• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제23권4호
• /
• pp.429-438
• /
• 2011

본 연구에서는 스트라치 시스템의 긴장설치과정 및 극한하중 해석을 수행하기 위한 명시적 해석법을 제안하였다. 스트라치 시스템은 Stressed-Arch에서 유래한 용어로 슬리브와 갭이 도입된 유동하현재 내부의 긴장재에 초기장력을 도입함으로써 갭이 점차 닫히게 되며, 이에 따라 상현재에 곡률이 도입되면서 전체 구조물이 상승하여, 최종적인 아치형태의 구조물을 형성하는 독창적인 구조시스템이다. 스트라치 시스템의 초기장력 도입과정을 긴장설치(stress-erection) 과정이라 하며, 초기곡률의 도입에 따라 유동 상현재에는 과도한 초기변형이 발생하여 소성거동에 의한 강체회전이 발생하는 불안정 구조물이 된다. 본 연구에서는 이러한 스트라치 시스템의 불안정 거동특성을 해석하기 위해서 강성행렬을 사용하지 않는 명시적 동적이완법을 사용하여 비선형 평형방정식의 해를 구하였고, 대변위 및 단면의 재료적 특성을 반영할 수 있는 필라맨트 보요소를 사용하여 연속된 상현재의 비선형 거동특성을 분석하였다. 필라맨트 보요소의 단면은 다수의 1차원 필라맨트로 구성되며, 각각의 필라맨트에 대해서 다양한 재료모델을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 비선형 재료모델인 Ramberg-Osgood모델 및 Bi-linear 탄소성 모델을 적용하여 긴장설치 및 극한하중 해석을 수행하였고, 그 결과를 이전의 실험적 연구결과와 비교 분석하였다. 본 연구의 해석결과는 이전의 실험적 연구결과와 유사하였으며, 명시적 해석법의 특성상 효율적으로 후좌굴거동 특성까지 해석할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제30권3호
• /
• pp.255-263
• /
• 2017

본 논문에서는 합성단면을 갖는 구조물의 극한 거동 해석에서 요구하는 재료 및 기하학적 비선형 해석을 수행하기 위한 보 요소를 제시하였다. 제안된 요소는 기하학적 비선형성을 효과적으로 모사할 수 있는 co-rotational 정식화를 통해 도출되었으며, 다양한 합성단면의 저항성능을 재현할 수 있도록 화이버 단면법이 요소의 내력 및 강성을 산정하는데 활용되었다. 제안된 방법을 구현할 수 있도록 해석 프로그램이 개발되었으며, 호장법을 적용하여 최대내력 발생 이후의 연성거동뿐만 아니라 심한 비선형 응답(snap-through 또는 snapback)까지 추적해낼 수 있도록 하였다. 본 연구에서 제안된 요소 정식화와 해석 프로그램의 정확성을 검증을 위해 몇 가지 수치예제가 수행되었고, 해석결과는 제안된 요소의 정확성과 효율성을 보이기 위해 3차원 연속체 모델 및 기존 연구의 결과와 비교되었다. 추가로 합성단면을 갖는 골조 구조물에 대한 수치예제를 통해, 합성단면을 구성하는 재료의 탄성계수 비 및 강도 비에 따른 영향을 분석하였다. 해석결과는 외층 재료의 탄성계수가 증가됨에 따라 준취성 거동이 나타났으며, 외층 재료의 항복강도가 높을수록 선형 거동하는 기하적 비선형 응답과 유사한 응답을 보였다.

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

• 대한조선학회논문집
• /
• 제44권2호
• /
• pp.130-138
• /
• 2007

A coupled variational equation for fluid-structure interaction (FSI) problems is derived from a steady state Navier-Stokes equation for incompressible Newtonian fluid and an equilibrium equation for geometrically nonlinear structures. For a fully coupled FSI formulation, between fluid and structures, a traction continuity condition is considered at interfaces where a no-slip condition is imposed. Under total Lagrange formulation in the structural domain, finite rotations are well described by using the second Piola-Kirchhoff stress and Green-Lagrange strain tensors. An adjoint shape design sensitivity analysis (DSA) method based on material derivative approach is applied to the FSI problem to develop a shape design optimization method. Demonstrating some numerical examples, the accuracy and efficiency of the developed DSA method is verified in comparison with finite difference sensitivity. Also, for the FSI problems, a shape design optimization is performed to obtain a maximal stiffness structure satisfying an allowable volume constraint.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제30권8호
• /
• pp.1001-1007
• /
• 2006

In this paper we present robust optimal supporting positions for large glass panels used for TFT-LCD monitors when they are stored in a cassette during manufacturing process. The criterion taken is to minimize their maximum deflection. Since they are supported by some supports and have large deformations, contact analysis with a geometrically nonlinear effect is necessary. In addition, the center of a panel can not be positioned exactly as intended and should be considered as uncertainties. To take into account of these effects, the mean and the standard deviation of system response functions, particularly the deflection of the panels, need be calculated. A function approximation moment method (FAMM) is utilized to estimate them. It is a special type of response surface methodology for structural reliability analysis and can be efficiently used to estimate the two stochastic properties, that is, the system performance and the perturbations caused by uncertainties. For a design purpose, they are to be minimized simultaneously by some optimization algorithm to obtain robust optimal supporting positions.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제12권2호
• /
• pp.11-20
• /
• 1992

지진이나 바람과 같은 횡방향 하중이 가해졌을 때, 일반적으로 수직한 촉에 대해서만 대칭인 단면을 갖는 교량의 주형에는 횡방향 휨에 결합된 비틂이 유발되어 특히 사장교의 케이블등에는 예상치 못했던 추가응력이 유발될 수 있다. 이러한 거동은 일반적인 뼈대요소로는 해석할 수 없으므로, 임의의 단면 형상을 갖는 기하학적 비선형 3차원 뼈대요소를 사용하여야 한다. 본 연구에서 사용한 뼈대요소의 이론적인 배경과 검증은 이전에 발표된 논문에 수록되어 있다. 본 논문에서는 주형단면의 비대칭성을 고려한 지진해석을 수행하여 휨-비틂 결합작용에 의한 거동을 연구한다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제40권5호
• /
• pp.423-430
• /
• 2012

본 논문에서는 기하학적 비선형 후좌굴 유한요소 해석을 통하여 얇은 멤브레인에서 주름 발생이 컷의 진전방향에 미치는 영향을 연구하였다. 해석에는 양단에 인장을 받고 있고 중앙에 기울어진 컷을 가진 직사각형 멤브레인을 고려하였다. 주름이 발생한 경우와 주름이 발생하지 않은 경우에 대해 각각 해석을 수행하여 컷의 진전각도 및 $J$-적분값을 비교하였다. 컷의 진전각도는 에너지 방출률이 최대인 방향, $K_{II}$의 값이 0이 되는 방향을 구하는 방법 및 접선응력이 최대인 방향을 구하는 방법을 사용하여 계산하였다. 또한 다양한 컷의 초기방향각을 고려하여 각도에 따른 주름의 영향을 조사하였으며 가상의 미소크기의 컷을 반복적으로 진전시켜 컷이 전파되는 경향도 알아보았다.

• 전산구조공학
• /
• 제3권3호
• /
• pp.113-123
• /
• 1990

본 연구에서는 개선된 degenerated 쉘 유한요소의 탄소성 및 기하학적 비선형 해석에의 적용성을 고찰하였다. 본 연구의 개선된 degenerated 쉘요소는 shear locking 해결에 우수한 결과를 보인 가정된 전단변형도를 대치사용하고, membrance locking 현상을 제거하기위해 평면내 변형도의 구성시 감차적분을 행하며, 쉘요소 자체의 거동을 보완하기위해 비적합변위형을 선택적으로 추가하였다. 본 요소는 shear/membrance locking이 발생하지 않으며, 전달가능한 거짓 영에너지모드도 나타나지않는다. 소성변형 정형화에서는 적층모델을 사용하며, 재료는 von Mises항복조건을 따른다고 가정한다. 유한변형을 고려한 기하학적 비선형 방정식을 total lagrangian수식화를 사용하여 정형화 하였고, 비선형 방정식은 하중제어 및 변위제어법을 사용한 Newton-Raphson 반복법으로 반복 계산한다. 여러 예제해석을 통하여 본 개선된 degenerated 쉘 유한요소의 정확도를 고찰하였다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제48권9호
• /
• pp.653-661
• /
• 2020

본 논문에서는 우주 발사체 추진제 탱크 구조인 등방성 격자 원통 구조의 경량 설계를 위하여 축 방향의 압축력과 내부 압력을 함께 고려하여 좌굴 Knockdown factor를 수치해석 연구를 통하여 새롭게 정립하였다. 등방성 격자 원통 구조의 유한요소 모델링 및 비선형 후좌굴 해석을 위하여 비선형 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하였다. 본 연구 결과, 축 방향의 압축력과 500 kPa의 내부 압력을 함께 받는 등방성 격자 원통 구조의 전역 좌굴 하중 및 좌굴 Knockdown factor가 축 방향의 압축력만을 받는 원통 구조에 비해 각각 304% 및 53%만큼 증가하였다. 따라서 발사체 탱크 구조의 좌굴 설계 시, 내부 압력과 압축력을 함께 고려한 본 연구의 좌굴 Knockdown factor를 이용할 경우, 내부 압력을 고려하지 않은 설계에 비하여 경량 구조 설계가 가능함을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제29권2호
• /
• pp.123-134
• /
• 2017

풍력발전 타워용 종방향 보강 원형단면 강재 쉘에 대하여 재료 및 기하학적 비선형 유한요소법(GMNIA)으로 극한압축강도 해석을 수행하였다. 보강 쉘의 반경 대 두께비, 초기변형 형상 및 진폭, 종방향보강재의 면적 및 간격 등의 주요 설계 파라미터가 압축력을 받는 보강 쉘의 극한강도에 미치는 영향을 분석하였으며, DNV 설계기준에 의한 설계좌굴강도와 유한요소해석으로 구한 극한압축강도를 비교하였다. 기하학적 초기결함의 형상은 선형 좌굴해석으로부터 구한 좌굴모드 및 제작 과정에서 용접으로 발생하는 딤플 변형을 고려하였다. 해석 대상 보강 쉘의 반경 대 두께비는 50~200이며, 종방향보강재는 횡비틀림좌굴과 국부좌굴이 발생하지 않도록 DNV 설계기준에 따라 두께와 돌출폭을 결정하였다.