• 한국항공우주학회지
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• 제44권9호
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• pp.775-780
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• 2016

본 논문에서는 비선형 다물체 동역학 해석에 적용 가능한 구조해석을 개발하였다. 비선형 구조 해석을 위해 Co-rotational 이론 기반의 유한요소를 개발하였다. 그리고 국부 Lagrange 승수를 활용한 영역분할해석 기법을 적용하여 대용량/다물체 해석이 가능한 구조해석 알고리듬을 개발하였다. 기 개발한 구조 해석은 외팔보 및 다물체 구조에 대한 비선형 정적 해석 예제에 적용하였다. 병렬 계산에 따른 성능 평가는 희박행렬 계산 라이브러리인 PARDISO와 비교하였다. 이를 통해 기 개발 구조해석의 계산 속도 향상을 확인하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제67권6호
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• pp.629-641
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• 2018

The paper describes the development of a two-dimensional (2D) co-rotational nonlinear beam finite element that includes advanced path-following capabilities for detecting bifurcation instability in elasto-plasticity of steel elements subjected to fire without introducing imperfections. The advantage is twofold: i) no need to assume the magnitude of the imperfections and consequent reduction of the model complexity; ii) the presence of possible critical points is checked at each converged time step based on the actual load and stiffness distribution in the structure that is affected by the temperature field in the elements. In this way, the buckling modes at elevated temperature, that may be different from the ones at ambient temperature, can be properly taken into account. Moreover, an improved displacement predictor for estimating the displacement field allowed significant reduction of the computational cost. A co-rotational framework was exploited for describing the beam kinematic. In order to highlight the potential practical implications of the developed finite element, a parametric analysis was performed to investigate how the beam element compares both with the EN1993-1-2 buckling curve and with experimental tests on axially compressed steel members. Validation against experimental data and numerical outcomes obtained with commercial software is thoroughly described.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.599-610
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• 2007

이 연구에서는 박벽 뼈대 구조물의 3차원 기하 비선형 해석을 위한 Corotational 정식화를 유도하였으며, 특히 변형 후 부재좌표계 결정에서 모호했던 기존의 이론을 단면의 물리적 적합 조건을 이용하여 해결하였다. 부재 양단의 순수 비틀림 회전값이 서로 크기는 같고 방향은 반대가 되는 상태를 적합조건으로 적용하고, 이를 특별히 ZTSC(Zero Twisted Section Condition)이라고 명명하였다. 개발된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 기존의 다른 연구자가 사용한 방법과 비교하여 대회전변위가 발생한 경우에 대한 순수회전변위 결과를 검토하였으며, 개발된 Corotational 정식화를 이용하여 3차원 대변위가 발생하는 세장한 구조물의 후좌굴 해석을 성공적으로 수행하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.389-395
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• 2016

본 논문에서는 Co-Rotational plane beam transient analysis EDISON program(CR-보)를 이용한 에어포일 단면형상 변화에 따른 진동특성 연구를 수행하였다. Co-Rotational 평면 보 해석은 대 회전과 작은 변형률을 갖는 보 해석에 적합하다. 항공기의 날개를 외팔보로 가정하여, VABS를 통한 단면해석과 Fourier 변환을 통해 각 단면형상 변화에 따른 에어포일의 고유진동수를 비교하였다. VABS를 사용하여 단면의 형상과 재료의 적층 정보를 고려한 단면에서의 유한요소 해석을 수행하였다. 에어포일의 재질, spar 유무, 단일 등방성 재료 복합재료, 에어포일 최대두께의 변화에 따라 에어포일의 끝단 진폭과 고유진동수가 변화함을 확인할 수 있었다. 이를 바탕으로 에어포일 고유진동수 변화는 2차 관성모멘트/단면적, 밀도, 영률의 변화에 상당한 영향을 받음을 알 수 있었다.

• 전산구조공학
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• 제10권1호
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• pp.201-211
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• 1997

공간뼈대의 구조에 대하여 기하학적 비선형성이 고려될 수 있는 유한요소이론 및 해석법을 제시한다. 이를 위하여 가상일의 원리를 이용하여 대변형효과를 고려한 3차원 연소체의 평형방정식으로부터, 구속된(restrained warping)효과를 무시하고 유한한 회전각의 2차항의 효과를 포함하는 변위장을 도입하여 초기응력을 받는 공간뼈대요소의 증분평형방정식을 유도한다. 공간뼈대구조를 유한요소로 나누어 요소의 변위장을 요소변위 벡터에 관한 Hermitian다항식으로 나타내고 이를 평형방정식에 대입함으로써 탄성 및 가하학적인 강도행렬을 유도한다. 또한 updated Lagrangian co-rotational formulation에 근거하여, 증분변위로부터 강체회전변위와 순수변형성분을 분리시켜서 강체회전은 요소의 방향변화를 결정하고, 순수변형은 부재력증분을 산정하는 불평형하중 산정법을 제시한다. 공간뼈대구조의 횡-비틂좌굴 및 후좌굴 거동에 대한 예제들을 통하여 본 연구에 대한 해석결과와 문헌의 결과를 비교 검토함으로써 본 연구에서 제시된 이론 및 해석방법의 정당성을 입증한다.

• Computers and Concrete
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• 제31권3호
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• pp.223-239
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• 2023

Geometric nonlinear performance simulation and analysis of complex modern buildings and industrial products require high-performance shell elements. Balancing multiple aspects of performance in the one geometric nonlinear analysis element remains challenging. We present a new shell element, flat shell DKMGQ-CR (Co-rotational Discrete Kirchhoff-Mindlin Generalized Conforming Quadrilateral), for linear and geometric nonlinear analysis of both thick and thin shells. The DKMGQ-CR shell element was developed by combining the advantages of high-performance membrane and plate elements in a unified coordinate system and introducing the co-rotational formulation to adapt to large deformation analysis. The effectiveness of linear and geometric nonlinear analysis by DKMGQ-CR is verified through the tests of several classical numerical benchmarks. The computational results show that the proposed new element adapts to mesh distortion and effectively alleviates shear and membrane locking problems in linear and geometric nonlinear analysis. Furthermore, the DKMGQ-CR demonstrates high performance in analyzing thick and thin shells. The proposed element DKMGQ-CR is expected to provide an accurate, efficient, and convenient tool for the geometric nonlinear analysis of shells.

• Smart Structures and Systems
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• 제20권6호
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• pp.729-737
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• 2017

Piezoelectric composite laminates are a powerful material system that offers vast options to improve structural behavior. Successful design of piezoelectric adaptive structures and testing of control laws call for highly accurate, reliable and numerically efficient numerical tools. This paper puts focus onto linear and geometrically nonlinear static and dynamic analysis of smart structures made of such a material system. For this purpose, highly efficient linear 3-node and 4-node finite shell elements are proposed. Both elements employ the Mindlin-Reissner kinematics. The shear locking effect is treated by the discrete shear gap (DSG) technique with the 3-node element and by the assumed natural strain (ANS) approach with the 4-node element. Geometrically nonlinear effects are considered using the co-rotational approach. Static and dynamic examples involving actuator and sensor function of piezoelectric layers are considered.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권8호
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• pp.565-571
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• 2020

본 논문에서는 항공기 Wing-box 모델에 대한 비선형 구조해석의 계산을 정확하고 효율적으로 수행하기 위해 병렬계산 알고리즘을 개발하였다. 이를 위해 co-rotation 이론 기반 비선형 쉘 요소를 적용하였으며 요소기반 분할 병렬계산 알고리즘을 개발하였다. 기 개발 해석은 선행연구결과 및 기존 상용프로그램의 예측결과와 비교하여 정확성을 확인하였으며 병렬계산의 효율성을 분석하였다. 마지막으로 고세장비 날개 wing-box 구조에 적용하였으며 단방향 공력-구조 결합해석을 수행하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제38권3호
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• pp.257-270
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• 2021

This paper presents a displacement-based numerical methodology following the Euler-Bernoulli theory to simulate the 2 nonlinear behavior of steel structures. It is worth emphasizing the adoption of co-rotational finite element formulations considering large displacements and rotations and an inelastic material behavior. The numerical procedures proposed considers plasticity concentrated at the finite elements nodes, and the simulation of the steel nonlinear behavior is approached via the Strain Compatibility Method (SCM), where the material constitutive relation is used explicitly. The SCM is also applied in determining the sections bearing capacity. Moreover, the present numerical approach is not limited to a specific structural member cross-sectional typology, with the residual stress models introduced explicitly in subareas of steel cross-sections generated by a 2D discretization. Finally, results consistent with the literature and with low processing time are presented.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.209-216
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• 2020

본 논문에서는 CR 쉘 요소 해석 기법을 활용하여 모터사이클 후방프레임의 해석을 수행하였다. CR 쉘 요소 해석기법은 적은 요소수에서 NASTRAN보다 빠르게 수렴하는 결과를 보여주었다. 후방프레임은 수직 방향에 대해 실 주행 조건 시 엔진 RPM과 근접한 고유진동수를 가짐을 보여주었다. 2가지 설계변수를 반영한 세 가지 경우에 대한 해석이 제시되었으며, 보강용 자재는 동일한 중량 변화 내에서 두께 변화에 비해 더 유용한 수단임을 확인할 수 있었다. 본 연구의 구조 해석은 차후 모터사이클 후방프레임의 내구성을 향상하는 설계 개선 연구에 효과적으로 활용될 수 있다.