• 한국재난정보학회 논문집
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• 제17권4호
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• pp.839-847
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• 2021

연구목적: 본 연구에서는 휨을 받는 탄소 나노튜브 보강 기능경사복합재 판의 구조적 거동을 해석하였다. 이를 위해, 등기하해석과 고차전단변형이론을 결합한 수치해석 방법을 이용하였다. 연구방법: 전단보정계수를 사용하지 않고 기하학적 비선형성을 고려할 수 있는 고차전단변형이론을 통하여 휨이 작용하는 탄소 나노튜브 보강 기능경사복합재 판의 비선형 거동방정식을 유도하였으며, 수정된 Newton-Raphson 반복 기법을 사용하여 등기하해석방법에 기반한 시스템 방정식의 해를 구하였다. 연구결과: 탄소 나노튜브의 배치 양상, 폭-두께 비 및 경계조건은 휨을 받는 탄소 나노튜브 보강 기능경사복합재 판의 구조적 거동에 많은 영향을 끼침을 확인하였다. 결론: 제안된 고차전단변형이론에 근거한 등기하해석 방법은 휨을 받는 탄소 나노튜브 보강 기능경사복합재 판의 구조적 거동을 정확하고 효과적으로 해석하는 것을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.425-431
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• 2015

본 논문에서는 균열 진전문제에 대하여 페리다이나믹스 이론을 이용하여 설계민감도 해석 및 구조 최적설계를 수행하였다. 페리다이나믹스는 해의 불연속성을 다루기 어려웠던 기존의 연속체 이론에 비해 균열 진전문제와 같은 불연속성을 가지는 문제를 자연스럽게 표현할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 최적설계를 진행하기 위하여 애조인 변수법으로 설계민감도를 유도하였다. 특히 균열이 진전되더라도 애조인 변수법으로 계산된 변위장과 변형에너지에 대한 설계민감도 값은 유한차분법과 비교하여 매우 정확하고 효율적임을 보였다. 이를 바탕으로 간단한 인장응력 하의 균열진전 문제에 대하여 균열의 분기가 발생하는 위치를 조절하기 위하여 정해진 시간구간에서 변형에너지 값을 줄이는 방향으로 최적설계를 수행하였다. 최적의 재료분포로 해석을 수행한 결과 균열의 분기점을 늦출수 있음을 확인하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제34권2호
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• pp.261-277
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• 2020

The main objective of this research paper is to consider vibration analysis of vacancy defected graphene sheet as a nonisotropic structure via molecular dynamic and continuum approaches. The influence of structural defects on the vibration of graphene sheets is considered by applying the mechanical properties of defected graphene sheets. Molecular dynamic simulations have been performed to estimate the mechanical properties of graphene as a nonisotropic structure with single- and double- vacancy defects using open source well-known software i.e., large-scale atomic/molecular massively parallel simulator (LAMMPS). The interactions between the carbon atoms are modelled using Adaptive Intermolecular Reactive Empirical Bond Order (AIREBO) potential. An isogeometric analysis (IGA) based upon non-uniform rational B-spline (NURBS) is employed for approximation of single-layered graphene sheets deflection field and the governing equations are derived using nonlocal elasticity theory. The dependence of small-scale effects, chirality and different defect types on vibrational characteristic of graphene sheets is investigated in this comprehensive research work. In addition, numerical results are validated and compared with those achieved using other analysis, where an excellent agreement is found. The interesting results indicate that increasing the number of missing atoms can lead to decrease the natural frequencies of graphene sheets. It is seen that the degree of the detrimental effects differ with defect type. The Young's and shear modulus of the graphene with SV defects are much smaller than graphene with DV defects. It is also observed that Single Vacancy (SV) clusters cause more reduction in the natural frequencies of SLGS than Double Vacancy (DV) clusters. The effectiveness and the accuracy of the present IGA approach have been demonstrated and it is shown that the IGA is efficient, robust and accurate in terms of nanoplate problems.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제16권4호
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• pp.832-841
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• 2020

연구목적: 본 연구에서는 고차전단변형이론을 적용한 등기하해석 방법을 이용하여 기능경사복합재 판의 휨에 의한 역학적 거동을 해석하고자 하였다. 연구방법: 기능경사복합재 판의 역학적 거동을 보다 더 정확하게 해석하기 위해서 전단보정계수를 도입할 필요가 없는 기하학적 비선형을 고려한 고차전단변형이론을 이용하여 휨을 받는 기능경사복합재 판의 평형방정식과 지배방정식을 도출하였으며, 등기하 해석방법에 의한 수정된 Newton-Raphson 반복법을 이용하여 방정식들을 풀었다. 연구결과: 판의 용적비, 길이-두께 비 및 경계조건은 기능경사복합재 판의 휨 거동에 상당한 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 결론: 제안된 등기하해석 방법은 휨을 받는 기능경사복합재 판의 역학적 거동을 해석하는데 있어 정확하고 효과적인 수치해석 방법임을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권1호
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• pp.1-8
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• 2014

레벨셋 기법과 무요소법을 결합한 위상 및 형상 최적설계 기법을 개발하여 선형 탄성문제에 적용하였다. 설계민감도는 애드조인트법을 사용하여 효율적으로 구하였다. 해밀턴-자코비 방정식을 업-윈드 기법을 이용하여 수치적으로 풀었으며, 구조물의 경계는 레벨셋 함수를 이용하여 암시적으로 표현하였다. 구조물의 응답과 설계민감도를 얻기 위하여 암시적 함수를 사용하여 명시적 경계를 생성하였다. 재생 커널 기법에 기초하여 얻어진 전역 절점 기저함수를 사용하여 연속체 지배방정식의 변위장을 이산화하였다. 따라서 질점들을 연속체 영역의 어느 곳이든 위치시킬 수 있으며, 이는 통해 명시적 경계를 생성하는 것이 가능하며, 결과적으로 정확한 설계를 얻을 수 있다. 개발된 방법은 제한 조건이 있는 최적설계 문제에 대하여 라그랑지안 범함수를 정의한다. 이는 경계의 변화를 통하여 허용 부피 제한조건을 만족시키면서 컴플라이언스를 최소화한다. 최적설계 과정 동안 라그랑지안 범함수의 최적화조건을 만족시킴으로써 해밀턴-자코비 방정식을 풀기 위한 속도장을 얻는다. 기존의 형상 최적설계 기법에 비하여, 본 방법론은 위상과 형상의 변화를 쉽게 얻어낼 수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.155-163
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• 2018

본 논문은 아이소-지오메트릭 해석에서 h-세분화를 이용한 국부 세분화법과 이에 따른 설계 민감도 해석의 방법론을 연구하였다. 다중 조밀도 방식을 이용하여 경계면에서 변위 적합조건을 만족하였고, 기존의 아이소-지오메트릭 해석의 텐서곱으로 인해 발생하는 원치 않는 자유도 증가의 문제를 극복하였다. 해석에서의 변위 적합조건과 마찬가지로, 설계 민감도 해석에서도 변위 결과와 마찬가지로 똑같은 적합조건을 만족하도록 하는 방법론을 제시하였다. 수치 예제를 통하여 본 방법론의 효율성을 입증하였고, 특별히 응력 집중 문제에서의 결과와 민감도 값을 비교하며 경계면에서의 적합조건을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.241-246
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• 2013

본 논문에서는 밀도법 기반 위상 최적설계를 통해 얻어진 수치 결과를 바탕으로 CAD 모델을 구성하고 이를 3차원 프린터로 제작하여 실험적으로 최적설계를 검증하였다. 위상 최적설계 과정에서는 체커보드(Checkerboard) 현상이나 잔가지가 종종 나타나는데, 이는 최적설계 구조물을 실제로 제작함에 있어서 어려움을 준다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 민감도 필터링과 모폴로지 기법을 사용하였다. 엄밀한 검증을 위하여 수치 모델과 실험 모델의 부피율을 일치시켰다. 위상 최적설계를 포함한 다양한 설계에 대하여 실험을 통해 비교하여 최적설계 구조물이 가장 높은 강성을 가지고 있음을 확인하였으며 컴플라이언스에 대한 실험결과는 수치해석 값과 잘 일치함을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.71-78
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• 2018

본 연구에서는 NURBS 기반 아이소 지오메트릭 쉘 해석을 위해 다중 패치 해석 모델을 정식화하였다. 기존 연구를 통해 개발된 단일 패치로 구성된 전단 변형을 고려한 쉘 요소에 대해 일반 좌표계에서 기하학적으로 엄밀한 쉘 구조물의 아이소 지오메트릭 해석 모델을 도입하고 매개변수 연속성을 고려하여 다중 패치 모델로 확장하였다. 인접 곡면의 노트 요소가 결합 경계를 통해 조화를 이루는 경우에 대해 0차와 1차 매개변수 연속성 조건을 고려하였으며, 두 패치 간 마스터-슬레이브 관계를 정립하여 종속된 한 곡면의 자유도를 상대 곡면의 자유도로 표시하여 모델 크기를 줄이면서 두 곡면을 결합하였다. 다중 패치 쉘 예제에 대해 0차와 1차 연속성 조건을 각각 적용하여 구조해석을 수행하여 1차 연속성 조건의 주요한 특성들을 확인하였다. 또한 각 연속성 조건에 대한 해의 수렴 특성을 검토하였으며 결합 경계에서의 두 패치의 연속성을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.241-247
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• 2019

밴드갭은 기계적 파동의 전파가 금지되는 특정 주파수 범위를 의미한다. 본 연구는 경사도 기반의 설계 최적화 방법을 사용하여 낮은 가청 주파수 범위에서 밴드갭을 갖는 3차원 켈빈 격자를 설계하는 것을 목적으로 하고 있다. 블로흐 이론을 이용하여 무한주기 격자에서의 탄성파 전파를 해석하고, 기하학적으로 엄밀한 빔 이론에서 선형화를 통해 얻은 전단 변형 가능한 빔 모델을 사용하여 격자 구조 연결선을 모델링하였다. 주어진 격자 구성에서 중립 축 및 단면 두께를 B-spline 함수를 이용한 아이소-지오메트릭 매개화를 통해 설계 변수로 정의하고, 격자 구조의 밴드갭의 크기를 극대화하는 최적 설계를 수행하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.9-18
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• 2015

본 논문에서는 애조인 설계민감도(DSA)를 사용하여 평형상태의 열전도문제에서 수치적으로 얻어진 위상 최적설계를 실험적으로 검증하였다. 애조인 변수법을 이용하면 해석에서 사용되었던 행렬시스템을 애조인 문제를 풀 때 그대로 활용가능하기 때문에 설계민감도를 얻는데 필요한 계산을 매우 효율적으로 수행할 수 있다. 위상 최적설계를 위해서 설계변수는 정규화된 재료밀도 함수로 정하였다. 목적함수는 구조물의 열 컴플라이언스이고 제한조건은 허용 가능한 재료량이다. 또한 열화상카메라를 활용하여 이러한 위상 최적설계로 얻어진 수치적 결과를 부피가 동일하도록 직관적으로 설계된 디자인과 비교하여 실험적으로 검증하였다. 위상 최적설계로 얻어진 결과를 실제로 제작하기 위해 간단한 수치기법을 통해 점 정보로 변환한 후 역설계 상용프로그램을 이용하여 CAD 모델링을 수행한다. 이를 바탕으로 위상 최적설계 결과를 CNC(Computerized Numerically Controlled machine tools) 선반으로 제작하였다.