• 대한조선학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.132-139
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• 1992

기하학적 비선형 해석과정에서 일반적인 방법으로는 연속적인 하중증분단계의 기하학적 변위증분에서 절점회전이 미소하다는 가정에 의해 제한되어 접선강성행렬을 유도하고 유한회전의 영향을 증분평형 방정식의 반복계산하는 과정에서 고려하는 방법이 사용되고 있다. 그리고 개선된 방법으로는 미소회전증분의 가정을 무시하고 유한회전증분의 영향을 고려하여 접선강성행렬을 유도하는 방법이 Surana, Onate 및 Dvorkin 등에 의해서 개발되었다. 유한 회전을 고려하는 방법에서 Surana는 비선형 절점 회전함수를 가정하여 강성메트릭스를 유도하였으며 Onate와 Dvorkin은 전체좌표에서 회전각에 대한 회전행렬의 2차항까지를 고려한 강성메트릭스를 유도하였다. 본 논문에서는 유한요소의 기하학적 위치를 나타내는 변위함수의 방향 벡터를 삼각함수로 표현하여 연속적인 하중증분 사이의 방향벡터 증분을Tayler의 급수로 2차항까지 전개하므로써 비선형 회전 증분을 고려한 쉘 요소를 개발하였다. 기하학적 비선형 해석과정은 연속체 운동의 증분이론을 도입하여 Total Lagrange(T.L.)수식과 Updated Lagrange(U.L.)수식으로 비선형 거동을 해석하였다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제9권5호
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• pp.552-567
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• 2017

The floating crane vessel in waves gives rise to the motion of the lifted object which is connected to the hoisting wire. The dynamic tension induced by the lifted object also affects the motion responses of the floating crane vessel in return. In this study, coupled motion responses of a floating crane vessel and a lifted subsea manifold during deep-water installation operations were investigated by both experiments and numerical calculations. A series of model tests for the deep-water lifting operation were performed at Ocean Engineering Basin of KRISO. For the model test, the vessel with a crane control system and a typical subsea manifold were examined. To validate the experimental results, a frequency-domain motion analysis method is applied. The coupled motion equations of the crane vessel and the lifted object are solved in the frequency domain with an additional linear stiffness matrix due to the hoisting wire. The hydrodynamic coefficients of the lifted object, which is a significant factor to affect the coupled dynamics, are estimated based on the perforation value of the structure and the CFD results. The discussions were made on three main points. First, the motion characteristics of the lifted object as well as the crane vessel were studied by comparing the calculation results. Second, the dynamic tension of the hoisting wire were evaluated under the various wave conditions. Final discussion was made on the effect of passive heave compensator on the motion and tension responses.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2000년도 하계학술대회 논문집 B
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• pp.825-827
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• 2000

자성체를 포함하는 자기 시스템을 해석하는데 있어 비선형과 히스테리시스(Hysteresis)는 매우 중요한 역할을 한다. 특히 재질의 히스테리시스 특성을 유한요소법(FEM)을 이용하여 계산하기 위해서 많은 방법들이 소개되었다. 단순 반복법이나 Fixed Point Technique(FPT), M-iteration 법. 뉴튼 랍슨 (Newton-Raphson) 법 등이 그 예이다. 이 방법들 중에서 뉴튼 랍슨법은 빠른 수렴 특성으로 가장 많이 사용되고 있다. 하지만 뉴튼-랍슨법을 이용하여 히스테리시스 재질을 해석할 때는 매 반복 계산 때마다 계 계수행렬(System Stiffness matrix)이 변화하기 때문에 요소의 수가 매우 많을 경우 역행렬을 계산하기 위한 시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 특히 히스테리시스 해석의 경우에는 주로 time-step법을 이용하여 계산하므로 가장 시간이 많이 소요되는 행렬 계산 시간을 단축함으로써 전체 계산 시간을 크게 줄일 수 있다. 최근 비선형 해석에서 TLM(Transmission Line Modeling)법이 도입되어 비선형 해석 시의 계산 시간을 크게 단축할 수 있게 되었다. 본 논문에서는 비선형 해석에 적용된 TLM법을 히스테리시스 해석에 적용하는 방법을 새로 제안한다. TLM법은 뉴튼-랍슨법과 달리 각 반복 계산 때마다 계수행렬식이 변화하지 않고 단지 구동항만 변하기 때문에 행렬의 LU를 한 번 저장해 두면 forward와 backward substitution만 시행하면 된다. 따라서 요소의 수가 증가할 경우 TLM법을 사용하면 뉴튼-랍슨법에 비해 매우 큰 계산 이득을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 TLM법을 히스테리시스에 적용하는 방법을 기술하고 간단한 모델에 이 방법을 적용하여 뉴튼-랍슨법과의 비교를 통해 TLM법의 효용성을 보인다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.291-302
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• 2005

구조응답에 기여하는 중요성으로 인하여 추계론적 해석에서는 재료탄성계수의 불확실성에 의한 응답변화도에 대한 연구가 주로 진행되어 왔다. 그러나 추계론적 해석이 의미있는 값을 제공하기 위해서는 가능한 많은 인수에 대한 불확실성을 동시에 고려하여야 한다. 본 연구에서는 구조재료의 중요한 두 인수인 탄성계수와 포아송비에 나타나는 불확실성을 고려한 추계론적 해석을 위한 정식화를 평면문제에 대하여 제안하였다. 이를 위하여 이들 두 인수의 함수로 주어지는 구성행렬의 각 요소에 대한 다항식 전개를 채용하였으며, 두 인수의 불확실성에 따라 나타나는 자기 및 상호상관함수는 n-차 모멘트에 대한 일반식을 적용하여 구성하였다. 다항식 전개에 따라 부행렬의 무한합으로 변형된 구성행렬은 계산상의 편의를 위하여 요구되는 정확도 내에서 절삭하여 사용하였다. 제안된 방법의 검증을 위하여 단순 평면구조를 예제로 택하여 해석하었으며, 해석결과는 국부평균법을 채용한 고전적인 몬테카를 해석 결과와 비교하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.307-314
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• 2009

본 논문은 기하학적 비선형성을 가진 보존적 단일 하중 매개변수의 탄성 상태 공간구조의 탄성 분기 좌굴해석을 위한 공간프레임의 정식화, 분기경로 추적을 위한 pin-pointing 및 분기경로 전환알고리즘을 기술하고 있다. 복잡한 좌굴 후 거동특성을 파악하기 위한 본 연구의 공간프레임요소는 오일러리안 좌표계에 의한 유한회전이론으로 강체변형을 계산하였고, 굽힘효과가 고려된 보-기둥식을 적용하여 적은 개수의 요소의 사용으로도 정해를 얻을 수 있도록 하였으며, 후좌굴해석과 같은 고도의 비선형해석을 수행하기 위해 기하강성행렬의 모멘트에 대한 영향을 고려하였다. 분기좌굴에 의한 좌굴후 평형상태인 주경로와 분기경로의 pin-pointing 알고리즘으로 특이점을 계산하였으며, 고유치 및 고유모드를 이용한 본 연구의 수치알고리즘에 의해 분기경로를 추적하였다. 분기좌굴 해석예제로 평면프레임, 평면아치 및 공간돔에 대한 분기좌굴 해석을 수행하여 본문에서 제시한 수치해석법의 정확성 및 적용성을 검증한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.287-298
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• 2001

본 논문에서는 클러스터 시스템을 이용하여 프리스트레스트 콘크리트 프레임의 병렬 비선형해석이 가능한 해석수단을 제시하였다. Win 98 및 Linux 운영체제 하의 PC 및 Ethernet을 활용하여 저가의 클러스터 시스템을 구축하였고 메시지 전송을 위하여 MPI를 사용하였다. 비선형해석에 있어 해석시간의 대부분을 차지하는 반복계산과정 중 병렬계산에 의한 효율이 높은 접선강도매트릭스의 형성 및 요소응력계산, 재료상태 결정, 부재파괴 검토, 불평형하중 계산과정에 대한 병렬계산 알고리즘을 메시지 전송방식을 이용하여 제시하고 클러스터 시스템 상에서 구현했다. 캔틸레버 보와 PSC 거더교를 대상으로 클러스터 컴퓨팅을 이용한 비 선형해석을 수행한 결과 노트가 4개일 경우의 성능향상은 고려한 비선형형성 및 문제의 크기에 따라 다르나 Win98 환경에서 최소 2.46배에서 최대 3.18배로 나타났고 Linux 환경에서 최소 3.16배에서 최대 3.74배로 나타났으며 통신환경의 개선에 따라 증대될 것으로 기대된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제60권6호
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• pp.1063-1077
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• 2016

Components manufactured from composite materials are frequently subjected to superimposed mechanical and thermal loadings during their operating service. Both types of loadings may cause fracture and failure of composite structures. When composite cross-ply laminates of type [$0_m/90_n]_s$ are subjected to uni-axial tensile loading, different types of damage are set-up and developed such as matrix cracking: transverse and longitudinal cracks, delamination between disoriented layers and broken fibers. The development of these modes of damage can be detrimental for the stiffness of the laminates. From the experimental point of view, transverse cracking is known as the first mode of damage. In this regard, the objective of the present paper is to investigate the effect of transverse cracking in cross-ply laminate under thermo-mechanical degradation. A Finite Element (FE) simulation of damage evolution in composite crossply laminates of type [$0_m/90_n]_s$ subjected to uni-axial tensile loading is carried out. The effect of transverse cracking on the cross-ply laminate strength under thermo-mechanical degradation is investigated numerically. The results obtained by prediction of the numerical model developed in this investigation demonstrate the influence of the transverse cracking on the bearing capacity and resistance to damage as well as its effects on the variation of the mechanical properties such as Young's modulus, Poisson's ratio and coefficient of thermal expansion. The results obtained are in good agreement with those predicted by the Shear-lag analytical model as well as with the obtained experimental results available in the literature.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권6호
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• pp.557-570
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• 2024

Due to interfacial ageing, chemical action and interfacial damage, the interface debonding may appear in the interfaces of composite laminates. Particularly, the laminates display a side-dependent effect at small scale. In this work, a three-dimensional (3D) and anisotropic thick nanoplate model is proposed to investigate the effects of imperfect interface and nonlocal parameter on the bending deformation, vibrational response and buckling stability of one-dimensional (1D) hexagonal quasicrystal (QC) layered nanoplates. By combining the linear spring model with the transferring matrix method, exact solutions of phonon and phason displacements, phonon and phason stresses of bending deformation, the natural frequencies of vibration and the critical buckling loads of 1D hexagonal QC layered nanoplates are derived with imperfect interfaces and nonlocal effects. Numerical examples are illustrated to demonstrate the effects of the imperfect interface parameter, aspect ratio, thickness, nonlocal parameter, and stacking sequence on the bending deformation, the vibrational response and the critical buckling load of 1D hexagonal QC layered nanoplate. The results indicate that both the interface debonding and nonlocal effect can reduce the stiffness and stability of layered nanoplates. Increasing thickness of QC coatings can enhance the stability of sandwich nanoplates with the perfect interfaces, while it can reduce first and then enhance the stability of sandwich nanoplates with the imperfect interfaces. The biaxial compression easily results in an instability of the QC layered nanoplates compared to uniaxial compression. QC material is suitable for surface layers in layered structures. The mechanical behavior of QC layered nanoplates can be optimized by imposing imperfect interfaces and controlling the stacking sequence artificially. The present solutions are helpful for the various numerical methods, thin nanoplate theories and the optimal design of QC nano-composites in engineering practice with interfacial debonding.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권4호
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• pp.355-366
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• 2024

The original elastoplastic Hardening Soil model is formulated actually partly under hexagonal pyramidal Mohr-Coulomb failure criterion, and can be only used in specific stress paths. It must be completely generalized under Mohr-Coulomb criterion before its usage in engineering practice. A set of generalized constitutive equations under this criterion, including shear and volumetric yield surfaces and hardening laws, is proposed for Hardening Soil model in principal stress space. On the other hand, a Mohr-Coulumb type yield surface in principal stress space comprises six corners and an apex that make singularity for the normal integration approach of constitutive equations. With respect to the isotropic nature of the material, a technique for processing these singularities by means of Koiter's rule, along with a transforming approach between both stress spaces for both stress tensor and consistent stiffness matrix based on spectral decomposition method, is introduced to provide such an approach for developing generalized Hardening Soil model in finite element analysis code ABAQUS. The implemented model is verified in comparison with the results after the original simulations of oedometer and triaxial tests by means of this model, for volumetric and shear hardenings respectively. Results from the simulation of oedometer test show similar shape of primary loading curve to the original one, while maximum vertical strain is a little overestimated for about 0.5% probably due to the selection of relationships for cap parameters. In simulation of triaxial test, the stress-strain and dilation curves are both in very good agreement with the original curves as well as test data.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.64-73
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• 2014

본 연구에서는 철골 골조 구조물의 안전성 모니터링을 위하여 계측한 변형률을 통해 구조물에 작용한 하중을 식별하는 알고리즘을 제안한다. 기존의 시스템 식별 연구에서 구조물의 강성 등을 변수화한 것과는 다르게, 본 연구에서는 구조물에 작용한 하중과 이로 인해 구조물에 발생하는 변형률 간의 관계를 행렬로 정의하고, 이 행렬 및 작용한 하중을 변수화 한다. 계측한 변형률과 변수를 통해 추정한 변형률 사이의 차이를 오차함수로 설정하고 이를 최소화시키기 위해 최적화 알고리즘 중 하나인 유전자 알고리즘을 적용한다. 구해진 변수와 계측 변형률을 통해 작용한 하중을 식별하고 구조물의 하중 변화 시 미계측 지점의 응답을 추정한다. 본 연구에서 제안하는 하중 식별 알고리즘을 검증하기 위해 3차원 철골 골조 구조물의 정적 가력 실험을 수행하였고, 계측한 변형률을 통해 가해진 하중을 낮은 오차 수준으로 식별할 수 있었다. 또한, 하중 조건 변화 시, 계측한 변형률을 통해 모니터링 대상이 되는 미계측 지점의 변형률을 0.17~3.13%의 오차 범위로 추정하였다. 본 연구가 제안하는 식별법이 철골 구조물의 보다 현실적인 안전성 모니터링에 효과적으로 적용될 것으로 기대된다.