• 한국공간구조학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.87-94
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• 2010

본 논문은 고유치문제로 정식화된 텐세그러티 구조물의 형상탐색에 대하여 제시하고자 한다. 텐세그러티 구조물의 안정을 위해서는 형상탐색을 수행하여야한다. 형상탐색을 위한 해석 방법은 내력밀도법과 일반역행렬을 이용한 방법, 이 두 가지가 널리 알려져 있다. 본 연구는 새롭게 형상을 탐색하는 방법을 제시하여 텐세그러티 구조물의 자기평형 응력을 얻었다. 제시한 방법은 기존의 방법을 기본으로 한 모든 절점의 평형 방정식을 고유치 문제로 정식화하였다. 이를 증명하기 위해 몇 가지 예제(텐세그러티 구조물)를 기존의 방법과 비교 하였다. 본 연구에서 제시된 방법은 기존의 방법과 같은 결과가 나왔으며, 나아가 해답을 얻는 과정이 훨씬 간단하였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제13권4호
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• pp.587-614
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• 2014

In recent years the interest in online monitoring of lightweight structures with ultrasonic guided waves is steadily growing. Especially the aircraft industry is a driving force in the development of structural health monitoring (SHM) systems. In order to optimally design SHM systems powerful and efficient numerical simulation tools to predict the behaviour of ultrasonic elastic waves in thin-walled structures are required. It has been shown that in real industrial applications, such as airplane wings or fuselages, conventional linear and quadratic pure displacement finite elements commonly used to model ultrasonic elastic waves quickly reach their limits. The required mesh density, to obtain good quality solutions, results in enormous computational costs when solving the wave propagation problem in the time domain. To resolve this problem different possibilities are available. Analytical methods and higher order finite element method approaches (HO-FEM), like p-FEM, spectral elements, spectral analysis and isogeometric analysis, are among them. Although analytical approaches offer fast and accurate results, they are limited to rather simple geometries. On the other hand, the application of higher order finite element schemes is a computationally demanding task. The drawbacks of both methods can be circumvented if regions of complex geometry are modelled using a HO-FEM approach while the response of the remaining structure is computed utilizing an analytical approach. The objective of the paper is to present an efficient method to couple different HO-FEM schemes with an analytical description of an undisturbed region. Using this hybrid formulation the numerical effort can be drastically reduced. The functionality of the proposed scheme is demonstrated by studying the propagation of ultrasonic guided waves in plates, excited by a piezoelectric patch actuator. The actuator is modelled utilizing higher order coupled field finite elements, whereas the homogenous, isotropic plate is described analytically. The results of this "semi-analytical" approach highlight the opportunities to reduce the numerical effort if closed-form solutions are partially available.

• 대한기계학회논문집A
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• 제21권12호
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• pp.2121-2133
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• 1997

A finite element code is developed for 3-D self-contact problems, using continuum elements with a SRI(Selective Reduced Integration) scheme to prevent locking phenomenon by the incompressibility of rubber. Contact treatment is carried out in two ways : using the displacement constraints in case of rigid contact ; and imposing the same contact forces on two contact boundaries in case of self-contact. The finite element code developed is applied to the deformation analysis of C.V.joint boots which maintain lubrication conditions and protect the C.V.joint assembly from impact and dust. The boot accompanies large rotation depending on the rotation of the wheel axis and leading to the self-contact phenomena of the boot bellows. Since this contact phenomenon causes wear of the product and has great influence on the endurance life of the product, it is indispensable to carry out stress analysis of the rubber boots. In case of self-contact, various methods for determining contact forces have been suggested with an appropriate contact formulation. Especially, the types of penetration in self-contact are modularized to accelerate conputation with a contact algorithm.

• 동력기계공학회지
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• 제16권5호
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• pp.40-46
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• 2012

본 연구에서는 자유표면 유동문제를 효율적으로 계산하기 위한 방법으로서, 수치 파수조를 구현하여 잠수체에 의한 조파현상을 시간영역에서 다룰 수 있는 수치해법에 대하여 소개하였다. 그리고 이를 이용하여 수행된 연구내용들을 검토하고 양력물체의 경우를 포함하기 위하여 개선된 수학적 정식화 및 수치해법의 개요를 다루었다. 임의의 운동을 하는 양력물체에 의한 조파현상을 전산기로 구현하는 수치 파수조는 과중한 계산시간이 문제가 되는데, 이는 수치 Kutta 조건의 구현과 양력표면 후방의 wake 영역을 계산에서 고려해야 하기 때문이다. 따라서 한층 더 수치계산의 효율성이 중요하다고 판단되므로, 본 연구에서 소개된 3차원 고차 스펙트럴/경계요소법(High-Order Spectral/Boundary Element Method)은 자유표면 요소수를 N이라 할 때 그 계산량이 NlogN에 비례(N이 클 때는 거의 선형적으로 비례)하여 증가하므로 기존의 방법들 보다 매우 효율적인 수치해법이라 할 수 있다. 향후, 본 연구의 타당성 검증을 위한 수치코드의 개선과 여러 가지 수치계산결과 비교 등의 노력이 더 필요하다고 생각된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.183-192
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• 2004

본 논문에서는 수직으로 시추된 해양 파일에 대한 새로운 동적 해석절차가 제안되고 전형적 설계문제에 의하여 검증된다. 해수에 잠긴 파일의 구조는 물론 해양파도와 조류에 의한 힘도 유한요소법에 의해서 정식화되고 모델링된다. 유한요소 방정식에 적합한 파력을 구하기 위해서 여러 가지 파도이론 가운데서도 Airy의 파도이론이 시험되고 선정되었다. 조류의 후방와류에 기인한 횡방향 양력은 Strouhal 진동수와 적절한 양력계수를 가진 간단한 조화함수에 기초한다 파일에 대한 고유진동수 해석과 주파수 응답해석은 정식화 결과를 NASTRAN에 입력하여 계산되었다. 여기서 제안된 절차에 의해 얻어진 동적 변위와 응력의 결과는 기본설계해석 단계로서 해양파일의 파력과 조류 양력에 의한 동적거동을 구할 수 있으며 설계에 응용될 수 있음을 보여준다

• 대한조선학회지
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• 제27권1호
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• pp.24-34
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• 1990

본 연구에서는 축력과 굽힘모멘트의 조합하중(組合荷重)을 받는 손상원통부재의 최종강도(最終强度)를 해석하기위하여 간이유한요소해석이론을 정식화한다. 여기서, 굽힘 및 국부손상이 존재하는 원통부재(圓筒部材)를 보요소로 모델링하며, 각요소의 접선탄성강성행렬(接線彈性剛性行列)은 기하학적 비선형 효과를 고려하여 updated Lagrangian 기법에 의하여 도출한다. 이때, 국부손상부위의 강성이 외력에 대한 저항에 기여하는 정도는 비교적 작다고 생각되므로 요소의 강성평가시에 국부손상부위의 강성은 무시한다. 요소의 소성화는 국부손상부위의 영향을 고려한 전단면(全斷面) 소성강도(塑性强度) 상관관계식을 적용하여 요소의 각절점에서 판정하며, 접선(接線) 탄소성(彈塑性) 강성행렬(剛性行列)은 소성절점법(塑性節點法)에 의하여 계산한다. 마지막으로 본 연구에서 정식화한 해석법을 바탕으로 컴퓨터프로그램을 작성하고 실험 등에 의하여 얻어진 기존의 결과에 대해 재해석하여 본해석법의 정도와 유용성을 확인한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.307-314
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• 2009

본 논문은 기하학적 비선형성을 가진 보존적 단일 하중 매개변수의 탄성 상태 공간구조의 탄성 분기 좌굴해석을 위한 공간프레임의 정식화, 분기경로 추적을 위한 pin-pointing 및 분기경로 전환알고리즘을 기술하고 있다. 복잡한 좌굴 후 거동특성을 파악하기 위한 본 연구의 공간프레임요소는 오일러리안 좌표계에 의한 유한회전이론으로 강체변형을 계산하였고, 굽힘효과가 고려된 보-기둥식을 적용하여 적은 개수의 요소의 사용으로도 정해를 얻을 수 있도록 하였으며, 후좌굴해석과 같은 고도의 비선형해석을 수행하기 위해 기하강성행렬의 모멘트에 대한 영향을 고려하였다. 분기좌굴에 의한 좌굴후 평형상태인 주경로와 분기경로의 pin-pointing 알고리즘으로 특이점을 계산하였으며, 고유치 및 고유모드를 이용한 본 연구의 수치알고리즘에 의해 분기경로를 추적하였다. 분기좌굴 해석예제로 평면프레임, 평면아치 및 공간돔에 대한 분기좌굴 해석을 수행하여 본문에서 제시한 수치해석법의 정확성 및 적용성을 검증한다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.104-113
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• 1992

압력이 차 있는 백이 물에 부분적으로 잠겨서 동요하고 있을 때의 유체역학적 문제가 다루어졌다. 쌍동형 공기부양선(SES)의 선미에는 공기의 유출을 막기위해 공기압이 채워진 백을 설치하고 있는데, 백에 의한 힘이 종동요에 큰 영향을 미친다. 백의 모양은 안과 밖의 압력차에 의해서 결정되므로, 유체동압력을 구하면 백의 모양을 알 수 있는데, 백의 모양변화를 알아야지만 유체동압력을 구할 수가 있다. 따라서 백 표면에서의 경계조건의 형태는 자유표면 경계와 더불어서 움직이는 경계가 된다. 본 논문에서는 이 문제를 정식화하고 선형화를 하였다. 또한 백이 동요할 때의 방사문제에 대한 계산예를, 백을 강체로 가정했을 때의 비교하여, 보여주고 있다. 여러가지의 백내의 압력값, 또 물에 잠긴 깊이에 대해서 계산이 이루어졌다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권1호
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• pp.95-110
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• 2010

본 논문에서는 합성보의 부착슬립 효과를 고려할 수 있는 유한요소 수치모델을 제안하고자 한다. 전단연결재가 설치된 슬래브와 거더 경계에서 선형 전단력-슬립 관계를 가정하여, 부착슬립 거동을 해석할 수 있는 수치모델이 구현되었다. 본 수치모델을 통하여 축 방향의 자유도를 부가하지 않고 2절점의 보 요소를 적용하여 합성보 경계에서의 슬립 거동을 고려하는 것이 가능하다. 선형 부분전단 연결이론을 토대로 한 슬립 거동의 지배방정식은 슬래브와 거더 경계에서 힘의 평형상태와 단면 내에서 상수로 가정된 곡률을 바탕으로 결정된다. 또한, 지배방정식 구성에 있어서 요소 양 절점에서의 휨 모멘트 값을 필요로 하기 때문에 유한요소 해석으로 도출되는 상수 모멘트를 요소 내에서 선형으로 분포시켰다. 제안된 수치모델을 적용한 해석결과를 기존 연구의 수치해석 결과 및 실험결과와 비교하였으며, 하중-처짐 곡선의 비교를 통하여 본 모델의 성능을 검증하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제12권6호
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• pp.657-668
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• 2001

Fiber reinforced cementitious composites are nowadays widely applied in civil engineering. The postcracking performance of this material depends on the interaction between a steel fiber, which is obliquely across a crack, and its surrounding matrix. While the partly debonded steel fiber is subjected to pulling out from the matrix and simultaneously subjected to transverse force, it may be modelled as a Bernoulli-Euler beam partly supported on an elastic foundation with non-linearly varying modulus. The fiber bridging the crack may be cut into two parts to simplify the problem (Leung and Li 1992). To obtain the transverse displacement at the cut end of the fiber (Fig. 1), it is convenient to directly solve the corresponding differential equation. At the first glance, it is a classical beam on foundation problem. However, the differential equation is not analytically solvable due to the non-linear distribution of the foundation stiffness. Moreover, since the second order deformation effect is included, the boundary conditions become complex and hence conventional numerical tools such as the spline or difference methods may not be sufficient. In this study, moment equilibrium is the basis for formulation of the fundamental differential equation for the beam (Timoshenko 1956). For the cantilever part of the beam, direct integration is performed. For the non-linearly supported part, a transformation is carried out to reduce the higher order differential equation into one order simultaneous equations. The Runge-Kutta technique is employed for the solution within the boundary domain. Finally, multi-dimensional optimization approaches are carefully tested and applied to find the boundary values that are of interest. The numerical solution procedure is demonstrated to be stable and convergent.