• 대한기계학회논문집A
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• 제37권12호
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• pp.1503-1512
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• 2013

본 논문에서는 cohesive zone 모델을 이용한 유한요소해석에 기초해 압입 파괴인성 평가식을 제시한다. 먼저 Vickers 압입균열해석에 기초해 다양한 물성변수(항복변형률 ${\varepsilon}_o$, 푸아송비 ${\nu}$, 영률 E)의 들이 균열크기에 미치는 영향을 분석하고, 파괴인성을 압입 시 측정되는 최대하중과 균열길이로 나타낼 수 있는 수식을 회귀로 얻었다. 아울러 접촉길이 a, E/H (H: 경도) 등을 추가 압입변수로 선정해 다양한 형태의 파괴인성평가법을 제시했다. 이후 동일 압입하중에서 압입자각 및 압입자 형태와 균열 크기의 관계를 분석해 Vickers 압입 파괴인성평가법을 다양한 압입자 형태로 확장했다. 본 연구에서 제안된 평가식을 이용하면 압입시험으로 얻어지는 데이터로부터 바로 취성재료의 파괴인성을 예측할 수 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권11호
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• pp.33-41
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• 2018

지반의 내부침식은 유체 흐름에 의하여 입자골격에 부착된 세립토가 이탈하는 현상이며, 지속적인 세립토의 유동은 지반구조물의 수리-역학적 특성을 약화시킨다. 본 논문은 세립토의 유동에 관한 지배방정식을 정립하고 수치해석 기법을 제안하였다. 공극내의 세립토는 액상의 세립토($c_e$), 조립토에 부착된 입자(${\sigma}_a$) 그리고 조립토골격에 폐색된 세립토(${\sigma}_s$)로 구분하여 상관계를 제시하였다. 이를 바탕으로 세립토의 유동과 공극수의 흐름에 대한 수리학적 지배방정식들과 유한요소 수식화를 제시하였다. 세립토의 이탈, 부착 그리고 공극막힘에 대한 구성 모델들을 제시하였으며, 실내 1차원 침식실험으로부터 모델변수를 도출하는 방법을 제안하였다. 그리고 세립토의 공극 막힘 현상에 의한 지반의 투수계수 변화에 대한 추정식을 제안하였다. 기존의 침식실험 결과에 대한 수치해석을 통하여 개발된 해석기법과 세립토 유동 모델의 적정성을 검증하였다.

• Composites Research
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• 제32권5호
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• pp.206-210
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• 2019

직조 구조의 복합재의 쓰임이 자동차, 항공 산업 등 여러 분야로 확장됨에 따라, 직조 복합재의 신뢰성 문제 및 물성예측에 대한 필요성이 대두되었다. 본 연구에서는 직조 구조가 다른 복합재료의 물성 예측을 위한 유한요소해석을 수행하여 실험으로 얻은 정적 물성과의 유사성을 검증하였고, 효과적인 모델링 방법을 개발하였다. 직조 구조의 특성을 반영하기 위하여 모델링은 메소 스케일의 대표 체적 요소(RVE)를 이용하였다. 섬유 다발과 순수 기지를 분리하여 3차원 모델링을 진행하였다. 하신 파괴 기준(Hashin's failure criteria)을 적용하여 요소의 파괴 유무를 판단하였고, 해석 모델은 복합재에 적합한 점진적 파괴 모델을 사용하였다. 최종적으로, 직조 구조에 따른 복합재의 물성을 성공적으로 예측하여 본 모델링 및 해석 기법에 대한 적합성을 검증하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권3호
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• pp.343-354
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• 2021

The frequencies formulas of the bridge are of great importance in the design process since these formulas provide insight dynamic characteristics of the structure, which guides the designers to parametric analyses and the layout of the bridge in conceptual or preliminary design. Continuous rigid frame bridge is popular in the mountainous area. Mostly, this type of bridge was simplified either as a girder or cantilever when calculating the frequency, however, studies showed that the different configuration of the bridge made the problem more complex, and there is no unified fundamental calculation pattern for this kind of bridge. In this study, an empirical frequency equation is proposed as a function of pier's height, stiffness of pier and the weight of the structure. A unified fundamental frequency formula is presented based on the energy principle, then the typical continuous rigid frame bridge is investigated by finite element method (FEM) to study the dynamic characteristics of the structure, and then several key parameters are investigated on the effect of structural frequency. These parameters include the number, position and stiffness of the tie beam. Nonlinear regression analyses are conducted with a comprehensive statistical study from plenty of engineering structures. Finally, the proposed frequency equation is validated by field test results. The results show that the fundamental frequency of the continuous rigid frame bridge increases more than 15% when the tie beams are set, and it increases with the stiffness ratio of tie beam to pier. The results also show that the presented unified fundamental frequency has an error of 4.6% compared with the measured results. The investigation can predicate the approximate longitudinal fundamental frequency of continuous ridged frame bridge, which can provide reference for the seismic response and dynamic impact factor design of the pier.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제80권6호
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• pp.645-655
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• 2021

Performance-based reliability analysis is a practical approach to investigate the seismic performance and stochastic nonlinear response of structures considering a random process. This is significant due to the uncertainties involved in every aspect of the analysis. Therefore, the present study aims to evaluate the performance-based reliability within a stochastic finite element (FE) framework for reinforced concrete (RC) shear walls that are considered as one of the most essential elements of structures. To accomplish this purpose, deterministic FE analyses are conducted for both squat and slender shear walls to validate numerical models through experimental results. The presented numerical analysis is performed by using the ABAQUS FE program. Afterwards, a random-effects investigation is carried out to consider the influence of different random variables on the lateral load-top displacement behavior of RC members. Using these results and through utilizing the Monte-Carlo simulation method, stochastic nonlinear analyses are also performed to generate random FE models based on input parameters and their probabilistic distributions. In order to evaluate the reliability of RC walls, failure probabilities and corresponding reliability indices are calculated at life safety and collapse prevention levels of performance as suggested by FEMA 356. Moreover, based on reliability indices, capacity reduction factors are determined subjected to shear for all specimens that are designed according to the ACI 318 Building Code. Obtained results show that the lateral load and the compressive strength of concrete have the highest effects on load-displacement responses compared to those of other random variables. It is also found that the probability of shear failure for the squat wall is slightly lower than that for slender walls. This implies that 𝛽 values are higher in a non-ductile mode of failure. Besides, the reliability of both squat and slender shear walls does not change significantly in the case of varying capacity reduction factors.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제86권2호
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• pp.261-276
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• 2023

The use of the ordinary double nut (i.e., ODN) composed of a master nut (i.e., M-nut) and a slave nut (i.e., S-nut) is a highly efficient method to prevent bolts loosening. A novel double nut (i.e., FODN) composed of a master nut (i.e., M-nut) and flat slave nut (i.e., FS-nut) is proposed to save raw materials. The bolt fastening tests with single nut, ODN and FODN are performed to investigate the preload and counterbalance forces. Corresponding finite element analysis (FEA) models are established and validated by comparing the preload with the experimental results. The load-bearing capacity, the extrusion effect, and the contact stress of each engaged thread for ODN and FODN are observed by FEA. The experimental and simulated results revealed that the bolt fastening with double-nut has different load-transferring mechanisms from single-nut. Nevertheless, for double-nut/bolt assemblies, the FS-nut can provide load transfer that is like that of the S-nut, and the FODN is a reasonable and reliable fastening method. Furthermore, based on the theory of Yamamoto, a formula considering the extrusion effect is proposed to calculate the preload distribution of the double-nut, which is applicable to varying thicknesses of slave-nuts in double-nut/bolt assemblies.

• Smart Structures and Systems
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• 제32권3호
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• pp.153-166
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• 2023

Health monitoring of civil infrastructures, in particular, old bridges that are still in service, has become more than necessary, given the risk that a possible degradation or failure of these infrastructures can induce on the safety of users in addition to the resulting commercial and economic impact. Bridge integrity assessment has attracted significant research efforts over the past forty years with the aim of developing new damage identification methods applicable to real structures. The bridge of Ouled Mimoun (Tlemcen, Algeria) is one of the oldest railway structure in the country. It was built in 1889. This bridge, which is too low with respect to the level of the road, has suffered multiple shocks from various machines that caused considerable damage to its central part. The present work aims to analyze the stability of this bridge by identifying damages and evaluating the damage rate in different parts of the structure on the basis of a finite element model. The applied method is based on an inverse analysis of the normal stress responses that were calculated from the corresponding recorded strains, during the passage of a real train, by means of a set of strain gauges placed on certain elements of the bridge. The results obtained from the inverse analysis made it possible to successfully locate areas that were really damaged and to estimate the damage rate. These results were also used to detect an excessive rigidity in certain elements due to the presence of plates, which were neglected in the numerical reference model. In the case of the continuous bridge monitoring, this developed method will be a very powerful tool as a smart health monitoring system, allowing engineers to take in time decisions in the event of bridge damage.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.117-124
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• 2009

2차원 포텐셜 문제를 해석하기 위해 고차의 르장드르 형상함수에 기초를 둔 p-수렴 경계요소법이 제안되었다. p-수렴 경계요소법은 종래의 경계요소법에서 사용되는 형상함수와 성질이 다른 르장드르 다항식을 형상함수로 사용한다. p-수렴 유한요소법과 마찬가지로 고차의 형상함수에 따른 절점의 위치가 경계상에서 정해지지 않는다. 따라서 형상함수가 증가함에 따라 선형방정식을 구성하기 위한 수단으로 선점법을 이용하였다. p-수렴 경계요소법에서 선점법은 비대칭 계층적 선점법과 대칭 비계층적 선점법을 선택하여 수치해석을 수행하였다. 선택점들은 형상함수가 증가함에 따라 증가하는 성질을 나타내며 계층적 또는 대칭적으로 선택될 수 있다. p-수렴 경계요소법에서 나타나는 특이 적분항을 계산하기 위해 special numeric quadrature technique와 semi-analytical integration technique를 사용하였다. 사각모서리부에서 특이성을 가지는 L-형 영역문제를 해석한 결과 적은 수의 자유도에서 기존문헌의 결과와 차이가 거의 없는 정도인 $10^{-2}%$단위 이하의 정확도를 보여주었다. 또한 같은 조건에서는 대칭형 선점의 위치를 이용해 계산한 값이 가장 높은 정확도를 보여주었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.19-30
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• 2005

. 본 연구에서는 지반의 비선형을 고려한 하부구조(말뚝지반말뚝캡)의 복잡한 거동과 상부 피어구조와 연계된 상$\cdot$하부 일체화 해석을 수행할 수 있는 3차원 해석기법을 개발하였다. FBPier 3.0과 Croup 6.0의 중간단계에 해당하는 해석기법으로 각 해석기법의 장점을 취하고 단점을 보완하였다. 군말뚝기초 중 말뚝은 말뚝두부 강성행렬을 이용하여 모델링하였으며, 지반은 비선형 하중전이곡선(t-z, q-z, p-y곡선)으로 나타내었다. 말뚝캡은 6개의 자유도를 갖는 개선된 4절점 평면쉘(Flat shell)요소루 교각(피어)은 3차원 보(Beam)요소로 모델링 하여 상$\cdot$하부 일체해석이 가능하게 하였다. 말뚝두부 강성행렬의 하중크기에 따른 비선형성을 고려하기 위하여 점증하중-할선계수법을 제안하였다. 기존의 비선형 해석기법과의 비교$\cdot$분석 결과, 본 해석기법이 말뚝을 FBPier 5.0과 달리 말뚝두부 강성행렬을 이용하여 모델링 하였어도 말뚝두부 및 교각 상단에서의 변위를 비교적 정확히 산정 가능하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.315-321
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• 2012

본 연구에서는 분자동역학 전산모사와 유한요소해석 기반의 균질화 기법을 통해 나노복합재의 열전도 특성을 정확하고 효율적으로 예측할 수 있는 순차적 멀티스케일 균질화 해석기법을 제안하였다. 나노입자의 크기효과가 나노복합재의 유효 열전도 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 크기가 다른 구형 나노입자가 첨가된 나노복합재의 열전도 계수를 분자동역학 전산모사를 통해 예측했고, 그 결과 나노입자의 크기가 작아질수록 계면에서의 Kapitza열저항에 의해 나노복합재의 열전도 계수가 점차 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 나노입자의 크기효과를 균질화 해석모델을 통해 정확하게 묘사하기 위해 Kapitza 열저항에 의한 계면에서의 온도 불연속 구간과 고분자 기지가 높은 밀도를 가지며 흡착되는 유효계면을 추가적인 상으로 도입하여 나노복합재를 입자, Kapitza 계면, 유효계면, 기지로 구성된 4상의 연속체 구조로 모델링하였다. 이후 순차적 멀티스케일 균질화 해석기법을 통해 유효계면의 열전도 계수를 나노복합재의 열전도 계수로부터 역으로 예측했으며, 이를 입자의 반경에 대한 함수로 근사하였다. 근사 함수를 토대로 다양한 입자 체적분율과 반경에 대한 나노복합재의 유효 열전도 특성을 예측하였으며, 유효계면에 대한 매개변수 연구를 수행하였다.