• Structural Engineering and Mechanics
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• 제4권5호
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• pp.513-527
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• 1996

In this paper, both an approximate expression and an exact expression for the contribution factor of an element to the natural frequency of the finite element discretized system of a structure in general and a membrane in particular have been derived from the energy conservation principle and the finite element formulation of structural eigenvalue problems. The approximate expression for the contribution factor of an element is used to predict and determine the elements to be removed in an iteration since it depends only on the quantities associated with the old system in the iteration. The exact expression for the contribution factor of an element makes it possible to check whether the element is correctly removed at the end of an iteration because it depends on both the old system and the new system in the iteration. Thus, the combined use of the approximate expression and the exact expression allows a considerable number of elements to be removed in a single iteration so that the efficiency of the evolutionary structural optimization method can be greatly improved for solving the natural frequency optimization problem of a structure. A square membrane with different boundary supports has been chosen to investigate the general evolutionary path for the fundamental natural frequency of the structure. The related results indicated that if the objective of a structural optimization is to raise the fundamental natural frequency of the structure to an optimal value, the general evolutionary path during its optimization is that the elements are gradually removed along the direction from the area surrounded by the contour of the highest value to that surrounded by the contour of the lowest value.

• Earthquakes and Structures
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• 제10권6호
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• pp.1253-1272
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• 2016

For a nonlinear control system, there are many uncertainties, such as the structural model, controlled parameters and external loads. Although the significant progress has been achieved on the robust control of nonlinear systems through some researches on this issue, there are still some limitations, for instance, the complicated solving process, weak conservatism of system, involuted structures and high order of controllers. In this study, the computational structural mechanics and optimal control theory are adopted to address above problems. The induced norm is the eigenvalue problem in structural mechanics, i.e., the elastic stable Euler critical force or eigenfrequency of structural system. The segment mixed energy is introduced with a precise integration and an extended Wittrick-Williams (W-W) induced norm calculation method. This is then incorporated in the market-based control (MBC) theory and combined with the force analogy method (FAM) to solve the MBC robust strategy (R-MBC) of nonlinear systems. Finally, a single-degree-of-freedom (SDOF) system and a 9-stories steel frame structure are analyzed. The results are compared with those calculated by the $H{\infty}$-robust (R-$H{\infty}$) algorithm, and show the induced norm leads to the infinite control output as soon as it reaches the critical value. The R-MBC strategy has a better control effect than the R-$H{\infty}$ algorithm and has the advantage of strong strain capacity and short online computation time. Thus, it can be applied to large complex structures.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권5호
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• pp.447-454
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• 2012

중공슬래브 시스템은 슬래브 두께가 증가해도 자중은 크게 증가하지 않으면서 일반슬래브에 비해서 휨강성이 크게 저하되지 않는 장점이 있다. 그러나 이러한 장스팬 구조의 경우 바닥판 진동의 증가에 의한 사용성 문제가 발생할 수 있고, 특히 중공슬래브의 경우 기존의 구조시스템과 동적특성이 상이하다. 따라서 진동에 대한 중공슬래브의 안전성 및 사용성 검토가 요구되고 있으며, 이를 위한 실용적인 정밀해석이 필요하다. 본 연구에서는 효율적인 고유치 해석을 위하여 일방향 중공슬래브의 동적특성을 비교적 정확하게 나타낼 수 있는 등가의 플레이트 모델을 사용하였다. 결론적으로 등가플레이트 모델이 일방향 중공슬래브의 동적특정을 비교적 정확하게 나타나는 것으로 나타났다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.151-156
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• 2020

주기적인 사다리꼴 격자구조에서 광 신호의 회절 특성과 테이퍼 측면의 중요한 효과를 분석하기 위하여, 처음으로 격자구조의 Toeplitz 유전율 tensor를 2D spatial Fourier 급수로 정의하고 공식화하였다. 그때 각 층에서의 필드들은 고유치 문제에 기초하여 표현하였으며, 완전한 해는 적절한 경계 값 문제에 의존하는 모드 전송선로 이론 (MTLT)을 사용하여 정확하게 유도하였다. 이에 기초하여, 사다리꼴 형태의 굴절률 분포를 갖는 격자구조의 테이퍼 측면 프로파일이 서브 파장 격자 반사기 설계에 어떠한 영향을 미치는지 자세하게 수치해석 하였다. 사다리꼴 격자구조의 회절특성에 기초한 수치해석 결과, 테이퍼 측벽 프로파일은 반사 대역폭, 평균 반사율, 그리고 밴드 에지를 결정하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.463-469
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• 2002

탄성지반 위에 놓인 보-기둥 요소의 총포텐셜 에너지로부터 변분원리를 적용하여 지배방정식과 힘-변위 관계식을 유도하였다. 4계 상미분방정식 형태의 지배방정식을 4개의 변위 파라메타를 도입하여 1계 연립미분방정식 형태의 선형 고유치 문제로 전환하고, 힘-변위 관계식을 적용하여 엄밀한 정적, 동적 요소강성행렬을 유도하였다. 직접강성법을 이용하여 구조물 강성행렬을 구하고, 2차원 보-기둥구조의 엄밀한 좌굴하중과 고유진동수를 구하고, 결과를 유한요소해와 비교함으로써 본 연구의 타당성을 검증하였다. 이러한 엄밀한 해석방법은 Hermitian 다항식을 형상함수로 도입하여 요소의 강성행렬을 산정하는 유한요소법과 비교할 때, 요소의 수를 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제10권1호
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• pp.67-86
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• 2020

The main goal of this study is to investigate the free vibration analysis of a large sag catenary with application to the jumper in hybrid riser system. The equation of motion is derived by using the variational method based on the virtual work principle. The finite element method is applied to evaluate the numerical solutions. The large sag catenary is utilized as an initial configuration for vibration analysis. The nonlinearity due to the large sag curvature of static configuration is taken into account in the element stiffness matrix. The natural frequencies of large sag catenary and their corresponding mode shapes are determined by solving the eigenvalue problem. The numerical examples of a large sag catenary jumpers are presented. The influences of bending rigidity and large sag shape on the free vibration behaviors of the catenary jumper are provided. The results indicate that the increase in sag reduces the jumper natural frequencies. The corresponding mode shapes of the jumper with large sag catenary shape are comprised of normal and tangential displacements. The large sag curvature including in the element stiffness matrix increases the natural frequency especially for a case of very large sag shape. Mostly, the mode shapes of jumper are dominated by the normal displacement, however, the tangential displacement significantly occurs around the lowest point of sag. The increase in degree of inclination of the catenary tends to increase the natural frequencies.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제4권4호
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• pp.113-128
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• 2004

A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies and mode shapes of solid paraboloidal and complete (that is, without a top opening) paraboloidal shells of revolution with variable wall thickness. Unlike conventional shell theories, which are mathematically two-dimensional (2-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. The ends of the shell may be free or may be subjected to any degree of constraint. Displacement components $u_r,\;u_{\theta},\;and\;u_z$ in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be sinusoidal in time, periodic in ${\theta}$, and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential (strain) and kinetic energies of the paraboloidal shells of revolution are formulated, and the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of the complete, shallow and deep paraboloidal shells of revolution with variable thickness. Numerical results are presented for a variety of paraboloidal shells having uniform or variable thickness, and being either shallow or deep. Frequencies for five solid paraboloids of different depth are also given. Comparisons are made between the frequencies from the present 3-D Ritz method and a 2-D thin shell theory.

• 한국전자파학회논문지
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• 제12권1호
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• pp.18-26
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• 2001

본 논문에서는 압전체를 전기기계 압전파동방정식과 경계조건을 이용하여 고유치 제로 정식화하고, 3차원 유한요소법을 적용하여 초고주파 대역에서 동작하는 압전박막공진기의 공진모드 및 공진특성을 공진기의 입력 임피던스를 통하여 해석하였다. 이를 통하여 1차원 해석에서는 불가능하였던 공진기의 전극형상과 상, 하부 전극의 비대칭 구조에 따른 공진특성과 스퓨리어스특성을 추출하였다. 본 논문에서 제안한 방법으로 계산된 공진주파수를 Mason 등기모델 해석결과 및 실제 제작한 ZnO 압전박막공진기의 공진 특성과 비교한 결과 정확하게 일치함을 확인하였다. 또한 두께진동모드로 동작하기 위한 최적의 길이와 두께의 비가 20 : 1이고 최소한의 길이와 두께의 비가 5:1 이상임을 알 수 있었다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제21권7호
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• pp.805-814
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• 2010

기존 Crank-Nicolson FDTD 기법(CN FDTD 기법)의 비등방성 분산 특성을 개선하기 위한 CN ID-FDTD 기법을 제안하였다. 제안한 CN ID-FDTD 기법은 공간 미분 연산을 위해 기존 CN FDTD 기법의 centered 유한 차분식 (Finite Difference equation: FD 연산식)이 아닌 isotropic-dispersion 유한 차분식(ID-FD 연산식)$^{[1],[2]}$을 이용한다. 본 논문에서는 손실 매질에 대한 CN ID-FDTD 기법의 분산 관계식을 유도하였고, 이 분산 관계식을 이용해 ID-FD 연산식에서 분산 오차(dispersion error)를 줄이는 가중치(weighting factor)와 보정값(scaling factor)을 제시하였다. 그리고 해석 결과의 정확성 비교를 통해 CN ID-FDTD 기법에서는 기존 CN FDTD 기법의 단점이었던 비등방성 분산 오차가 확연하게 감소하는 것을 확인하였다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2003년도 춘계공동학술대회논문집
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• pp.87-91
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• 2003

레이다 신호처리를 포함하여 무선통신시스템의 성능향상을 위한 수신신호의 도래방향 추정기술 중 MUSIC과 ESPRIT와 같은 방법들은 수신신호 벡터로부터 얻어진 상관행렬의 고유치 분해론 통하여 도래방향을 정도 높게 추정할 수 있는 초고분해 알고리즘들로 잘 이용되어 왔다 그러나, 이러한 방법들은 계산적인 복잡성으로 인하여 실시간 처리에 장애가 되어 왔으며, 어레이 안테나의 물리적인 결함에 대한 보정을 요구한다. 이에 대한 해결방법으로서 신경망 모델을 이용한 도래방향 추정방법들이 연구되어 왔으나, 복수의 신호가 존재할 경우 신경망 모델에 대한 대규모 학습량을 요구하고, 실시간 처리가능성에 대한 명확한 해론 제공하지 못한다. 본 연구에서는 상호결합형 신경망 모델을 이용하여 도래방향을 추정하기 위한 방법을 제안하고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 실시간 처리가능성을 논한다. 제안된 방법은 대규모 학습을 요구하지 않는다. 즉, 도래방향을 추정하기 전에 상호결합계수를 신경망에 할당할 뿐이다.