• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 1994년도 추계학술대회 논문집
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• pp.852-859
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• 1994

Optmal topology design is to search the optimal layout of the structure which can be used fot the shape of the conceptual design stage. Our objective is to maximize the stiffness of the structure under a material usage constraint. The density of each finite element is the design variable and its relationship with Young's modulus is expressed by quadratic form. The shape is represented by the entire density distribution, the structural analysis is performed by finite element method and the optimization is achieved by feasible direction method. Unlike optimality criteria method,feasible direction method can handle various problems simultaneously, that is, multi- objectives and multi-constraints. Total optimization time can be reduced by the approximation of the material property and fewer design variables than homogenization method. Topology optimization is applied to design the shape of ribs.

• 한국결정성장학회지
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• 제14권3호
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• pp.115-122
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• 2004

다공성 물질이 건조될 때 입자는 겔 상태의 그물망 구조를 갖는다. 따라서 건조공정 중 발생하는 잔류응력을 정확하게 해석하기 위해서는 공극률과 공극형상에 따른 물성을 알아야 한다. 본 연구에서는 균질화법으로 원형과 십자형의 공극을 갖는 미시적인 겔구조로부터 공극률에 따른 재료의 탄성특성을 예측하고. 다공성 세라믹 애자의 건조공정을 유한요소 해석하였다. 해석 결과, 변형 형상과 온도, 습도 분포는 공극을 고려하지 않은 해석과 유사하지만 잔류응력 값은 큰 차이가 있음을 알 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제43권1호
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• pp.1-17
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• 2022

The free and forced nonlinear dynamic behaviors of Porous Functionally Graded Material (PFGM) plates are examined by means of a High-Order Implicit Algorithm (HOIA). The formulation is developed using the Third-order Shear Deformation Theory (TSDT). Unlike previous works, the formulation is written without resorting to any homogenization technique neither rule of mixture nor considering FGM as a laminated composite, and the distribution of the porosity is assumed to be gradually variable through the thickness of the PFGM plates. Using the Hamilton principle, we establish the governing equations of motion. The Finite Element Method (FEM) is used to compute approximations of the resulting equations; FEM is adopted using a four-node quadrilateral finite element with seven Degrees Of Freedom (DOF) per node. Nonlinear equations are solved by a HOIA. The accuracy and the performance of the proposed approach are verified by presenting comparisons with literature results for vibration natural frequencies and dynamic response of PFGM plates under external loading. The influences of porosity volume fraction, porosity distribution, slenderness ratio and other parameters on the vibrations of PFGM plate are explored. The results demonstrate the significant impact of different physical and geometrical parameters on the vibration behavior of the PFGM plate.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제68권3호
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• pp.299-312
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• 2018

In this paper, an extended finite element method is proposed to analyze both geometric and material non-linear behavior of general Functionally Graded Material (FGM) plate-shell type structures. A user defined subroutine (UMAT) is developed and implemented in Abaqus/Standard to study the elastoplastic behavior of the ceramic particle-reinforced metal-matrix FGM plates-shells. The standard quadrilateral 4-nodes shell element with three rotational and three translational degrees of freedom per node, S4, is extended in the present study, to deal with elasto-plastic analysis of geometrically non-linear FGM plate-shell structures. The elastoplastic material properties are assumed to vary smoothly through the thickness of the plate-shell type structures. The nonlinear approach is based on Mori-Tanaka model to underline micromechanics and locally determine the effective FGM properties and self-consistent method of Suquet for the homogenization of the stress-field. The elasto-plastic behavior of the ceramic/metal FGM is assumed to follow Ludwik hardening law. An incremental formulation of the elasto-plastic constitutive relation is developed to predict the tangent operator. In order to to highlight the effectiveness and the accuracy of the present finite element procedure, numerical examples of geometrically non-linear elastoplastic functionally graded plates and shells are presented. The effects of the geometrical parameters and the volume fraction index on nonlinear responses are performed.

• 항공우주기술
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• 제12권2호
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• pp.48-56
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• 2013

본 연구에서는 다양한 균질화 기법을 통해 섬유강화 복합재료 단일 적층판의 등가탄성계수를 예측을 수행하였다. 섬유강화 복합재료의 등가 탄성계수를 예측하는 해석식 및 준실험식 등 많은 기법들이 제안되어 왔지만 사용대상에 따라 제약이 있거나, 복합재료를 구성하는 섬유나 기지의 종류에 따라 예측결과가 시험결과와 잘 일치하지 않는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서 전산 균질화 기법을 통해 실제 복합재료 형상과 유사한 대표체적 요소를 선정하여 유한요소 모델링을 수행하고, 주기적 경계조건을 부여하여 등가 탄성계수를 예측하였다. 아울러 기존의 예측식 및 시험 결과와 비교하여 그 성능을 검증하였으며, 인공위성 복합재료 패널 구조해석결과에 미치는 영향에 대해 검토하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권3호
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• pp.291-298
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• 2010

본 논문은 자동차 디젤엔진의 EGR 시스템에 사용되는 EGR 냉각기의 열교환 효율에 관한 것으로 배기가스의 냉각수 사이의 열교환을 촉진시키기 위한 방법으로 딤플형 EGR 냉각기를 설계 및 그 성능을 평가하였다. 개발초기 단계에서 딤플형 EGR 냉각기의 성능을 평가하기 위하여 기존 스파이럴 타입의 EGR 냉각기와 딤플형 EGR 냉각기의 전열면적을 비교하였으며, 균질화 기법을 이용한 유한요소해석을 통하여 딤플형 EGR 냉각기의 구조 건전성을 평가하였다. 또한, 딤플형 열교환 튜브의 생산공정-딤플성형, edge bending, center v-notch bending, 압착, 플라즈마 용접-을 체계화하였다. 최종적으로 본 연구를 통하여 딤플형 EGR 냉각기를 개발하였으며, 그 성능을 검증하였다.

• 터널과지하공간
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• 제19권2호
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• pp.158-166
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• 2009

Hoek-Brown 암석에서 응력에 의해 발생되는 균열의 전파특성을 수치해석적으로 분석하기 위한 기초연구로서 탄성균열의 균질화 기법이 제안되었다. 균열의 개시조건으로 Hoek-Brown 경험식이 이용되었고, 균열의 방향 탐색을 위해 임계면법이 이용되었다. 균열물질과 무결암으로 구성된 대표체적에 대해 체적평균 응력 및 변형률 개념을 적용하여 균열과 신선암의 역학적 특성을 균질화시킴으로써 등가 이방성매질의 구성관계식을 유도하였다. 제안된 균질화모델을 포트란 코드로 작성하여 상업유한요소 코드인 COSMOSM에 이식하였다. 제안된 수치해석모델의 적합성을 검증하기 위하여 2차원 평면변형률조건에서 수치 일축압축시험을 실시하였다. 모델 상하부 가압면의 구속조건을 달리한 2가지 해석모델을 선정하여 구속조건이 일축압축시험편의 변형 및 파단면 형성형태에 미치는 영향이 분석되었다. 균열의 균질화를 고려한 수치 일축압축시험 결과는 실제 실험에서 발생되는 형태와 유사한 변형거동 및 파단면 형성 특성을 잘 나타내었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권9호
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• pp.663-670
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• 2020

2.5D C/SiC를 적용한 구조물의 거동 특성을 유한요소해석으로 근사하기 위해 기계적 물성 특성화와 모델링 기법에 관한 연구를 수행하였다. 2.5D C/SiC 소재의 거동 특성을 분석하기 위해 인장시험을 수행하였고 수학적 균질화 기법과 수정된 혼합 법칙을 적용하여 2.5D C/SiC를 구성하는 섬유와 기지의 탄성 물성을 정의하였다. 탄소성 거동을 나타내는 기지는 소성 영역의 거동을 bilinear 함수로 근사하고 시험과 해석의 오차를 최소화하여 등가 항복 강도와 등가 소성 강성을 계산하였다. 그리고 2.5D C/SiC의 RVE를 정의하고 수정된 혼합 법칙을 적용하여 유효강성행렬을 계산하는 과정을 ABAQUS의 User-defined subroutine을 통해 구성하였다. 제안된 과정을 바탕으로 정의된 섬유와 기지의 기계적 물성을 적용하여 유한요소해석을 수행한 결과는 시험의 거동을 잘 근사하고 있음을 확인하였다.

• 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.

• 항공우주기술
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• 제13권1호
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• pp.76-85
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• 2014

본 연구에서는 다양한 열팽창계수 예측기법을 활용해서 섬유강화 복합재료 라미나 등가 열팽창계수 예측을 수행하였다. 등가열팽창계수를 예측하는 많은 식들이 제안되어 왔지만 사용대상에 따라 제약이 있거나, 예측결과가 시험결과와 잘 일치하지 않는 문제점을 갖고 있다. 본 연구에서 실제 복합재료 형상과 유사한 대표체적요소를 선정하여 유한요소 모델링을 수행하고 여기에 주기적 경계조건을 부여하여 재료의 등가열팽창계수를 예측하였다. 예측결과를 기존의 예측식 및 시험결과와 비교하여 그 성능을 검증하였으며, 별추적기 지지구조물의 열지향오차해석을 수행하고 다양한 예측물성을 따라 그 정확도를 검토하였다.