• Structural Engineering and Mechanics
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• 제40권3호
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• pp.393-410
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• 2011

The eight-node 3D solid element is one of the most extensively used elements in computational mechanics. This is due to its simple shape and easy of discretization. However, due to the parasitic shear locking, it should not be used to simulate the behaviour of structural members in bending dominant conditions. Previous researches have indicated that the introduction of incompatible mode into the displacement field of the solid element could significantly reduce the shear locking phenomenon. In this study, an incompatible mode eight-node solid element, which considers both geometric and material nonlinearities, is developed for modelling of structural members at elevated temperatures. An algorithm is developed to extend the state determination procedure at ambient temperature to elevated temperatures overcoming initially converged stress locking when the external load is kept constant. Numerical studies show that this incompatible element is superior in terms of convergence, mesh insensitivity and reducing shear locking. It is also showed that the solid element model developed in this paper can be used to model structural behaviour at both ambient and elevated temperatures.

• 대한기계학회논문집A
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• 제20권4호
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• pp.1133-1145
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• 1996

A method is proposed to predict the deformed shape of the structure subjected to the unknown external loads using the signal from the piezoceramic sensors. Such a shape estimation is based on the linear relationship between the deformation of structure and the signal from sensor, which is calculated using finite element method. The deformed shape is, then calculated using the linear matrix and the signals from the piezoceramic sensors attached to the structures. For the purpose, a structural analysis program is developed using a multi-layerd finite element of 8 nodes with 3 displacement and one voltage degrees of freedom at each node. The multiple layers with the different material properties can be layered within the element. The incompatible mode with the element is found to be crucial to catch the bending behavior accurately. The accuracy of the program is, then, verified by being compared with the experimental results performed by Crawley. The proposed shape estimation method is also verified for the different loads and sensor size. It is shown that the results of shape estimation method using the linear matrix well predicts the deflections compared with those of finite element method.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.363-370
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• 1999

본 연구에서는 철근콘크리트기둥과 철골보로 이루어진 혼합구조 접합부의 해석에 대한 유한 유소법을 이용한 해석 모델 방법을 제시하였다. 혼합구조 접합부에서 콘크리트와 강판이 접하는 접촉면은 두 접촉면 사이를 부착과 마찰의 개념으로 표현할 수 있는 주-종속 접촉 알고리즘(master-slave contact algorithm)을 이용하여 모델링하였다. 그리고, 휨응력의 지배를 받는 강관에는 비적합 모드 요소를 사용하였다. 본 연구에서의 혼합구조 특징은 보에서 기둥으로 힘의 전달을 원활히 하기 위하여 다이아프램이 사용되었고, 이러한 혼합구조 접합부 모델링 방법에 대한 타당성을 알아보기 위하여 3차원 비선형 해석을 행하여 실험결과와 비교한 결과 잘 일치하는 결과를 얻었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제9권2호
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• pp.153-168
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• 2000

This paper presents four incompatible but convergent Rational quadrilateral elements, two four-node elements (RQ4Z and RQ4B) and two five-node elements (RQ5Z and RQ5B). The difference between the so-called Rational Finite Element (Zhong and Zeng 1996) and the Free Formulation (Bergan and Nygard 1984) are discussed and compared. The importance of the mode completeness in these formulations is emphasized. Numerical results for several benchmark problems show the good performance of these elements. The two five-nodes elements RQ5Z and RQ5B, which can be viewed as complete quadratic mode elements (with seven stress modes), always give better results than the four nodes elements RQ4Z and RQ4B.

• 한국압력기기공학회 논문집
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• 제13권1호
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• pp.84-91
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• 2017

This paper is proposed to select the optimal finite element type in finite element analysis. Based on the NUREG reports, static analyses were performed using a commercial analysis program, $ABAQUS^{TM}$. In this study, we used a nonlinear kinematic hardening model proposed by Chaboche. The analysis result of solid elements by inputting the same material constants was different from the results of the NUREG report. This is resulted from the difference between shell element and solid element. Therefore, the material constants that have similar result to the experimental result were determined and compared according to element type. In case of using solid element for efficient finite element analysis, we confirmed that the use of C3D8I element type(incompatible mode 8-node linear brick element) leads the accurate result while reducing the analysis time.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2002년도 춘계학술대회논문집
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• pp.651-659
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• 2002

Component Mode Synthesis (CMS) is a dynamic substructuring technique to get an approximate eigensolutions of large degree-of-freedom structures divisible into several components. But, In practice. most of large structures are modeled by different teams of engineers. and their respective finite element models often require different mesh resolutions. As a result, the finite element substructure models can be non-conforming and/or incompatible. In this work, A hybrid version of component mode synthesis using a localized lagrange multiplier to treat the non-conforming mesh problem was derived. Evolution Strategies (ESs) is a stochastic numerical optimization technique and has shown a robust performance for solving deterministic problems. An ESs conducts its search by processing a population of solutions for an optimization problem based on principles from natural evolution. An optimization example for raising the first natural frequency of a plate structure using beam stiffeners was presented using hybrid component mode synthesis and robust evolution strategies (RES) optimization technique. In the example. the design variables are the positions and lengths of beam stiffeners.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권3호통권70호
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• pp.295-303
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• 2004

본 연구에서는 등방성 및 복합적층판 해석을 위해 추가변형률을 갖는 개선된 4절점 Reissner-Mindlin 평판휨요소를 제안하였다. 전단잠김현상과 가상적인 제로에너지모드를 제거하기 위해 비적합 변위모드와 Bubble 함수식에 근거한 새로운 형태의 전단변형률을 추가함으로써 횡방향 전단거동을 개선하였다. Andelfinger와 Ramm(1993)이 제시한 기본적인 추가변형률은 면내거동을 개선시키고자 그대로 적용하였다. 1차전단변형이론에 근거한 새로 개발된 4절점 평판요소를 '14EASP'라 명하였다. 14EASP 유한요소의 특징과 성능을 평가하고자 몇가지의 수치해석예제를 적용하였으며, 다른 유한요소 및 해석적인 해와 비교하였다. 그 결과 본 연구에서 제안한 14EASP는 보다 안정적이고, 수렴성이 빠르며, 특히 요소형상이 왜곡된 경우에도 정확한 결과를 도출하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.481-494
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• 2001

본 논문은 철근 콘크리트 구조물의 비탄성 해석을 수행하기 위하여 개발된 9절점 퇴화 쉘 요소에 대하여 기술하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화고체기법과 함께 구조물에서 발생하는 횡 전단 변형효과를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin (RM)가정을 도입하였다. RM가정을 바탕으로 한 퇴화 쉘 요소는 쉘의 두께가 얇거나, 즉 종횡비가 작거나, 균일하지 않은 유한요소망을 사용할 경우 구조물의 강성이 과대하게 계산되는 강성과대현상(Locking phenomenon)이 나타나게 된다. 강성과대현상은 선택적 감차 적분, 비 적합 모드, 가변형도 등을 사용하여 개선하는데 특히 가변형도법에 바탕을 둔 대체변형도는 많은 유한요소에 성공적으로 적용되어 왔다. 그러나 이와는 대조적으로 콘크리트의 비탄성 해석에 가변형도법을 도입하고 그 성능을 조사한 사례는 매우 적다. 따라서 본 연구에서는 가변형도법과 미시적 재료모델을 바탕으로 RM 쉘 요소를 정식화하고 미를 유한요소프로그램으로 개발하였다. 개발된 철근 콘크리트 쉘 요소의 성능은 수치예제를 통하여 검증하였다. 수치예제로부터 개발된 쉘요소를 이용하여 구해진 해석결과가 실험결과 또는 다른 해석결과에 근접함을 알 수 있다.

• 암석학회지
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• 제19권3호
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• pp.227-244
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• 2010

제주도 현무암에 포획된 첨정석 레졸라이트 포획암은 비교적 뚜렷하게 구별되는 세 종류의 조직으로 산출된다. 즉, 조립질의 프로토그라뉼라 조직, 쌍봉의 입자분포를 보이는 포피로클라스틱 조직, 그리고 세립질의 입자들이 신장되어 엽리를 보이는 마일로니틱 조직의 포획암으로 구별된다. 이들 조직은 프로토그라뉼라에서 포피로클라스틱, 마일로니틱 조직으로 가면서 입자크기는 점점 감소하고, 입자의 경계는 더욱 직선화되며, 삼중점이 더 빈번하게 산출되는 경향을 보인다. 특히 포피로클라스틱 및 마일로니틱 조직의 포획암은 킹크밴드를 가지는 거정의 반상쇄정(2-3 mm) 사이에 변형의 흔적이 없는 세립질의 입자($200-300\;{\mu}m$)로 구성되어 있으며, 반상쇄정 내 용리엽리가 구부러져 있는 조직적 특징을 보인다. 또한 프로토그라뉼라 조직에서 첨정석은 사방휘석과 항상 같이 접촉되어 산출되지만 마일로니틱 조직에서는 사방휘석과 관계없이 단독으로 뿌려져 산출되는 특성을 보인다. 이러한 조직적 특성은 포획암이 특정한 편압 하에서 동력재결정작용과 열에 의한 정적재결정작용을 경험하였음을 반영하고 있다. 첨정석 레졸라이트 포획암을 구성하고 있는 감람석, 사방휘석, 단사휘석의 mg#[$=100{\times}Mg/(Mg+Fe_t)$]는 입자의 크기나 조직적 차이와는 상관없이 거의 일정하다(Ol: 88-91, Opx: 89-92, Cpx: 90-92). mg#의 값, 감람석의 NiO (0.3~0.4 wt%)와 MnO (0.1~0.2 wt%)의 조성은 세계 다른 곳의 맨틀 레졸라이트 포획암내 감람석의 값과 유사하며, 20~25%의 부분용융을 경험한 잔류맨틀임을 나타내고 있다. 미량원소 및 희토류원소 조성은 주성분원소 조성에 비해 프로토그라뉼라, 포피로클라스틱, 마일로니틱 조직 사이에 좀 더 뚜렷한 차이를 보여주면서 미량원소 조성과 조직적 특성사이에 밀접한 관련성이 있음을 나타내고 있다. 첨정석 레졸라이트 포획암의 단사휘석과 사방휘석의 미량원소 및 희토류원소함량은 프로토그라뉼라에서 마일로니틱 조직으로 갈수록 증가하고 있으며, 특히 LREE와 불호정성이 큰 미량 원소일수록 현저하게 증가하는 경향을 나타낸다. 이는 첨정석 레졸라이트 포획암이 부분용융을 경험한 이후 LREE가 부화된 멜트 또는 유체에 의한 교대작용을 받았으며, 변형사건과 교대작용사이에 밀접한 관련성이 있음을 의미한다. 노두에서 관찰되는 조직의 상대적 산출비율이 이들 포획암이 기원된 상부맨틀에서의 상대적 산출비율이라고 가정한다면, 포피로클라스틱 및 마일로니틱 조직을 발달시킨 변형사건은 비교적 좁은 전단대 지역에 한정되었을 것으로 제시된다. 이러한 전단대는 제주도 아래 암석권질 상부맨틀에서 LREE가 부화된 멜트 또는 유체가 침투하기에 용이한 환경을 형성하였을 것이다. 마일로니틱 조직에서 더욱 현저하게 나타나는 미량원소부화특성은 입자의 크기가 작아지고 변형의 강도가 높을수록 멜트 또는 유체의 침투가 더욱 용이했기 때문일 것으로 해석된다.