• 한국공간구조학회논문집
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• 제4권2호
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• pp.63-71
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• 2004

트러스형 공간 구조물은 무주의 대공간을 덮을 수 있는 장점과 구조적 성질이 동일한 등가 연속체 쉘 로 치환하여도 비교적 정확한 해를 얻을 수 있다는 장점으로 인해 21세기 첨단 구조물의 한 장인 초대형 구조물 분야에 많이 활용되고 있으며, 효율적인 부재의 이용과 대량생산의 가능성으로 인해 많은 발전을 해 왔다. 그러나 이러한 쉘 형태의 공간 구조물은 구조 거동의 특성상 주로 구조안정문제가 구조설계에서 해결해야하는 핵심적인 기술력이 되며, 이를 어떻게 해결하여야 할 것인가의 문제는 아직도 많은 연구자들에게 난제로 남아 있다. 즉, 연속체 쉘 구조의 원리에서 긴 경간을 얇게 만들면, 뜀좌굴과 분기좌굴같은 불안정 거동이 나타나게 되며, 이러한 쉘형 구조 시스템에서 구조 불안정 문제의 특징은 초기 조건에 매우 민감하게 반응한다는 것이고, 이런 문제들은 수학적으로 비선형 문제에 귀착하게 된다. 따라서, 본 논문에서는 공간 프레임형 구조물의 불안정 현상을 살펴보기 위하여, 다양한 파라메타중 초기불완전량과 rise-span 비가 트러스 구조물의 불안정 현상에 미치는 영향을 알아보고자 하며, 이를 위해 1-자유절점 공간구조물, 2-자유절점 공간구조물, 다-자유절점 공간구조물을 예제로 채택하여 불안정 거동을 살펴보고자 한다.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권6호
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• pp.705-720
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• 2024

Analyzing the collapse behavior of thin-walled steel structures holds significant importance in ensuring their safety and longevity. Geometric imperfections present on the surface of metal materials can diminish both the durability and mechanical integrity of steel shells. These imperfections, encompassing local geometric irregularities and deformations such as holes, cavities, notches, and cracks localized in specific regions of the shell surface, play a pivotal role in the assessment. They can induce stress concentration within the structure, thereby influencing its susceptibility to buckling. The intricate relationship between the buckling behavior of these structures and such imperfections is multifaceted, contingent upon a variety of factors. The buckling analysis of thin-walled steel shell structures, similar to other steel structures, commonly involves the determination of crucial material properties, including elastic modulus, shear modulus, tensile strength, and fracture toughness. An established method involves the emulation of distributed geometric imperfections, utilizing real test specimen data as a basis. This approach allows for the accurate representation and assessment of the diversity and distribution of imperfections encountered in real-world scenarios. Utilizing defect data obtained from actual test samples enhances the model's realism and applicability. The sizes and configurations of these defects are employed as inputs in the modeling process, aiding in the prediction of structural behavior. It's worth noting that there is a dearth of experimental studies addressing the influence of geometric defects on the buckling behavior of cylindrical steel shells. In this particular study, samples featuring geometric imperfections were subjected to experimental buckling tests. These same samples were also modeled using Finite Element Analysis (FEM), with results corroborating the experimental findings. Furthermore, the initial geometrical imperfections were measured using digital image correlation (DIC) techniques. In this way, the response of the test specimens can be estimated accurately by applying the initial imperfections to FE models. After validation of the test results with FEA, a numerical parametric study was conducted to develop more generalized design recommendations for the stainless-steel shell structures with the initial geometric imperfection. While the load-carrying capacity of samples with perfect surfaces was up to 140 kN, the load-carrying capacity of samples with 4 mm defects was around 130 kN. Likewise, while the load carrying capacity of samples with 10 mm defects was around 125 kN, the load carrying capacity of samples with 14 mm defects was measured around 120 kN.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권5호
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• pp.421-426
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• 2010

본 논문에서는 코너에서 대각선방향으로 인장하중을 받고 있는 접힌자국이 있는 사각형 멤브레인에서 두께가 주름 거동에 미치는 영향을 기하학적 비선형 후좌굴 유한요소해석을 통하여 연구하였다. 멤브레인은 쉘 요소로 모델링 하였고 좌굴을 발생시키기 위하여 면외방향으로 미소의 무작위성 기하학적 결함을 메쉬에 가하였다. 해석은 접히지 않은 원멤브레인과 수직방향으로 접힌 멤브레인에 대해 수행하였고 그 결과를 비교하였다. 해석결과 멤브레인의 두께가 감소함에 따라 주름의 발생과 성장을 크게 촉진함을 알 수 있었다. 또한 접힌 자국의 초기 전개각이 증가할수록 국부주름의 낮은 하중에서 발생하였으나 전역주름으로의 성장은 지연되는 경향을 보였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.417-426
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• 1999

쉘형 구조물의 동적 불안정 문제를 다룬 연구결과는 다소 발표되고 있으나, 위상면을 이용하여 카오스 생성에 관해 기본적 현상을 다룬 연구는 아직 없는 실정이다. 동적 비선형 문제에서, 여러 가지 초기조건에 의해 불안정 현상이 민감하게 발생하는 이유를 파악하기 위해 위상면에서의 끌개의 특성을 조사하여 동적 불안정 생성과정을 검토하는 일은 매우 중요하다. 본 연구에서는 기하학적 비선형을 고려한 얕은 아치의 직접/간접 좌굴을 수치적 기법으로 조사하고, 이를 정적 좌굴하중과 비교한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권9호
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• pp.851-858
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• 2008

본 논문에서는 수직방향으로 접은 사각형 멤브레인의 주름 거동을 기하학적 비선형 후좌굴 해석을 사용하여 연구하였다. 멤브레인은 쉘 요소로 모델링 하였고 하중은 멤브레인의 코너에서 대각선 방향으로 가하였다. 해석에는 다양한 각도의 초기 전개각을 가지는 멤브레인을 고려하였고 접힌 자국이 없는 경우에 대해서도 해석을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 해석결과 주름은 큰 코너하중이 가해진 지역에서 국부적으로 발생하였는데, 이 국부 주름은 하중 비의 증가에 따라 점차 성장하여 전역 주름으로 발전하였다. 또한 주름의 발생 및 성장 거동은 접힌 자국의 초기 전개각에 좌우되는 경향을 보였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제14권6호
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• pp.571-586
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• 2013

This paper focuses on the buckling capacity of a hybrid grid shell. The eigenvalue buckling, geometrical non-linear elastic buckling and elasto-plastic buckling analyses of the hybrid structure were carried out. Then the influences of the shape and scale of imperfections on the elasto-plastic buckling loads were discussed. Also, the effects of different structural parameters, such as the rise-to-span ratio, beam section, area and pre-stress of cables and boundary conditions, on the failure load were investigated. Based on the comparison between elastic and elasto-plastic buckling loads, the effect of material non-linearity on the stability of the hybrid barrel vault is found significant. Furthermore, the stability of a hybrid barrel vault is sensitive to the anti-symmetrical distribution of loads. It is also shown that the structures are highly imperfection sensitive which can greatly reduce their failure loads. The results also show that the support conditions pose significant effect on the elasto-plastic buckling load of a perfect hybrid structure.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권2호
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• pp.149-158
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• 2024

Considering that different boundary conditions can have an important impact on structural vibration characteristics. In this paper, the nonlinear forced vibration behavior of functionally graded material (FGM) doubly curved shells with initial geometric imperfections under different boundary conditions is studied. Considering initial geometric imperfections and von Karman geometric nonlinearity, the nonlinear governing equations of FGM doubly curved shells are derived using Reissner's first order shear deformation (FOSD) theory. Three different boundary conditions of four edges simply supported (SSSS), four edges clamped (CCCC), clamped-clamped-simply-simply (CCSS) were studied, and a system of nonlinear ordinary differential equations was obtained with the help of Galerkin principle. The nonlinear forced vibration response of the FGM doubly curved shell is obtained by using the modified Lindstedt Poincare (MLP) method. The accuracy of this method was verified by comparing it with published literature. Finally, the effects of curvature ratio, power law index, void coefficient, prestress, and initial geometric imperfections on the resonance of FGM doubly curved shells under different boundary conditions are fully discussed. The relevant research results can provide certain guidance for the design and application of doubly curved shell.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권6호
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• pp.53-60
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• 2008

일반적으로 연속경간을 가지는 강합성 I-형강 교량에 있어서 내부 지점 부근에서 상대적으로 큰 부모멘트가 발생하므로, 이에 경제적인 단면 활용을 위하여 변단면을 적용하여 휨강도를 증가시킨다. 본 연구에서는 기존 횡-비틀림 좌굴식에 관한 연구를 토대로 하여 비탄성 구간에 있는 계단식 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도를 유한요소해석프로그램 ABAQUS(2007)를 이용하여 산정하고, 간편한 설계식을 제안하고 있다. 양단 및 일단 계단식 단면변화를 가지는 보에 대해서 고려하였으며, 플랜지 길이방향 비, 너비방향 비, 두께의 비로 계단식 I형보를 나타내었다. 해석에 사용된 단면매개변수는 각각 27가지 및 36가지 조합이며, 비탄성 횡-비틀림 거동을 고려하기위하여 잔류응력 및 초기결함을 고려한 비선형해석을 실시하였는데, Pi와 Trahair(1995)가 고려한 잔류응력의 형상과 국내 I형강 표준 치수 허용치에 근거하여 부재 길이의 0.1%를 초기제작오차로 고려하였다. 해석모델의 양쪽 끝단에는 모멘트하중을 재하하였다. 개발 제한된 식은 선형 모멘트 하중이 작용할 때 적용가능한 식으로 경제적이고 합리적인 설계에 적극 활용될 수 있을 것이며, 다양한 하중을 받는 계단식 단면 변화보의 비탄성 좌굴강도 연구에 활용될 수 있을 것이다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제9권4호
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• pp.1-9
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• 2009

본 논문은 등분포하중과 양끝단에 모멘트가 작용하는 계단식 변단면보(스텝보)의 비선형 횡-비틀림 좌굴에 대해 연구이다. 3차원 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS(2007)와 회귀분석 프로그램 MINITAB(2006)이 단순보 경계조건을 가지고 있는 일단 또는 양단 변단면보의 설계 좌굴강도 산정식 개발에 적용되었다. 해석모델의 비지지길이 내 중앙부분의 플랜지는 폭 30.48cm, 두께 2.54cm로 고정되었으며, 양단 또는 일단 플랜지의 크기는 해석매개변수로 고려되었다. 양단 스텝보는 플랜지 해석매개변수를 고려하여 27개, 일단 스텝보는 36개의 해석모델이 하나의 하중조건에 적용되었다. 본 연구는 잔류응력과 초기변형을 고려하여 비탄성 구간 내 3가지 비지지길이와 5가지 하중조건이 고려된 총 945개의 해석모델을 고려하였다. 잔류응력의 분포는 Pi와 Trahair(1995)가 적용한 분포도를 사용하였으며, 초기변형은 현대제철의 제작기준인 형강길이의 0.1%조건을 적용하였다. 본 논문에 제안된 식과 유한요소해석결과를 비교분석한 결과 양단 스텝보에서는 최대 13%, 일단 스텝보에서는 최대 10%의 차이를 보이고 있다. 본 연구를 통해 개발된 식은 경제적이고 합리적인 설계에 적극활용 가능하며, 변단면 부재의 비탄성 좌굴강도 연구에 크게 기여할 것이다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.237-246
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• 2008

연속경간을 가지는 I형강 교량은 내부 지점근처에서 상대적으로 큰 부모멘트가 발생하게 되는데, 이에 경제적인 단면 활용을 위하여 내부 지점부위의 상부 및 하부플랜지에 플레이트를 보강한 변단면을 사용하고 있다. 본 연구에서는 기존 탄성 횡-비틀림 좌굴식에 관한 연구를 토대로 하여 비탄성 구간에 있는 계단식 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도를 범용구조해석프로그램 ABAQUS(2006)를 이용하여 산정하고, 간편한 설계식을 제안하고 있다. 유한요소해석에는 4절점 쉘요소인 S4R이 사용되었고, 국내외에서 많이 사용되는 I형강 단면(${W36{\times}160}$)을 대상으로 하였다. 양단 및 한쪽 끝단에 계단식 단면을 가지는 보에 대해서 고려하였으며, 플랜지 길이방향 비, 너비방향 비, 두께의 비로 계단식 I형보를 나타내었다. 해석에 사용된 매개변수는 각각 27가지 및 36가지 조합이고, 하중조건으로 보의 순수굽힘이 발생하는 균일모멘트를 적용시켰으며, 비탄성 구간범위 내에 있는 비지지 길이에 대하여 구조해석을 수행하였다. 비탄성 횡-비틀림 거동을 보기 위하여 잔류응력 및 초기결함을 고려한 비선형해석을 실시하였는데, Pi(1995)등이 고려한 잔류응력의 형상과 국내 I형강 표준 치수 허용치에 근거하여 부재 길이의 0.1%를 초기제작오차로 고려하였다. 본 연구 결과는 다양한 형식의 I형보가 사용되는 빌딩 및 교량의 경제적이고 합리적인 설계의 근간을 제공해 줄 것이며, 향후 다양한 하중 조건을 가지는 양단 또는 일단 계단식 단면 변화보의 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도를 계산할 수 있는 설계식 개발에 적극 활용 될 수 있을 것이다.