경계조건에 대하여 우수한 성능을 보임을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.70-78
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• 2023

보통중심가새골조는 단순한 설계절차를 갖는 이점이 있다. 이와 같은 이유로, 지진하중에 대한 내진성능이 다른 골조 시스템에 비해 크게 효과적이지 않음에도 불구하고 중간 또는 낮은 수준의 지진을 받는 소규모 골조 구조물에 널리 사용되어 왔다. 횡방향 지진 하에서 압축 거동에 대해 취약한 가새부재를 갖는 보통중심가새골조의 내진성능을 향상시키기 위해, 통상적으로 점성감쇠기에 의한 내진보강이 도입되어 왔다. 하지만, 점성감쇠기 자체는 일반적으로 구조물을 원래 위치로 복원시킬 수 있는 강성을 갖지 않는다. 이는 구조물에 잔류 변위를 유발시킬 수도 있다. 이 논문에서는 휨강성을 갖는 상·하부 보가 비선형-탄성 스프링 역할을 하여 외부 변위 이력을 받는 스프링-감쇠기 시스템을 원래 위치로 복원시키는 자가복원형 점성감쇠기 시스템이 개발되었다. 단순화된 골조 구조물에 대한 수치해석은 개발된 자가복원형 점성감쇠기 시스템을 포함할 경우 지진이 가해지는 동안 에너지 소산을 통해 어떻게 골조 구조물의 향상된 내진성능을 가져오는지 보여준다.

• Steel and Composite Structures
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• 제1권4호
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• pp.459-480
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• 2001

The damage suffered by steel structures during the Northridge (1994) and Kobe (1995) earthquakes indicates that the fully restrained (FR) connections in steel frames did not behave as expected. Consequently, researchers began studying other possibilities, including making the connections more flexible, to reduce the risk of damage from seismic loading. Recent experimental and analytical investigations pointed out that the seismic response of steel frames with partially restrained (PR) connections might be superior to that of similar frames with FR connections since the energy dissipation at PR connections could be significant. This beneficial effect has not yet been fully quantified analytically. Thus, the dissipation of energy at PR connections needs to be considered in analytical evaluations, in addition to the dissipation of energy due to viscous damping and at plastic hinges (if they form). An algorithm is developed and verified by the authors to estimate the nonlinear time-domain dynamic response of steel frames with PR connections. The verified algorithm is then used to quantify the major sources of energy dissipation and their effect on the overall structural response in terms of the maximum base shear and the maximum top displacement. The results indicate that the dissipation of energy at PR connections is comparable to that dissipated by viscous damping and at plastic hinges. In general, the maximum total base shear significantly increases with an increase in the connection stiffness. On the other hand, the maximum top lateral displacement $U_{max}$ does not always increase as the connection stiffness decreases. Energy dissipation is considerably influenced by the stiffness of a connection, defined in terms of the T ratio, i.e., the ratio of the moment the connection would have to carry according to beam line theory (Disque 1964) and the fixed end moment of the girder. A connection with a T ratio of at least 0.9 is considered to be fully restrained. The energy dissipation behavior may be quite different for a frame with FR connections with a T ratio of 1.0 compared to when the T ratio is 0.9. Thus, for nonlinear seismic analysis, a T ratio of at least 0.9 should not be considered to be an FR connection. The study quantitatively confirms the general observations made in experimental results for frames with PR connections. Proper consideration of the PR connection stiffness and other dynamic properties are essential to predict dynamic behavior, no matter how difficult the analysis procedure becomes. Any simplified approach may need to be calibrated using this type of detailed analytical study.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제23권8호
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• pp.759-769
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• 2013

기동중인 헬리콥터는 공기역학적인 현상에 의하여 발생하는 불규칙 진동과 회전날개의 작동으로 인한 정현파 진동이 합성되어 발생하는 진동, 작업 및 착륙 시 발생하는 충격, 그리고 갑작스런 기동 시 발생하는 가속도와 같은 동적 하중에 노출 된다. 이때 발생하는 진동과 같은 동적 하중은 기체내부로 전달되어 헬리콥터운용에 필요한 전자장비를 가진 한다. 과거에 이러한 현상을 최소화하기 위하여 진동크기 감쇠시키기 위한 완충기를 전자장비의 장착대에 적용하여 왔다. 그러나 헬리콥터의 경우, 저주파에서 정현파 가진이 발생하므로 완충기 적용은 오히려 장착 플레이트 및 전자장비 부품의 파손을 발생시킬 수 있다. 이 연구에서는 완충기를 제거한 장착대를 동적 하중에 강건하며 전자장비에 전달되는 진동크기를 최소화 하도록 설계하였다. 완충기를 제거한 장착 대를 적용 시, 무게와 부피를 획기적으로 줄일 수 있으며 전자장비를 기체에 체결하는 나사 수가 적어짐에 따라 체결작업에 필요한 시간이 감소되는 장점을 갖는다. 최적화 해석에 적용되는 동적 하중을 선정하기 위하여 진동, 충격, 가속도하중을 비교 분석하여 가장 결정적인 동적 하중인 진동에 의한 하중을 선정하였다. 전체모델 유한요소 해석을 통하여 전자장비의 동적 거동을 분석하고 최적화 해석에 필요한 단순화 모델을 구축하였으며, 모달 테스트를 통해서 동특성을 검증하였다. 위상 최적화를 적용하여 강성대비 체적비가 큰 장착대의 형상을 도출한 후 고유진동수, 응력을 제약조건으로 무게가 최소화 되도록 하는 파라미터 최적화를 수행하여 장착대의 최종 형상 및 치수를 결정하였다. 개선모델은 체적 및 질량이 약 13 % 감소하였으며 사용시간은 규격대비 9.2배 증가하였다. 마지막으로 최적화된 장착대를 운용중인 실제 장비에 적용하여 진동환경에 대한 안정성을 평가하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.39-46
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• 2010

2007년부터 아이오와 주 교통국에서는 고속도로와 국도에서 FWD 장비를 이용하여 네트워크 레벨에 필요한 조사를 실시하였고 처짐 자료와 포장 구조분석 결과를 데이터베이스로 구축하는 작업을 시작하였다. 축적된 데이터베이스에 정보는 포장에 구조적 문제점을 발견하고 포장에 잔류 공용수명을 예측하여 포장에 유지보수 시점을 결정하는데 사용한다. 현재 아이오와 주 교통국에서 사용하고 있는 FWD 네트워크 레벨 조사 프로토콜은 포장 표면에 3번에 하중을 각각 재하하여 8개에 지오폰으로부터 측정한 처짐량을 이용, 역 계산을 통해 포장구조 해석을 수행하고 있으며 조사지점 수는 조사하는 도로의 구간 길이에 따라 결정하고 있다. 그러나, 현재 사용하고 있은 FWD 네트워크 레벨 조사 프로토콜은 1년 동안 아이오와 주 전체 도로 네트워크에 약 20%만을 조사할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 해마다 아이오와 주 도로 네트워크에 20% 이상을 조사하기 위해서는 현재 사용하고 있는 FWD 네트워크 레벨 조사 프로토콜을 간소화해야 할 필요가 있다. 본 연구에 목적은 현재 사용하고 있는 FWD 네트워크 레벨 조사 프로토콜에서 FWD 측정 데이터에 영향을 미치지 않는 범위내에서 최소 하중 재하 수와 조사지점 수를 결정하기 위한 것이다. 83개에 합성포장 구간을 대상으로 측정한 FWD 네트워크 레벨 조사에서는 FWD 네트워크 레벨 조사 프로토콜에서 하중 재하 수와 조사지점 수를 줄여도 포장 구조해석 결과에는 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 간소화된 FWD 네트워크 레벨 조사 프로토콜은 FWD 측정 결과에 영향을 미치지 않으면서 측정 조사율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 교통 통제로 인한 간접비용도 절감시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.797-804
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• 2009

테두리 보에 의한 휨강성이 확보되지 않은 철근콘크리트 플랫 플레이트의 구조설계는 강도 조건 뿐만 아니라 사용성에 의하여 지배받을 수 있다. 특히, 조기 재령 슬래브의 과하중 작용 및 균열 발생은 시공 중인 플랫 플레이트의 처짐을 크게 증가시키므로, 시공 순서 및 슬래브 처짐에 대한 영향은 플랫 플레이트 시스템 설계의 주요한 요소가 될 수 있다. 이 연구에서는 시공 순서 및 콘크리트 균열 효과를 고려한 슬래브 처짐 산정 과정을 제안한다. 시공단계 및 시공하중이 간편법에 의하여 정의되고, 각 시공단계별로 슬래브 모멘트 및 탄성 처짐, 유효단면2차모멘트가 계산된다. 주열대와 중간대에서의 탄성 처짐은 유효단면2차모멘트 효과에 의해 비탄성 처짐으로 증폭되며, 슬래브 중앙부 처짐은 교차보법에 의하여 산정된다. 제안된 방법은 기존 실험 결과 및 비선형 해석 결과와의 비교를 통하여 검증된다. 또한, 제안법의 적용을 통하여, 시공 중인 플랫 플레이트의 처짐에 대한 시공주기 및 동바리 지지 층 수의 영향이 분석된다.