• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제87권6호
• /
• pp.529-540
• /
• 2023

A novel laminated-hybrid-composite-beam (LHCB) of glass-epoxy infused with flyash and graphene is constructed for this study. The conventional mixture-rule and constitutive-relationship are modified to incorporate filler and lamina orientation. Eringen's non-local-theory is used to include the filler effect. Hamilton's principle based on fifth-order-layer-wise-shear-deformation-theory is applied to formulate the equation of motion. The analogous shear-spring-models for LHCB with multiple-cracks are employed in finite-element-analysis (FEA). Modal-experimentations are conducted (B&K-analyser) and the findings are compared with theoretical and FEA results. In terms of dimensionless relative-natural-frequencies (RNF), the dynamic-response in cantilevered support is investigated for various relative-crack-severities (RCSs) and relative-crack-positions (RCPs). The increase of RCS increases local-flexibility in LHCB thus reductions in RNFs are observed. RCP is found to play an important role, cracks present near the end-support cause an abrupt drop in RNFs. Further, multiple cracks are observed to enhance the nonlinearity of LHCB strength. Introduction of the first to third crack in an intact LHCB results drop of RNFs by 8%, 10%, and 11.5% correspondingly. Also, it is demonstrated that the RNF varies because of the lamina-orientation, and filler addition. For 0° lamina-orientation the RNF is maximum. Similarly, it is studied that the addition of graphene reduces weight and increases the stiffness of LHCB in contrast to the addition of flyash. Additionally, the response of LHCB to moving mass is accessed by appropriately modifying the numerical programs, and it is noted that the successive introduction of the first to ninth crack results in an approximately 40% to 120% increase in the dynamic-amplitude-ratio.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제29권6A호
• /
• pp.577-585
• /
• 2009

이 논문은 원전 격납건물의 극한내압능력 평가와 비선형해석을 수행하기 위하여 개발된 해석프로그램인 9절점 퇴화 쉘 유한요소에 대하여 기술하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화 고체기법과 구조물에서 발생하는 횡전단변형도를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin(RM)가정을 도입하였다. 콘크리트의 재료모델은 등가응력-등가변형률의 관계를 이용하여 콘크리트의 응력과 변형률의 수준을 결정하고, 콘크리트에 균열이 발생하면 부착응력을 고려하는 인장강성모델과 균열면에서의 전단전달 메카니즘 그리고 균열면에서 압축강도 감소모델 등으로 재료적 거동을 나타내었다. 또한 균열발생기준으로 압축-인장영역에는 Niwa가 제안한 응력포락선을 도입하였고, 인장-인장영역에는 Aoyagi-Yamada가 제안한 응력포락선을 사용하였다. 개발된 프로그램의 성능은 다양한 수치예제를 통하여 검증하였다. 검증예제 결과로부터 개발된 쉘 유한요소를 이용한 해석결과는 실험결과 또는 다른 해석결과와 유사한 결과를 도출하였다.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제49권3호
• /
• pp.307-323
• /
• 2023

In this research, the study of the thermoelastic flexural analysis of silicon carbide/Aluminum graded (FG) sandwich 2D uniform structure (plate) under harmonic sinusoidal temperature load over time is presented. The plate is modeled using a simple two dimensional integral shear deformation plate theory. The current formulation contains an integral terms whose aim is to reduce a number of variables compared to others similar solutions and therefore minimize the computation time. The transverse shear stresses vary according to parabolic distribution and vanish at the free surfaces of the structure without any use of correction factors. The external load is applied on the upper face and varying in the thickness of the plates. The structure is supposed to be composed of "three layers" and resting on nonlinear visco-Pasternak's-foundations. The governing equations of the system are deduced and solved via Hamilton's principle and general solution. The computed results are compared with those existing in the literature to validate the current formulation. The impacts of the parameters (material index, temperature exponent, geometry ratio, time, top/bottom temperature ratio, elastic foundation type, and damping coefficient) on the dynamic flexural response are studied.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제32권1호
• /
• pp.118-131
• /
• 1995

수중폭발을 받게 되는 해군 함정이나 충격하중을 받게 되는 초고속선의 구조에 대한 내충격 파손해석을 거시해석(global or macro analysis)과 미시해석(fine or micro analysis)의 두 단계로 나누어 수행하였다. 거시해석은 이중근사기법(DAA : Doubly Asymptotic Approximation)을 이용하였다. 심한 충격하중을 받는 구조는 주로 세 가지 파괴모드를 나타내는데 이는 충격후기에 주로 나타나는 동소성좌굴(Dynamic plastic buckling)에 기인하는 소성대변형과 충격초기에 주로 나타나는 인장 파괴(Tensile tearing failure)와 횡전단파괴(Transverse shear failure)가 있다. 본 논문의 미시해석에서는 잠수구조의 종보강재에 충격압력이 가해진 경우에 대하여 응력파(stress wave)의 파급과 이 응력파와 균열과의 상호작용에 의한 동적응력강도계수 $K_I(t)$의 계산함으로써 인장 파괴모드(Tensile tearing failure mode)해석을 수행하였다. 특히, 동적응력강도계수 $K_I(t)$의 계산에 있어서 실험적 방법으로 널리 사용되는 shadow optical method of caustic로부터 개발된 numerical caustic method를 사용하였다. 본 논문의 충격파손해석 수치 예로서 해석모델을 완전잠수주상체로 잡고 거시해석을 수행한 후 이로부터 구한 충격압력을 입력자료로 하여 종보강재에 대하여 미시해석을 수행하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제24권1호
• /
• pp.75-85
• /
• 1992

($\alpha$+$\beta$) 영역에서 급냉된 지르칼로이-4 판재 시편에서 집합조직의 변화와 그 조직이 0.2% 항복강도에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. ($\alpha$+$\beta$) 입자의 크기가 $\alpha$영역에서 소둔된 시편의 입자 크기보다 약간 클 경우 관찰되는 집합조직은 $\alpha$-소둔된 시편의 것 ((0001) 기저폴은 수직 방향에서 방향으로 30$^{\circ}$기울어져 분포)과 비슷하였다. ($\alpha$+$\beta$) 입자 크기가 $\alpha$ -소둔된 시편의 입자 크기보다 2배 정도로 커지면서 기저폴의 최대치는 수직 방향에서 방향 및 압연 방향으로 약 15$^{\circ}$기울어져 분포하여 집합조직은 등방성을 가졌다. 열처리 시간이 길어질수록 Kearns의 집합조직 변수 f는 압연 방향에서 증가하였고 횡 방향에서는 약간 커졌으며 수직방향에서는 계속 감소하였다. 압연 방향의 f가 조금 증가함에 따라 0.2% 항복강도는 크게 증가하였다. 변형 기구에 따른 Schmid인자와 분해전단응력을 구하여 집합조직이 항복강도에 미치는 영향을 조사하였다. 급격한 항복강도의 증가는 주로 미세조직의 변화에 기인하였으며 집합조직이 미치는 영향은 상대적으로 작았다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제17권1호
• /
• pp.21-30
• /
• 2004

본 연구에서는 유한요소법을 이용한 채널단면을 갖는 복합재료 적층 구조물의 자유진동을 다룬다. 복합적층 절판구조물에 고차항 판이론을 적용하기 위하여 개발된 유한요소 프로그램은 Lagrangian 및 Hermite 보간함수를 병용하여 면내회전각 자유도를 포함한 절점 당 8개의 자유도를 갖는다. 전단보정계수의 가정을 필요로 하지 않고 전단변형의 3차항 비선형 특성이 고려된 본 논문의 절판 요소는 국부좌표계와 전체좌표계에 대한 좌표변환행렬에 의하여 요소 당 32×32의 국부요소행렬로 구성된다. 본 해석 프로그램의 결과는 기존의 고전적 이론 및 일차항 이론에 의한 문헌 결과와 비교ㆍ분석하였으며, 화이버 보강각도, 길이-두께비, 기하학적 형상 변화 등의 다양한 매개변수 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 특히 경계조건 및 길이-두께비 변화에 따라 예측하기 힘든 복잡한 거동을 보이는 복합적층 채널단면 구조물의 자유진동에 대하여 정밀한 고차항 이론 적용에 의한 엄밀 해석의 필요성을 제기하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제14권4호
• /
• pp.481-494
• /
• 2001

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.

• 전산구조공학
• /
• 제9권1호
• /
• pp.33-45
• /
• 1996

전단변형을 고려한 보강재요소를 p-version 유한요소법을 사용하여 정식화 하였다. 적분형 르장드르 다항식으로부터 유도된 계층적 C/sup 0/-형상함수를 5자유도를 갖는 보강재와 평판요소의 조립강성도 행렬을 정의하는데 사용하였다. 보강재와 평판의 접속부에서 변위의 적합성을 만족시키기 위해 적절한 좌표변환행렬을 사용하여 국부좌표계에서 정의된 보강재의 강성도 행렬을 기준좌표계인 평판의 좌표계로 변환시켰다. 평판의 기준좌표계에 대한 보강재의 방향과 편심효과를 설명할 수 있는 변환행렬이 평판과 보강재의 접속부에서의 국부적인 거동과 합성구조로 된 보강판에서 평판과 보강재가 감당하는 상대적인 강도 분담을 파악하기 위해 사용되었다. p-version 유한요소법에 의한 결과를 기존의 연구결과와 비교하였으며, 특히 h-version유한요소해석 프로그램인 MICROFEAP-II의 결과를 비교하였다.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제35권1호
• /
• pp.61-76
• /
• 2020

In this paper, the dynamic behaviour of an inclined functionally graded material (FGM) beam with different boundary conditions under a moving mass is investigated based on the first-order shear deformation theory (FSDT). The material properties vary continuously along the beam thickness based on the power-law distribution. The system of motion equations is derived by using Hamilton's principle. The finite element method (FEM) is adopted to develop a general solution procedure. The moving mass is considered on the top surface of the beam instead of supposing it on the mid-plane. In order to consider the Coriolis, centrifugal accelerations and the friction force, the contact force method is used. Moreover, the effects of boundary conditions, the moving mass velocity and various material distributions are studied. For verification of the present results, a comparative fundamental frequency analysis of an FGM beam is conducted and the dynamic transverse displacements of the homogeneous and FGM beams traversed by a moving mass are compared with those in the existing literature. There is a good accord in all compared cases. In this study for the first time in dynamic analysis of the inclined FGM beams, the Coriolis and centrifugal accelerations of the moving mass are taken into account, and it is observed that these accelerations can be ignored for the low-speeds of the moving mass. The new provided results for dynamics of the inclined FGM beams traversed by a moving mass can be significant for the scientific and engineering community in the area of FGM structures.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제26권6호
• /
• pp.673-691
• /
• 2018

The main goal of this research is to examine the in-plane and out-of-plane forced vibration of a curved nanocomposite microbeam. The in-plane and out-of-plane displacements of the structure are considered based on the first order shear deformation theory (FSDT). The curved microbeam is reinforced by functionally graded carbon nanotubes (FG-CNTs) and thus the extended rule of mixture is employed to estimate the effective material properties of the structure. Also, the small scale effect is captured using the strain gradient theory. The structure is rested on a nonlinear orthotropic viscoelastic foundation and is subjected to concentrated transverse harmonic external force, thermal and magnetic loads. The derivation of the governing equations is performed using energy method and Hamilton's principle. Differential quadrature (DQ) method along with integral quadrature (IQ) and Newmark methods are employed to solve the problem. The effect of various parameters such as volume fraction and distribution type of CNTs, boundary conditions, elastic foundation, temperature changes, material length scale parameters, magnetic field, central angle and width to thickness ratio are studied on the frequency and force responses of the structure. The results indicate that the highest frequency and lowest vibration amplitude belongs to FGX distribution type while the inverse condition is observed for FGO distribution type. In addition, the hardening-type response of the structure with FGX distribution type is more intense with respect to the other distribution types.