• 한국지진공학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.77-82
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• 2023

The structural analysis module is an essential part of any integrated structural system. Diverse integrated systems today require, from the analysis module, efficient real-time responses to real-time input such as earthquake signals, extreme weather-related forces, and man-made accidents. An integrated system may also be for the entire life span of a civil structure conceived during the initial conception, developed throughout various design stages, effectively used in construction, and utilized during usage and maintenance. All these integrated systems' essential part is the structural analysis module, which must be automated and computationally efficient so that responses may be almost immediate. The finite element method is often used for structural analysis, and for automation, many effective finite element meshes must be automatically generated for a given analysis. A computationally efficient finite element mesh generation scheme based on the r-h method of mesh refinement using strain deviations from the values at the Gauss points as error estimates from the previous mesh is described. Shape factors are used to sort out overly distorted elements. A standard cantilever beam analyzed by four-node plane stress elements is used as an example to show the effectiveness of the automated algorithm for a time-domain dynamic analysis. Although recent developments in computer hardware and software have made many new applications in integrated structural systems possible, structural analysis still needs to be executed efficiently in real-time. The algorithm applies to diverse integrated systems, including nonlinear analyses and general dynamic problems in earthquake engineering.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권1호
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• pp.21-29
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• 2009

평면변형조건의 벽체에 작용하는 토압은 벽체의 형태에 따라 많은 연구가 수행되어 거의 통일된 방법이 설계에 사용되고 있다. 그러나, 일반적으로 지중연속벽(diaphragm wall)공법에 의해 시공되는 원형수직구 벽체에 작용하는 토압은 정지토압을 적용하여 설계하고 있어 안전측이지만 과다한 단면설계를 수행하고 있다. 본 연구에서는 사질토지반에 설치된 원형수직구의 지반-구조물 상호작용에 의해 강성벽계에 작용하는 평형토압을 산정하기 위해 변형구속범의 적용을 제안하였다. 또한, 원통형벽체 모형실험을 통하여 벽체에 작용하는 토압분포를 확인하였다. 실험결과 토압은 주동토압보다 약 1.4배 크고 정지토압보다 0.8배 작았으며, 변형구속법에 의한 예측값과 전반적으로 잘 일치하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.614-621
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• 2019

이축 및 일축대칭 단면의 적층복합 보의 휨 해석과 좌굴해석을 위해 일반화된 보 요소를 제안하였다. 전단변형보 이론을 사용하여 유도된 보 요소는 휨 전단변형 및 휨 비틀림과 재료 비등방성 성질에 따른 연계성을 고려하였다. 서로 다른 단면에 대해 해석적 기법으로 구한 단면 강성계수와 함께 평면응력과 평면변형률 가정을 사용하였다. 대칭 및 역대칭 적층복합 보의 휨 거동을 조사하기 위해 뒴 변형을 포함하여 절점 당 7개의 자유도를 가진 두 가지 유형의 3절점, 4절점 보 요소를 제안하였다. 전단잠금 현상을 완화하기 위해 본 연구에서는 감차적분 기법을 사용하였다. 또한, 유도된 기하학적 블록강성을 사용하여 축방향 압축력을 받는 적층복합 보의 좌굴하중을 산정하였다. 제시한 보 요소의 정확성과 효율성을 검증하기 위해 3절점 보 요소에 근거한 결과를 다른 연구자와 ABAQUS 유한요소 해석결과와 비교하였다. 적층복합 보의 휨 거동과 좌굴하중에 대한 연계강성과 전단변형, 경계조건, 하중형태, 길이-높이 비, 적층형태의 영향을 조사하였다. 두 개의 다른 보 요소의 수렴성도 제시하였다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제8권5호
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• pp.47-58
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• 2008

대공간 구조는 형태저항구조로서, 기둥-보로 구성되는 일반적인 건축골조구조가 설계외력에 대해 휨 및 전단으로 저항되는 것에 반해, 구조물의 내부에 기둥이 없는 공간을 내포하는 대공간 구조는 축력 및 면내 단면력에 의해 저항되는 경우가 대부분이다. 이러한 특성상 공간구조에는 일반적으로 장스팬이 사용되는 경우가 많으며, 그 결과 일반적인 골조와는 달리, 부재에 발생하는 변형도가 작은 경우에도 큰 변형이 발생하는, 즉 대변형 혹은 유한변형을 동반하게 된다. 일반적으로 수치해석에 있어 비선형 해석이란 기하학적 비선형 및 재료적 비선형, 또는 이 두 가지를 동시에 고려한 복합 비선형 해석을 들 수가 있다. 본 논문에서는 유한요소법으로 기하학적 비선형을 고려한 비선형 평형방정식을 적용하고, 부재의 응력-변형률 관계를 이용하여 재료적 비선형성도 함께 고려하였다. 사용된 수치해석 기법은 불안정 경로의 해를 찾아갈 수 있는 호장법을 적용하여 하중-변위 곡선을 추적하였다. 또한, 해석 결과는 범용 유한요소 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 비교 검토하였다. 본 연구의 수치 해석결과 제시한 평면 및 공간 트러스의 비탄성 비선형 거동을 정확하고 효율적으로 예측 가능한 것으로 나타났다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제37권2호
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• pp.90-103
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• 2016

본 연구는 유한 요소 법을 이용한 노화되어 강성/강도가 저하되는 요추 체의 얇은 피질과 해면 골의 하중 분담 비율 분석과 사용된 탄성계수들의 평가가 목적이다. 해면 골의 나은 해석을 위하여, 20년마다 압축 시험에서 얻은 탄성계수를 체적 공극 비율로 나눈 유효 탄성계수를 사용하였다. 이와 상응하는 피질 쉘도 공극 비율을 포함한 빔 이론의 수식들로부터 유효 탄성계수를 구한 후에 적용하였다. 또한 p-요소를 사용하여 수치 오차를 최소화하였다. 보고된 논문들을 참고하여 후관절 부분이 제거된 매개 변수적인 퇴행된 L3 척추 형상을 만들어 유한 요소 모델링 하였다. 일정 변위의 압축 조건을 가한 후에 여덟 조각의 부피 별로 각 뼈에서 탄성 변형률 에너지와 수직 하중의 비율을 사용하여 하중 분담 비율을 계산하였다. 결과로는 1) 20대에서 80대까지 해면 골의 하중 비율은 55%에서 49%로 감소하였다; 2) 피질 쉘은 중간 면에서 최고 비율을, 해면 골은 종판에서 최고 비율을 나타냈다; 3) 다공성 얇은 피질과 해면 골을 위한 유효 탄성계수의 사용은 적절하였다; 4) 두 방법을 이용하여 얻은 하중 분담 비율의 차이는, 전체 비율은 1% 미만 내에서 같지만 각 위치에서의 비율 값들은 약간 달랐다.

• Steel and Composite Structures
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• 제6권6호
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• pp.459-477
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• 2006

A theoretical research project is undertaken to develop integrated analysis and design tools for long span composite beams in modern high-rise buildings, and it aims to develop non-linear finite element models for practical design of composite beams. As the first paper in the series, this paper presents the development study as well as the calibration exercise of the proposed finite element models for simply supported composite beams. Other practical issues such as continuous composite beams, the provision of web openings for passage of building services, the partial continuity offered by the connections to columns as well as the behaviour of both unprotected and protected composite beams under fires will be reported separately. In this paper, details of the finite elements and the material models for both steel and reinforced concrete are first described, and finite element studies of composite beams with full details of test data are then presented. It should be noted that in the proposed finite element models, both steel beams and concrete slabs are modelled with two dimensional plane stress elements whose widths are assigned to be equal to the widths of concrete flanges, and the flange widths and the web thicknesses of steel beams as appropriate. Moreover, each shear connector is modelled with one horizontal spring and one vertical spring to simulate its longitudinal shear and pull-out actions based on measured load-slippage curves of push-out tests of shear connectors. The numerical results are then carefully analyzed and compared with the corresponding test results in terms of load mid-span deflection curves as well as load end-slippage curves. Other deformation characteristics of the composite beams such as stress and strain distributions across the composite cross-sections as well as distributions of shear forces and slippages in shear connectors along the beam spans are also examined in details. It is shown that the numerical results of the composite beams compare well with the test data in terms of various load-deformation characteristics along the entire deformation ranges. Hence, the proposed analysis and design tools are considered to be simple and yet effective for composite beams with practical geometrical dimensions and arrangements. Structural engineers are strongly encouraged to employ the models in their practical work to exploit the full advantages offered by composite construction.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.67-75
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• 2019

콘크리트 충전강관(Concrete Filled Steel Tube, 이하 CFT) 기둥에 사용되는 내다이아프램은 사용 강재량은 적으나 강관과 네 면을 용접해야 하므로 용접이 까다롭고 개구부가 필요한 단점을 가지고 있다. 본 연구에서 살펴보고자하는 개선 다이아프램은 콘크리트 충전을 위한 중앙부 홀을 4등분하여 각 코너부위를 절삭했다. 개선 다이아프램은 중앙부 홀의 넓이는 기존 다이아프램과 동일하지만 강관과 접하는 다이아프램의 폭이 감소하여 용접 길이가 기존 다이아프램 대비 약 70%가 감소된다. 개선 다이아프램의 인장성능을 검토하기 위하여 콘크리트 타설 홀의 반지름인 R값을 설계 변수로 3개의 실험체를 제작하였다. 단순 인장 실험을 통하여 내다이아프램에 동일 하중을 받았을 때 각 실험체의 면내 변형률을 분석하였다. 범용유한요소해석 프로그램을(ANSYS 19.2)를 사용하여 실제 단순 인장 실험과 동일한 조건으로 해석을 수행하고 개선 다이아프램과 기존 다이아프램의 하중 전달을 비교하였다. 다이아프램의 폭이 플랜지 폭과 같거나 작을 때는 다이아프램의 단부에서 부터 응력이 집중되고 플랜지 폭이 더 클 때는 중앙부에서 응력이 집중되는 것을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.57-70
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• 2009

UAM(Umbrella Arch Method)의 효과 및 역학적 보강메커니즘에 대한 연구는 국내외에서 수치해석 및 실험 등을 통하여 상당한 진척이 이루어졌으나 실제 설계 및 적용에 있어서는 아직도 3차원 해석의 해석시간과 복잡성 등의 제약 때문에 UAM의 보강영역과 지반과의 환산물성을 이용하는 정량적이지 못한 2차원해석이 주로 사용되고 있다. 이러한 이유로 합리적, 이론적, 정량적이면서도 손쉽게 수행할 수 있는 설계 및 해석기법이 요구되고 있다. 본 연구에서는 UAM의 보강효과가 미치는 범위를 파악하고 그라우팅 전 후의 강관저변지반 물성변화를 파악하기 위하여 연직방향의 UAM 현장실험 및 실내시험을 수행하였다. 풍화토, 풍화암 지반에 UAM 적용시 그라우트의 주입에 의한 주변지반의 물성치 증가는 미미하며, 강관외부와 천공구경 사이의 공간 및 강관내부에 형성된 시멘트구근과 강관으 강성만이 지반보강 효과에 기여한다는 것을 확인하였다. 이러한 결과와 내공변위제어법(CCM; Convergence Confinement Method) 개념을 바탕으로, 2차원 축대칭해석을 실시하여 막장효과, UAM효과와 지보재효과를 종단변위곡선(LDP)으로 나타내었다. 또한, 2차원 평면변형률 해석시 UAM의 지보효과를 내압의 크기로 변환하여 이를 고려하는 하중분담법을 제안하였다. 이 방법과 기존의 등가환산물성을 적용하는 해석을 비교한 결과, 지반조건, 터널의 심도 및 크기, 강관조건, 초기응력상태 등에 따라 차이가 있지만, 기존의 해석방법에서의 변위량이 새로운 방법에 비해 더 크게 발생하는 것으로 나타나, UAM의 종방향 빔 지지효과를 제대로 평가하지 못하는 것으로 나타났다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제24권5호
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• pp.401-410
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• 2003

본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 대퇴골 전자간 골절 치료에 대한 다양한 수술기법을 골밀도 변화에 따라 생체역학적으로 분석하여 이를 평가하고자 한다. 이에 구현된 모델들은 압박 고관절 나사만을 이용하여 시술한 모델 (Type I), 삽입된 압박 고관절 나사 주위에 시멘트 영역을 확보한 뒤 골 시멘트로 보강하는 시술을 구현한 모델 (Type II),대학교추가의 골소실이 없이 시멘트를 가압하여 주입하는 시술을 구현한 모델 (TypeIII)의 3가지 형태로 구현하였다. 시술 상황에 따라 골절부위와 삽입물의 경계면 주위에 접촉요소를 사용하기 위해 적절한 마찰계수를 설정하였으며, 골다공증 정도 (Singh Indices, II∼V)에 따라 대퇴골의 물성치를 적절하게 적용시켰다. 각 모델에 있어 골밀도 변화에 따른 수술기법의 차이를 분석하기 위하여 다음과 같은 인자를 분석하였다 : (a) 대퇴골두 내에서의 von Mises 응력 부피비, (b) 대퇴골두 망상골과 인공 삽입물내에서의 최대 von Mises 응력 (PVMS), (c) 대퇴골두 내에서의 최대 von Mises 변형률 (MVMS), (d) 골절 부위와 인공 삽입물 주위에서의 미세운동량. 수술기법 중 Type III가 대퇴골두 내에서 골밀도 변화에 상관없이 가장 낮은 PVMS, MVMS 수치를 보여 가장 효율적인 결과를 나타내었다. 이는 기존 시술법 (Type I,II)에 비해 내고정 실패 가능성이 가장 적을 것으로 예측되었다. 특히, 골밀도가 낮을 때에는 Type III의 수술 효과가 더욱 커지는 것으로 나타났다. 또한, 삽입물 주위에서 미세운동량을 분석한 결과, Type III의 수치가 다른 시술법들의 15∼20%로 나타나 시멘트를 가 압하여 보강하는 시술법이 삽입물 주위의 미세운동을 억제하는데 있어 가장 효과적이다는 것을 증명하는 것이다. 이러한 결과로부터, 압박 고관절 나사를 이용한 대퇴골두 전자간 골절 치료에 있어 골 시멘트를 가압하여 보강하는 방법이 골밀도가 낮은 환자에 있어 인공삽입물의 내고정 및 골유합에 가장 큰 효과를 보일 것으로 사료된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.85-92
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• 2015

탄성지반위에 놓인 S형상 점진기능재료 고차전단변형 판의 동적 불안정성에 대하여 연구하였다. 고차전단변형이론은 점진기능재료 판의 두께방향으로의 전단변형률과 전단응력의 곡선변화 효과를 고려할 수 있다. Mathieu-Hill 방정식의 형태로 유도된 지배방정식에서 Bolotin 방법을 이용하여 동적 불안정 영역을 결정하였다. 동적 불안정 영역의 경계는 동적 하중과 여기진동수와의 관계로 나타내었다. 고차전단변형이론과 탄성지반 효과가 S형상 점진기능재료 판의 동적 불안정성에 미치는 효과를 제시하였다. Winkler와 Pasternak탄성지반 매개변수의 관계를 수치해석 결과를 통하여 고찰하였다. 또한 정적 하중계수, 거듭제곱 지수 그리고 폭-두께비 등의 동적 불안정 영역에 대한 영향을 분석하였다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 참고문헌의 결과와 비교 분석하였다. 본 연구에서 제시한 이론적 발전과 수치결과들은 S형상 점진기능재료 구조물의 동적 불안정 해석을 위한 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.