• Earthquakes and Structures
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• 제26권2호
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• pp.163-174
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• 2024

Dynamic equilibrium equations for finite element analysis were derived for the free field one-dimensional shear wave propagation through the horizontally layered soil deposits with the elastic half-space. We expressed Rayleigh's viscous damping consisting of mass and stiffness proportional terms. We considered two cases where damping matrices are defined in the total and relative displacement fields. Two forms of equilibrium equations are presented; one in terms of total motions and the other in terms of relative motions. To evaluate the performance of new equilibrium equations, we conducted two sets of site response analyses and directly compared them with the exact closed-form frequency domain solution. Results show that the base shear force as earthquake load represents the simpler form of equilibrium equation to be used for the finite element method. Conventional finite element procedure using base acceleration as earthquake load predicts exact solution reasonably well even in soil deposits with unrealistically high damping.

• Smart Structures and Systems
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• 제33권2호
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• pp.133-143
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• 2024

Piezoelectric (PZT) actuators have been widely used in precision positioning fields for their excellent displacement resolution. However, due to the inherent characteristics of piezoelectric actuators, hysteresis has been proven to greatly reduce positioning performance. In this paper, five mathematical hysteretic models based on activation function are proposed to characterize the nonlinear hysteresis characteristics of piezoelectric actuators. Then the performance of the proposed models is verified by particle swarm optimization (PSO) algorithm and the experiment data. Thirdly, the fitting performance of the proposed models is compared with the classical Bouc-Wen model. Finally, the performance of the five proposed models in modelling hysteresis nonlinearity of piezoelectric drivers is compared, in terms of RMSE, MAPE, SAPE and operation efficiency, and relevant suggestions are given.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.121-128
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• 2020

본 논문에서는 고속열차-차륜-레일-지반부의 상호작용에 따른 지반부의 변위장과 가속도장의 분포양상을 연구하고자 하였다. 이를 위해 고속열차 주행을 실제 차륜으로 모형하여 차륜-레일간의 연직접촉과 사행동에 의한 횡접촉을 모사하고, 이동질량해석을 근간으로 하였다. 이 때 지반부는 Modified Drucker-Prager 모델을 이용하여 상면 지반부의 비선형 거동을 부여하고 이에 따른 변위, 가속도의 변화를 탄성지반의 거동과 비탄성지반의 거동을 상호 비교하였다. 이를 통해, 실제 지반거동과 가까운 변위와 가속도 범위를 예측하고자 하였다. 이 때 지반부의 von-Mises응력과 등가소성변형도를 검토하고, 각 파괴면에서의 등가소성변형도, 전체 체적변형도 등을 검토하였다. 이동질량을 이용한 차륜-레일 접촉부의 수직응력, 횡압, 종방향 구속압 등의 시간이력에 따른 응력변화도 검토하였다. 비선형 지반모델의 경우 탄성 지반모델에 비해 열차 주행에 따른 변위 차이는 크지 않는 반면에 가속도의 경우는 큰 감소를 발생시키는 것으로 나타났다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.23-36
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• 2019

본 논문에서는 블록식 보강토옹벽의 현장계측을 통해 곡선부 보강영역의 변형특성을 분석하였다. 보강토공법은 설계 및 시공이 증가하여 실생활에서 쉽게 접할 수 있게 되었으나, 곡선부의 균열 및 붕괴사례가 빈번히 발생하여 안전에 대한 중요성이 대두되고 있다. 이러한 붕괴원인은 곡선부에 대한 연구 부족과 설계기준의 미흡, 경제성과 공기단축에 의한 시공성 결여, 충분하지 못한 다짐 공간 등에 있다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 기존 설계 및 시공 기준을 검토하고 블록형 보강토옹벽 곡선부 사고사례를 통해 원인을 분석하였으며, 실제 시공된 블록형 보강토옹벽의 현장계측을 통해 직선부와 곡선부의 거동을 비교 분석하고 곡선부 보강영역의 변형특성을 확인하였다. 그 결과, 먼저 곡선부의 수평변위가 직선부와 비교하여 볼록형에서 최대 90%, 오목형에서 최대 60% 높게 나타났으며, 다음으로 곡선부 보강영역에서 볼록형의 경우 보강토옹벽 중심에서 수평방향으로 H/2구간에서 최대변위를 보이며 H까지의 영향범위를 나타내었으며, 오목형의 경우 중심에서 최대변위를 보이며 수평방향으로 H/4구간에서 최소변위를 확인하였다. 이러한 결과로 형태에 따른 곡선부의 영향범위와 현장적용을 위한 보강영역의 재정립이 필요하다고 판단되며, 본 연구결과가 이를 위한 기초 자료로서 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권1A호
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• pp.39-48
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• 2012

본 논문에서는 V형 노치 및 반원형 노치 균열을 갖는 패치보강 적층판의 응력확대계수 산정을 위하여 수치해석적 방법을 사용한다. p-수렴 비등매개변수 모델이 고려되고, 이와 같은 비등매개변수 모델의 결과를 활용한 3차원 가상균열닫힘법에 대한 식이 표현된다. 1차원 로바토 함수로부터 확장된 3차원 계층적 형상함수를 가지고서, 임의의 요소에서의 변위장의 변위-변형률 관계와 3차원 구성방정식이 표현된다. 원형경계의 기하형상을 나태내기 위해 초유한사상기법을 사용한다. 응력집중계수, 응력분포, 자유도, 그리고 무차원 응력확대계수 등의 항목에 대해서, 제안된 모델의 정확도와 단순성이 기존의 결과들과의 비교를 통해 설명된다. 균열 적층판의 폭, 높이, 노치근입부의 반경, V형 노치의 경사각, 균열길이 등의 변화에 따른 응력확대계수가 산정된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.349-359
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• 2006

본 연구에서는 직교좌표계에 근거한 적층복합 I형 박벽보의 유한요소 해석을 위한 새로운 블록 강도행렬을 제안한다. 변위장은1차 전단변형을 고려한 보 이론을 사용하여 정의되었다. 축방향 변위는 Timoshenko 보이론과 수정된 Vlasov 박벽보 이론을 결합하여 투영단면의 면 변형과 면외 변형의 합으로 나타낸다. 유도된 강성행렬은 휨 전단변형과 뒴 비틂에 의한 영향을 고려한다. 본 유한요소 에서는 2절점, 3절점, 4절점의 세 가지 보요소를 제안하였다. 3절점과 4절점 보 요소는 적층복합 보의 휨 해석에 효과적이었다. 다른 연구자의 수치해석 결과와 비교 검토를 통하여 새로운 유한요소의 활용성과 정확성을 입증하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제3권1호
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• pp.41-54
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• 1999

비대칭 박벽단면을 갖는 곡선보의 자유진동해석을 수행할 수 있는 유한요소 이론 및 엄밀해를 제시하기 위하여 가상일의 원리를 이용한 3차원 연속체의 운동방정식을 제시한다 박벽단면의 구속된 비틂효과를 고려하는 박벽 곡선보의 변위장을 도입하고 이를 연소체의 운동방정식에 대입하여 단면에 대해 적분함으로써 박벽 곡선보의 운동방정식을 유도한다. 단순지지되고 일축대칭단면을 갖는 박벽 곡선보의 면내 자유진동 모드에 대응하는엄밀해를 산정하였으며 곡선보를 유한요소로 분할하여 요소의 변위장을 요소 변위벡터에 관한 3차의 Hermitian 다항식으로 나타내고 이를 운동방정식에 대입함으로써 탄성강도행렬과 질량 행렬을 유도한다 또한 본 연구에서 얻어진 엄밀해와 곡선보요소를 이용한 유한요소 해석결과를 직선보요소 및 ABAQUS의 쉘요소를 이용하여 얻어진 결과와 비교 검토를 함으로써 본 연구의 타당성을 입증한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.191-198
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• 2010

이 연구에서는 접착패치보강의 서로 다른 형태 즉, 패치와 접착제의 재료, 크기, 두께 뿐만 아니라 일면보강 또는 양면보강에 따른 일변균열판의 응력감소에 대한 연구가 수행되었다. 수치해석 도구로는 p-수렴 부분층별 모델이 사용되었다. 이 모델의 면내 변위는 구간별 연속인 선형변화로 가정하였고, 두께방향으로의 면외 변위는 일정한 상수로 가정하여 적용하였다. 변위장의 정의는 적분형 르장드르 다항식을 적용하였고, 수치적분은 별도의 외삽법 없이 각 층별의 절점에서 발생하는 적분값을 바로 얻을 수 있는 가우스-로바토 적분법을 사용 하였다. 또, 에너지 방출률법을 사용하여 응력확대계수를 산출하였다. 수치예제를 통해 제안된 모델의 정확도는 물론이고 접착패치 보강형태에 따라 변화되는 무차원 응력확대계수와 처짐의 항으로 응력감소 효과를 분석하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제26권6호
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• pp.771-791
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• 2018

This paper deals with the low velocity impact response and dynamic stresses of composite sandwich truncated conical shells (STCS) with compressible or incompressible core. Impacts are assumed to occur normally over the top face-sheet and the interaction between the impactor and the structure is simulated using a new equivalent three-degree-of-freedom (TDOF) spring-mass-damper (SMD) model. The displacement fields of core and face sheets are considered by higher order and first order shear deformation theory (FSDT), respectively. Considering continuity boundary conditions between the layers, the motion equations are derived based on Hamilton's principal incorporating the curvature, in-plane stress of the core and the structural damping effects based on Kelvin-Voigt model. In order to obtain the contact force, the displacement histories and the dynamic stresses, the differential quadrature method (DQM) is used. The effects of different parameters such as number of the layers of the face sheets, boundary conditions, semi vertex angle of the cone, impact velocity of impactor, trapezoidal shape and in-plane stresses of the core are examined on the low velocity impact response of STCS. Comparison of the present results with those reported by other researchers, confirms the accuracy of the present method. Numerical results show that increasing the impact velocity of the impactor yields to increases in the maximum contact force and deflection, while the contact duration is decreased. In addition, the normal stresses induced in top layer are higher than bottom layer since the top layer is subjected to impact load. Furthermore, with considering structural damping, the contact force and dynamic deflection decrees.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권3호
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• pp.253-258
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• 2016

입자강화복합재료를 이용하여 쐐기분열시험으로부터 얻은 파괴에너지, 균열진전 및 CTOD 에 대한 온도의 영향이 조사되었다. 이용된 재료는 고분자바인더, 산화제 및 알루미늄입자로 이루어져 있으며, 쐐기분열시편의 시험 속도는 50 mm/min 이고, 온도 조건은 $50^{\circ}C$, 상온, $-40^{\circ}C$, $-60^{\circ}C$이었다. 분열하중-CMOD 로부터 구한 파괴에너지는 $50^{\circ}C$에서 $-40^{\circ}C$까지 온도의 감소와 함께 증가한다. 또한 $-60^{\circ}C$에서 입자강화복합재료의 강도는 유리전이온도에 의해 급격히 증가하며 취성거동을 보였다. 그리고 디지털 이미지 상관법을 이용하여 균열 선단부근에 대한 변형률장이 분석되었다.