• Smart Structures and Systems
• /
• 제9권5호
• /
• pp.427-439
• /
• 2012

The present paper deals with the analytical solution of a functionally graded piezoelectric (FGP) cylinder in the magnetic field under mechanical, thermal and electrical loads. All mechanical, thermal and electrical properties except Poisson ratio can be varied continuously and gradually along the thickness direction of the cylinder based on a power function. The cylinder is assumed to be axisymmetric. Steady state heat transfer equation is solved by considering the appropriate boundary conditions. Using Maxwell electro dynamic equation and assumed magnetic field along the axis of the cylinder, Lorentz's force due to magnetic field is evaluated for non homogenous state. This force can be employed as a body force in the equilibrium equation. Equilibrium and Maxwell equations are two fundamental equations for analysis of the problem. Comprehensive solution of Maxwell equation is considered in the present paper for general states of non homogeneity. Solution of governing equations may be obtained using solution of the characteristic equation of the system. Achieved results indicate that with increasing the non homogenous index, different mechanical and electrical components present different behaviors along the thickness direction. FGP can control the distribution of the mechanical and electrical components in various structures with good precision. For intelligent properties of functionally graded piezoelectric materials, these materials can be used as an actuator, sensor or a component of piezo motor in electromechanical systems.

• 전산구조공학
• /
• 제10권4호
• /
• pp.117-130
• /
• 1997

본 논문에서는 등방성판의 인장이나 전단변형은 물론 굽힘문제에도 적용할 수 있는 3차원 고체요소들 중에서 최소의 자유도를 갖는 수정 10절점 상당요소를 제안하였다. 제안된 수정 10절점 상당요소는 Q11요소나 20절점요소로부터 자유도가 줄어듬에 기인한 과대한 굽힘강성을 나타낸다. 이러한 상대적 강성과잉 현상을 수정하기 위한 효과적인 방법으로 가우스 적분점 수정 방법을 제안하였다. 수정량은 포아송 비의 함수이다. 수정 10절점 상당요소의 효과를 여러 가지 예에 적용하여 검증하였다. 제안된 수정 10절점 상당요소에 의한 등방성판의 정적해석과 자유진동 해석의 결과들은 20절점요소를 사용한 결과들과 잘 일치하였다.

• Advances in nano research
• /
• 제14권5호
• /
• pp.463-474
• /
• 2023

The purpose of this paper is to present the analysis of propagating and evanescent waves in functionally graded (FG) nanoplates with the consideration of nonlocal effect. The analytical integration nonlocal stress expansion Legendre polynomial method is proposed to obtain complete dispersion curves in the complex domain. Unlike the traditional Legendre polynomial method that expanded the displacement, the presented polynomial method avoids employing the relationship between local stress and nonlocal stress to construct boundary conditions. In addition, the analytical expressions of numerical integrations are presented to improve the computational efficiency. The nonlocal effect, inhomogeneity of medium and their interactions on wave propagation are studied. It is found that the nonlocal effect and inhomogeneity of medium reduce the frequency bandwidth of complex evanescent Lamb waves, and make complex evanescent Lamb waves have a higher phase velocity at low attenuation. The occurrence of intersections of propagating Lamb wave in the nonlocal homogeneous plate needs to satisfy a smaller Poisson's ratio condition than that in the classical elastic theory. In addition, the inhomogeneity of medium enhances the nonlocal effect. The conclusions obtained can be applied to the design and dynamic response evaluation of composite nanostructures.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제28권3호
• /
• pp.301-307
• /
• 2015

결합 기반 페리다이나믹 모델을 통해 다양한 동적취성파괴 현상을 해석할 수 있었지만, 결합 기반 모델은 다양한 재료 구성 모델을 표현하는데 여러 한계를 보여왔다. 특히 결합 기반 모델은 각 결합들이 서로 독립적으로 작용하도록 가정하였기 때문에 3차원 모델에서 포아송비가 1/4로 고정되며 전단 변형이 표현되지 못하고 체적 변형만이 모사되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 상태 기반 페리다이나믹 모델을 통한 동적취성파괴 해석을 제시한다. 상태 기반 모델은 일종의 일반화된 페리다이나믹 모델로서 일반적인 재료 구성모델로부터 직접 페리다이나믹 재료 모델을 구성한다. 또한 연결된 모든 결합의 변형을 통해 각 절점의 재료 응답이 결정되기 때문에 체적 및 전단 변형이 모두 표현된다. 본 논문에서는 선형 탄성체에 대해서 상태 기반 평면 응력 페리다이나믹 모델을 소개하고 상태 기반 모델에 적합한 손상 모델에 대해 논의한다. 페리다이나믹 비국부 영역을 축소시키는 $\delta$-수렴성 연구를 통해 동적파괴 모델을 검증하고 상태 기반 모델이 동적 균열 전파를 모델링하는데 적합함을 확인하였다.

• 한국공간구조학회논문집
• /
• 제24권3호
• /
• pp.43-51
• /
• 2024

Dynamic responses of nuclear power plant structure subjected to earthquake loads should be carefully investigated for safety. Because nuclear power plant structure are usually constructed by material of reinforced concrete, the aging deterioration of R.C. have no small effect on structural behavior of nuclear power plant structure. Therefore, aging deterioration of R.C. nuclear power plant structure should be considered for exact prediction of seismic responses of the structure. In this study, a machine learning model for seismic response prediction of nuclear power plant structure was developed by considering aging deterioration. The OPR-1000 was selected as an example structure for numerical simulation. The OPR-1000 was originally designated as the Korean Standard Nuclear Power Plant (KSNP), and was re-designated as the OPR-1000 in 2005 for foreign sales. 500 artificial ground motions were generated based on site characteristics of Korea. Elastic modulus, damping ratio, poisson's ratio and density were selected to consider material property variation due to aging deterioration. Six machine learning algorithms such as, Decision Tree (DT), Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), K-Nearest Neighbor (KNN), Artificial Neural Networks (ANN), eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), were used t o construct seispic response prediction model. 13 intensity measures and 4 material properties were used input parameters of the training database. Performance evaluation was performed using metrics like root mean square error, mean square error, mean absolute error, and coefficient of determination. The optimization of hyperparameters was achieved through k-fold cross-validation and grid search techniques. The analysis results show that neural networks present good prediction performance considering aging deterioration.

• 지구물리
• /
• 제8권2호
• /
• pp.81-87
• /
• 2005

P, SH, SV 파를 동시에 발생시킬 수 있는 타격방법을 고안하여 3성분 지오폰으로 수신함으로써, 발생된 탄성파를 벡터형태로 획득하고 분석하는 연구를 수행하였다. 시험자료로는 94 m의 측선을 따라 2 m 간격으로 설치한 수신점에서 0.5 ms 간격으로 512 ms 동안 기록한 24채널 자료를 사용하였다. 획득한 시험자료의 수직성분에는 굴절 및 반사된 P파가 뚜렷하게 기록되어 있으며, 측선에 수직한 수평성분에는 SH파, 측선에 평행한 수평성분에는 직접 P파와 PS 변환파가 비교적 강하게 기록되었다. 동시에 획득한 수직 및 측선에 수직한 수평성분에 각각 기록된 P파 및 SH파 초동을 굴절파 토모그래피 방식으로 역산한 결과, P파 및 S파 속도 토모그램을 얻을 수 있었으며, 이 두 속도단면으로부터 동포아송비 값을 효과적으로 구할 수 있었다.

• 지질공학
• /
• 제23권4호
• /
• pp.457-465
• /
• 2013

지반 조사를 위해 흔히 수집하는 지표탐사 자료, 시추조사 자료, 지질공학 자료들을 서로 상관시켜 불연속 경계면 및 암반 파쇄대등의 분포를 파악하였다. 전기비저항 입체도와 공내 영상촬영을 통해 개략적인 지질 연약대의 주향 방향을 분석하고, 시추공 사이 탄성파 토모그래피 속도와 로즈 다이어그램을 통해 지층 및 암반 파쇄대의 공간적인 분포대를 파악하였다. 암반의 동적 물성을 파악하기 위해 S-PS 검층과 ${\gamma}-{\gamma}$ 검층으로 동적 탄성계수를 계산하여 푸아송 비 및 P파 속도와의 상관관계를 알아보았다. 지층의 불연속 경계면은 타격수 N값, 개별적인 밀도나 속도 정보를 이용하여 결정하는 것 보다 물리검층에서 수집한 속도와 밀도로부터 계산한 음향 임피던스의 대비, 즉 반사계수 자료와 시각적으로 잘 상관되었다. 암반에 발달한 주요 파쇄대 구간은 그 상부 경계면이 반사계수와 최적 리커 요소파의 곱말기로 계산된 합성탄성파 트레이스에서 극성이 음인 높은 진폭과 잘 상관되었다. 합성탄성파 기록으로 해석된 주된 파쇄대는 실제로 시추 코어 자료에서 관찰된 코어손실 구간 및 공내 영상촬영 자료에서 평가된 낮은 암질 구간과 잘 부합되었다.

• 지질공학
• /
• 제31권3호
• /
• pp.381-393
• /
• 2021

농업용 저수지 제체에 대한 그라우팅 주입효과 확인방법을 검증하기 위하여 물리·역학적 방법, 수리학적 방법, 지구물리학적 방법을 적용하여 결과를 분석하였다. 실내시험과 현장시험을 통하여 획득한 데이터들은 그라우팅 주입단계에 따라 ① 그라우팅 이전, ② 그라우팅 중 ③ 그라우팅 직후, ④ 그라우트재재령 28일 이후로 구분하여 획득되었다. 시추과정에서 획득되는 단위중량, 압축강도, 마찰각, 점착력, N값(관입저항치)의 경우 지반 개량을 확인할 수는 있지만, 지반의 불균질성에 기인하는 한계도 나타났다. 현장 투수시험으로 측정된 투수계수는 그라우트재가 고결되기 이전에도 차수성이 확인되어 그라우팅 직후에 저수지 제체의 개량효과를 확인하기에 가장 적합한 것으로 나타났다. 전기비저항탐사는 그라우팅 이전 저수지 제체에 발달하는 포화대와 누수영역 파악 활용에 적합하였다. 표면파탐사(MASW)는 그라우팅 주입 이후에 탄성파속도가 점차적으로 증가하는 경향성이 뚜렷하여 개량효과를 판단하는데 효과적인 것으로 판단되며, 탄성파 속도를 이용하여 동적특성을 산정할 수 있으므로 내진설계의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제32권1호
• /
• pp.37-44
• /
• 2019

결합 기반 페리다이나믹 모델은 간단한 재료 모델을 통해 취성 재료의 다양한 동적 파괴 특성을 확인할 수 있었지만, 다양한 재료 구성 모델을 표현하는데 많은 한계점이 나타났다. 특히, 절점 간 결합이 서로 독립적으로 작용하여 포아송 비가 고정되고 전단 변형이 표현되는 않는 문제점이 있다. 상태 기반 페리다이나믹 모델은 보다 일반화되고 엄밀한 재료 모델링이 가능하며, 모든 결합의 변형 정보를 통해 각 절점의 거동이 계산되기 때문에 결합 기반 모델에서 표현하지 못한 전단 변형까지도 표현 가능하다. 본 연구에서는 상태 기반 페리다이나믹 모델을 통해 재료 모델을 구성하고, 소성 흐름 법칙으로부터 재료의 완전 소성 거동을 표현할 수 있도록 간단한 재료 모델을 구성한다. 평판 수치 예제를 통해 구성된 완전 소성 재료 모델을 검증하고 응력 변형 곡선을 확인한다. 또한 비국부 접촉 모델링을 통해 서로 다른 두 물체가 충돌하는 현상을 모사하여, 화강암반 모델의 고속 충돌 파괴 해석을 수행하고 결과분석 및 실험현상과 비교한다.

• 지구물리
• /
• 제3권1호
• /
• pp.37-48
• /
• 2000

다성분 복소 트레이스 분석법을 이용하여 지진에 의한 지면운동을 밝히고자 컴퓨터 합성 탄성파 자료와 자연 지진 자료를 대상으로 파선방향의 입자운동을 분석하였다. 합성 탄성파 자료에 적용시킨 결과, 실체파 합성 부분에서는 도달시각, 지속시간, 접근각 등을 정확히 찾을 수 있으며, 레일리파도 쉽게 인지된다. 규모 7.3의 심발 지진 자료로부터 입자운동의 분극특성을 계산한 결과, 종파의 수직성분과 수평성분의 순간위상차, 순간역타원율, 접근각은 각각 약 ${\pm}180^{\circ},\;0{\sim}0.25,\;-30^{\circ}{\sim}-45^{\circ}$의 값을 가지며, 이러한 분극특성으로부터 진원시간함수는 $6{\sim}7\;s$ 정도 지속되는 것으로 분석된다. 횡파의 경우는 순간위상차가 일정하지 않으며, $0{\sim}0.3$의 순간역타원율과 거의 수직의 접근각을 나타낸다. 횡파 도달 직전에 기록된 비교적 저주파의 신호는 분극특성으로부터 횡파와는 구별되는 종파의 일종으로 해석된다. 종파와 횡파의 도달시각을 이용하여 구한 속도와 파선변수는 각각 8.633 km/s, 4.762 km/s와 0.074 s/km, 0.197 s/km이며 동포와송비는 0.281로 계산된다.