• 한국전산구조공학회논문집
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• 제12권1호
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• pp.83-94
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• 1999

본 연구에서는 시스템의 해석적 모델과 측정된 응답을 이용하여 입력하중을 추정하는 역해석 기법을 유한요소모델과 같은 해석적 모델을 알고 있는 경우와 주파수응답함수와 같은 실험적 모델을 알고 있는 경우에 대하여 제시하였으며 이때 발생되는 수학적 악조건의 특성을 규명하였다. 역해석시 발생되는 수학적 악조건은 시스템의 동강성행렬과 측정위치에 의해 결정되는 특성행렬의 조건수에 따라 결정되며 역해석기법을 공학문제에 적용하기 위하여는 특성행렬의 조건수가 낮아지도록 주자유도 및 측정점을 선택하여야 하고 특히 공진영역 및 반공진영역에서는 필연적으로 악조건이 발생됨을 알 수 있었다. 수학적 악조건의 특성을 명확히 규명하기 위하여 간단한 수치해석을 통하여 그 결과를 제시하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1995년도 제4회 학술강연회논문집
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• pp.141-153
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• 1995

An incremental Total Lagrangian Formulation is implemented for the finite element analysis of laminated composite pressure vessel with consideration of the material and geometric nonlinearities. For large displacements/large rotations due to geometric nonlinearities, the incremental equations are derived using a quadratic approximation for the increment of the reference vectors in terms of the nodal rotation increments. This approach leads to a complete tangent stiffness matrix. For material nonlinearity, the analysis is performed by using the piecewise linear method, taking account of the nonlinear shear stress-strain relation. The results of numerical tests include the large deflection behavior of the selected composite shell problem. When compared with the previous analysis, tile results are in good agreement with them. As a practical example, filament wound pressure vessel is analyzed with consideration of the geometrically and materially nonlinearity. The numerical results agree fairly well with the existing experimental results.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제36권5호
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• pp.529-544
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• 2010

Nonlinear equations of structures are generally solved numerically by the iterative solution of linear equations. However, this iterative procedure diverges when the tangent stiffness is ill-conditioned which occurs near limit points. In other words, a major challenge with simple iterative methods is failure caused by a singular or near singular Jacobian matrix. In this paper, using the Newton-Raphson algorithm based on Davidenko's equations, the iterations can traverse the limit point without difficulty. It is argued that the propose algorithm may be both more computationally efficient and more robust compared to the other algorithm when tracing path through severe nonlinearities such as those associated with structural collapse. Two frames are analyzed using the proposed algorithm and the results are compared with the previous methods. The ability of the proposed method, particularly for tracing the limit points, is demonstrated by those numerical examples.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권11호
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• pp.2694-2703
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• 1993

In the vibration analysis of Timoshenko beams by the finite element method, it is necessary to use a large number of elements or higher-order elements in modeling thin beams. This is because the overestimated stiffness matrix due to the shear locking phenomenon when lower-order displacement-based elements are used yields poor eigensolutions. As a result, the total number of degrees of freedom becomes critical in view of computational efficiency. In this paper, the curvature-based formulation is applied to the vibration problem. It is shown that the curvaturebased beam elements are free of shear locking and very efficient in the vibration analysis.

• 대한기계학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.506-513
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• 1992

본 연구에서는 복합재 구조물에 대하여 유한요소해석법에 현상학적 모델인 전 단지연해석을 도입하여 강성저하와 모재파손을 예측하고 변형률을 매개변수로 한 Wei- bull 함수를 섬유파손해석에 도입하여 초기파손후의 거동을 묘사하고자 한다. 그리 고 면내전단하중이 작용하는 경우에 대해 전단지연해석을 수행할 수 있도록 모델링을 확장했다. 모재균열의 존재로 인한 단층의 강성변화는 실험으로 측정이 불가능하므 로 유한요소해석을 수행하여 비교하였다. 이 모델로부터 전단강성의 저하를 평가하 는 방법을 사용하였으며, 모재파손의 밀도 예측도 평균변형률 개념으로 전단효과를 고 려할 수 있도록 수정하였다. 그리고 초기파손후의 거동을 점진적으로 해석하기 위해 비선형 유한요소프그램을 작성하고, 상기의 모델을 도입하여 초기파손후의 거동을 보 다 정확히 묘사할 수 있는 방법을 제시하고 예로서 평시편에 대해 해석하고 실험치 및 타방법의 결과와 비교하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2000년도 추계학술대회논문집
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• pp.784-789
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• 2000

Equations of motion are derived and solved using the finite element method substructure synthesis for the disk-spindle system with rigid spindle and flexible shaft. The disk is modeled as a flexible spinning disk by Kirchhoff plate theory and von Karman nonlinear strain. The spindle supporting the flexible disk is modeled as a rigid body to consider its complex geometry. The stationary shaft supporting the rotating disk-spindle-bearing system is modeled by Euler beam, and the ball bearings are modeled as the stiffness matrix with 5 degrees of freedom. Developed theory is applied to analyze the vibration characteristics of a 3.5" HDD and a 2.5" HDD, respectively, and modal tests are performed to verify the simulation results. This paper shows that the developed theory can be effectively applied to the rotating disk-spindle system with the spindle of complex shape.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2000년도 추계학술대회논문집
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• pp.593-598
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• 2000

In this paper the critical speed analysis and design sensitivity investigation are carried out with an APU(auxiliary power unit) gas turbine having a spline shaft connection. The DDM(direct differential method) is directly applied to formulate the critical speed design sensitivity problem of a general nonsymmetric-matrix rotor-bearing system. The design sensitivity analysis have shown that the critical speed change rate to the support modeling of the spline shaft connection point is extremely negligible, and thereby its design uncertainty is lifted. It has also been confirmed that the critical speeds up to the 4th are not sensitive to the design stiffness coefficients of 4-main bearings or supports, including two air foil bearings. Further, the critical speed change rate to the shaft-element length have shown quantitatively that the spline shaft has some limited influence on the 4th critical speed.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제3권2호
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• pp.111-121
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• 2010

Dynamic analysis of nano/micro bio-sensors based on a multiscale atomistic/continuum theory is introduced. We use a generalized atomistic finite element method (GAFEM) to analyze a bio-sensor which has $3{\times}N_a{\times}N_p$ degrees of freedom, where $N_p$ is the number of representative unit cells and $N_a$ is the number of atoms per unit cell. The stiffness matrix is derived from interatomic potential between pairs of atoms. This work contains two studies: (1) the resonance analysis of nano bio-sensors with different amount of target analyte and (2) the dependence of resonance frequency on finite element mesh. We also examine the Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) condition based on the highest resonance frequency. The CFL condition is the criterion for the time step used in the dynamic analysis by GAFEM. Our studies can be utilized to predict the performance of micro/nano bio-sensors from atomistic perspective.

• 한국해안해양공학회지
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• 제13권1호
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• pp.73-79
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• 2001

본 연구에서는 탄성 지지된 잠수 평판으로 이루어진 방파제의 파랑감쇠 성능을 고찰하였다. 이 방파제는 파랑감쇠를 위하여 입사파, 산란파 그리고 방사파의 위상 상호작용을 이용한다. 유동장을 기술하기 위하여 선형포텐셜 이론을 도입하였으며, 특이점 분포방법을 적용하였다. 잠수된 평판은 강체라고 가정하였으며, 탄성지지는 일정한 탄성계수를 가진 선형 스프링으로 간주하였다. 수치계산을 위하여 직사각형 평판을 고려하였다. 수치해의 안정성을 위하여 영향행렬의 조건수를 조사하여 평판의 두께를 결정하였다. 탄성지지의 강성이 방파제의 성능에 미치는 영향을 살펴보았다. 한편 잠수 깊이가 파랑감쇠에 미치는 영향을 조사하였다. 계산결과에 의하면 방파제의 공진 진동수가 입사파의 진동수보다 약간 작게 설정되어야 파랑감쇠가 최대로 일어남을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.559-567
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• 2012

초탄성을 고려한 비선형 구조의 레벨셋 기반 위상 및 형상 최적설계 방법을 개발하였다. 전체 영역에서 재료의 극단적인 불균형 분포로 기인하는 부정확한 접강성행렬(tangent stiffness matrix)로 인해, 비선형 문제의 위상 최적설계는 심각한 수렴성의 어려움을 겪는다. 이를 해결하기 위해, 임의의 형상을 표현할 수 있는 레벨셋 방법의 장점을 이용하여 정확한 접강성 행렬을 구하기 위해 명시적인 경계(explicit boundary)를 이용하였다. 레벨셋 함수로 표현되는 임의의 영역을 암시적 고정 격자(implicit fixed grid)를 이용하여 계산하는 것 대신에 명시적으로 그 영역을 이산화하기 위해 딜라우네이 삼각화 기법(Delaunay triangulation scheme)을 이용하였다. 레벨셋 방정식을 풀기 위해 최적화 조건으로부터 라그란지안(Lagrangian; 목적함수)가 감소하는 방향이 되도록 속도장을 결정하였다. 실제 영역 바깥쪽 속도장은 Adalsteinsson와 Sethian(1999)가 제안한 속도확장 기법을 이용하여 구하였다. 레벨셋 기반의 최적화 기법에 위상 민감도를 이용하여, 최적화 과정에서 원하는 시기와 위치에 위상 변화가 가능하도록 하였다.