• Advances in Computational Design
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• 제2권1호
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• pp.71-87
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• 2017

This study focuses on the efficiency and applicability of dynamic relaxation methods in form-finding of membrane structures. Membrane structures have large deformations that require complex nonlinear analysis. The first step of analysis of these structures is the form-finding process including a geometrically nonlinear analysis. Several numerical methods for form-finding have been introduced such as the dynamic relaxation, force density method, particle spring systems and the updated reference strategy. In the present study, dynamic relaxation method (DRM) is investigated. The dynamic relaxation method is an iterative process that is used for the static equilibrium analysis of geometrically nonlinear problems. Five different examples are used in this paper. To achieve the grading of the different dynamic relaxation methods in form-finding of membrane structures, a performance index is introduced. The results indicate that viscous damping methods show better performance than kinetic damping in finding the shapes of membrane structures.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.457-464
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• 1999

본 논문의 목적은 막구조물의 형상해석, 응력-변형 해석, 재단도 해석을 수행하는 것이고, 재료는 선형탄성, 응력은 평면응력의 상태로 가정한다. 케이블 및 막구조물은 외력에 대한 변형이 매우 큰 구조물이기 때문에 기하비선형을 고려한 비선형해석을 하여야 한다 해석은 일반적인 구조물과는 달리 다음의 3단계로 구성된다. 첫 번째 단계는 초기 평형형상을 결정하기 위한 형상해석이고, 두 번째 단계는 다양한 외력이 가해졌을 때 구조물의 거동을 파악하는 응력-변형 해석이다. 이렇게 하여 일단 만족된 형상이 얻어지면 형상해석에서 얻은 결과를 기초로 하여 시공적 관점의 재단도 해석이 수행된다. 본 논문에서는 서귀포 월드컵 축구 경기장 지붕 구조물의 예를 들어 형상해석, 응력-변형 해석, 재단도 해석을 수행하고, 카테노이드(Catenoid) 구조물을 이용하여 최적재단도에 관한 해석기법을 제시한다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제62권1호
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• pp.85-95
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• 2017

This paper presents an explicit analytical iteration method for form-finding analysis of suspension bridges. By extending the conventional analytical form-finding method predicated on the elastic catenary theory, two nonlinear governing equations are derived for calculating the accurate unstrained lengths of the entire cable systems both the main cable and the hangers. And for the gradient-based iteration method, the derivation of explicit calculation for the Jacobian matrix while solving the nonlinear governing equation enhances the computational efficiency. The results from sensitivity analysis show well performance of the explicit Jacobian matrix compared with the traditional finite difference method. According to two numerical examples of long span suspension bridges studied, the proposed method is also compared with those reported approaches or the fundamental criterions in suspension bridge structural analysis, which eventually confirms the accuracy and efficiency of the proposed approach.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제2권1호
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• pp.75-84
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• 2002

In this study, the 'force density method' for shape finding of cable net structures is presented. This concept is based on the force-length ratios or force densities which are defined for each branch of the net structures. This method renders a simple linear 'analytical form finding' possible. If the free choice of the force densities is restricted by further condition, the linear method is extended to a nonlinear one. The nonlinear one can be applied to the detailed computation of networks. In this paper, the general inverse matrix is introduced to solve the nonlinear equilibrium equation including Jacobian matrix which is rectangular matrix. Several examples for linear and nonlinear analysis applied additional constraints are presented. It is shown that the force density method is suitable for form finding of cable net and the general inverse matrix can be applied to solve the nonlinear equation without Lagrangian factors.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권9호
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• pp.609-616
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• 2022

메쉬 반사판 안테나의 성능은 반사판 표면의 형상 오차에 크게 의존하게 된다. FDM(Force Density Method)을 이용하여 반사판 케이블 네트의 형상설계 연구가 수행되고 있다. 하지만 결정된 형상 일부에 반사판 실효면적의 감소가 발생하고, 케이블의 기하학적 비선형을 고려한 변형 해석은 불가능하다. 본 연구에서는 기하학적 특성을 고려한 케이블 네트 형상설계 방법론을 제시하고 설계된 형상의 실효성을 검증한다. 기하학적 비선형성을 고려한 케이블 네트의 유한요소 모델을 개발한다. 경계조건의 하중 변화에 따른 형상변형 해석을 통하여 케이블 네트 형상 설계변수 특성을 제시하고자 한다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권4호
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• pp.68-76
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• 2022

본 논문에서는 기하학적 특성을 고려한 케이블 네트 형상설계 방법론을 제시하고, 트러스 링 그리고 케이블 네트의 구조 유연도를 고려한 반사판 안테나의 케이블 네트워크 형상 실효성을 검증한다. 기하학적 비선형성을 고려한 케이블 네트의 유한요소 모델을 개발한다. 경계조건의 하중에 따른 형상변형 해석을 통하여, 케이블 네트의 형상 설계변수 특성을 제시 한다. 프레임 요소를 이용하여 전개형 트러스 링 구조를 모델링하고 정적 하중 해석을 수행한다. 전개된 링 구조에 가해지는 장력에 의해 케이블 네트 반사판은 정확한 형상을 유지하게 된다. 가해지는 장력, 케이블 네트 그리고 트러스 링 구조의 유연도를 고려하여, 케이블 네트워크 형상설계에 반영하고 최종 형상을 제시한다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제12권1호
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• pp.77-85
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• 2012

막 구조물은 연성의 막에 초기 장력을 주고 외관의 강성을 늘림으로써 외부하중에 안정된 형태를 유지하는 구조물로 두께를 얇게 하여 대공간 구조에 많이 채택된다. 이러한 막 구조는 자유로운 곡선을 표현할 수 있는 특성이 있어, 구조적 형태의 선정은 매우 중요하다. 이에 본 논문에서는 넙스를 기저함수로 하는 비정형 곡면으로 형상을 표현하고, 최적의 곡면 형상 탐색을 위한 대변형 결과값 도출을 위해 기하학적 비선형을 고려한 유한요소해석법을 제안하였다. 또한, 형상 탐색 결과로 나타난 곡면의 형상 근사화의 최소화를 위해 유한 요소망으로 표현된 최종 형상을 다시 넙스로 구현하는 인터페이스 기법을 제안하여, 비정형 막 구조물의 최적 곡면을 표현하였다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.141-148
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• 2017

In this study, an advanced form-finding method of tensegrity unit modules is presented to apply on renovation building. Here a fitness function of maximum natural frequency which can lead to a maximum stiffness status was used for a genetic algorithm. To apply the lightweight pin-jointed structure to the renovation project is more economical over to build new structures. In this paper, two types of tensegrity unit are presented to build expanded structures, and their force densities are shown using the proposed form-finding method. The expanded structures which may influence renovation projects are presented by using the tensegrity units.

• 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.

• 국제초고층학회논문집
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• 제7권2호
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• pp.145-151
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• 2018

Newly-designed high-rise buildings, both in China and abroad, have demonstrated new innovations from the creative concept to the creative method. from the creative concept to the creative method. At the same time, digital technology has enabled more design freedom in the vertical dimension. "Twisting" has gradually become the morphological choice of many city landmark buildings in recent years. The form seems more likely to be driven by the interaction of aesthetics and structural engineering. Environmental performance is often a secondary consideration; it is typically not simulated until the evaluation phase. Based on the research results of "DigitalFUTURE Shanghai 2017 Workshop - Wind Tunnel Visualization", an approach that can be employed by architects to design environmental-performance buildings during the early stages has been explored. The integration of a dynamic form-finding approach (DFFA) and programming transforms the complex relationship between architecture and environment into a dialogue of computer language and dynamic models. It allows the design to focus on the relationship between morphology and the surrounding environment, and is not limited to the envelope form itself. This new concept of DFFA in this research consists of three elements: 1) architectural form; 2) integration of wind tunnel and dynamic models; and 3) environmental response. The concept of wind tunnel testing integrated with a dynamic model fundamentally abandons the functional definition of the traditional static environment simulation analysis. Instead it is driven by integral environmental performance as the basic starting point of morphological generation.