• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산구조공학회 1994년도 봄 학술발표회 논문집
• /
• pp.128-136
• /
• 1994

In this study, dynamic boundary element method using mass matrix is derived, using fundamental solutions for the semi-infinite domain. In constituting boundary integral equations for the dynamic equilibrium condition, inertia term in the form of domain integral is transformed into boundary integral form. Corresponding system equations are derived, and a boundary element program is developed. In addition, equations for free vibration is formulated, and eigenvalue analysis is performed. The results from the dynamic boundary element analysis for a tunnel problem are compared with those from the finite element analysis. According to the comparison, boundary element method using mass matrix is consistent with the results of finite element method. Consequently, in tunnel vibration problems, it results in reasonable solution compared with other methods where relatively higher degree of freedoms are employed.

• 한국지진공학회논문집
• /
• 제5권4호
• /
• pp.27-38
• /
• 2001

반무한 호소의 동적 모델링을 위한 역학적 집중변수모델을 제안하였다. 깊이가 일정한 2차원 반무한 호소의 전달경계의 정해를 구하였다. 정해의 거동특성을 주파수 영역과 시간 영역에서 조사하였다. 고유진동수와 합성곱 적분의 핵함수인 베셀 함수의 모양 등과 같은 해의 주요 특성이 변하지 않도록 질량, 감쇠기, 스프링 계수를 구한다. 최종 집중 변수 모델은 각각의 고유값에 대해 2개의 질량, 1개의 스프링, 2개의 감쇠기로 구성된다. 적용 예제를 통하여 새로운 집중변수모델이 댐-호소계의 시간 영역 해석에 효율적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.

• Interaction and multiscale mechanics
• /
• 제6권4호
• /
• pp.357-375
• /
• 2013

In this paper, the forced vibration problem of an Euler-Bernoulli beam that is joined with a semi-infinite field of a compressible fluid is considered as a boundary value problem (BVP). This BVP includes two partial differential equations (PDE) and some boundary conditions (BC), which are introduced comprehensively. After that, the closed-form solution of this fluid-structure interaction problem is obtained in the frequency domain. Some mathematical techniques are utilized, and two unknown functions of the BVP, including the beam displacement at each section and the fluid dynamic pressure at all points, are attained. These functions are expressed as an infinite series and evaluated quantitatively for a real example in the results section. In addition, finite element analysis is carried out for comparison.

• Coupled systems mechanics
• /
• 제3권4호
• /
• pp.385-403
• /
• 2014

In this paper, the forced vibration problem of an Euler-Bernoulli beam that is joined with a semi-infinite field of a compressible fluid is considered as a boundary value problem (BVP). This BVP includes two partial differential equations (PDE) and some boundary conditions (BC), which are introduced comprehensively. After that, the closed-form solution of this fluid-structure interaction problem is obtained in the frequency domain. Some mathematical techniques are utilized, and two unknown functions of the BVP, including the beam displacement at each section and the fluid dynamic pressure at all points, are attained. These functions are expressed as an infinite series and evaluated quantitatively for a real example in the results section. In addition, finite element analysis is carried out for comparison.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제34권6호
• /
• pp.427-435
• /
• 2021

환경시설물, 댐과 같은 유체를 저장하는 시설물을 대상으로 엄밀하게 지진 거동을 평가하기 위해서는 유체-구조물 상호작용을 고려한 해석이 필요하다. 특히, 댐-호소 계와 같이 상류 방향으로 무한 영역을 가지는 경우에는 이를 적절히 고려해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 댐-호소 계와 같은 반무한 유체 영역을 갖는 시스템을 대상으로 무한 영역의 파전파 해석 및 유체-구조물 상호작용 해석을 위한 실용적인 수치 모형을 제시하였다. 시간영역에 적용가능한 방법으로 정확하면서도 경계적인 해석이 가능하다. 무한 유체 영역에 대해서는 일반 acoustic finite element 대신 작은 개수의 mid-point integrated acoustic finite element를 적용하고 최종 경계에는 점성경계를 부과한다. 제안하는 방법의 유효성과 정확성을 검증하기 위해 강체 댐체를 가정한 반무한 호소계를 대상으로 적용하는 요소의 개수, 모델링 영역 크기 등을 매개변수로 해석해와 비교·검증하였다. 제안된 방법을 적용하여 댐-호소 계의 유체-구조물 상호작용을 부가질량을 사용하는 경우와 비교하였다.

• Interaction and multiscale mechanics
• /
• 제1권1호
• /
• pp.157-175
• /
• 2008

A brief review of the research works on ground vibrations caused by trains moving in underground tunnels is first given. Then, the finite/infinite element approach for simulating the soil-tunnel interaction system with semi-infinite domain is summarized. The tunnel is assumed to be embedded in a homogeneous half-space or stratified soil medium. The train moving underground is modeled as an infinite harmonic line load. Factors considered in the parametric studies include the soil stratum depth, damping ratio and shear modulus of the soil with or without tunnel, and the thickness of the tunnel lining. As far as ground vibration is concerned, the existence of a concrete tunnel may somewhat compensate for the loss due to excavation of the tunnel. For a soil stratum resting on a bedrock, the resonance peak and frequency of the ground vibrations caused by the underground load can be rather accurately predicted by ignoring the existence of the tunnel. Other important findings drawn from the parametric studies are given in the conclusion.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제57권5호
• /
• pp.723-729
• /
• 2019

A theoretical analysis was conducted of convective instability driven by buoyancy forces under transient temperature fields in an annular porous medium bounded by coaxial vertical cylinders. Darcy's law and Boussinesq approximation are used to explain the characteristics of fluid motion and linear stability theory is employed to predict the onset of buoyancy-driven motion. The linear stability equations are derived in a global domain, and then cast into in a self-similar domain. Using a spectral expansion method, the stability equations are reformed as a system of ordinary differential equations and solved analytically and numerically. The critical Darcy-Rayleigh number is founded as a function of the radius ratio. Also, the onset time and corresponding wavelength are obtained for the various cases. The critical time becomes smaller with increasing the Darcy-Rayleigh number and follows the asymptotic relation derived in the infinite horizontal porous layer.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제26권4호
• /
• pp.213-221
• /
• 2013

이 논문에서는 반무한 고체영역의 표면에서 측정한 변위응답의 시간이력으로부터 유한요소망 연속기법을 이용해 탄성파 속도의 공간적 분포를 추정하는 역해석 문제를 소개한다. 반무한 영역에서의 역해석을 위해서는 해석 대상이 되는 유한영역의 경계에서 파동의 반사가 일어나지 않도록 하는 것이 중요하다. 이를 위해 유한영역의 경계면에 perfectly-matchedlayers(PMLs)라는 수치적 파동흡수층을 도입하였고, PML을 경계로 하는 유한영역에서 역해석 문제를 정의하였다. 이 문제를 탄성파동방정식을 구속조건으로 하는 최적화 문제로 표현하였으며, 라그랑주 승수법에 기초한 비구속 최적화 기법에 의해 탄성파속도의 최적 분포를 결정하였다. 해의 정확도와 수렴성을 높이기 위해 유한요소망 연속기법을 도입하여 점진적으로 밀도가 증가하는 유한요소망에 대해 연속적으로 역해석을 수행하였다. 1차원 예제들을 통해 유한요소망 연속기법을 이용한 역해석으로부터 탄성파속도의 분포를 정확히 추정할 수 있음을 확인하였으며, 측정 응답에 노이즈가 존재하는 경우에도 제안한 역해석 기법은 목표 탄성파속도 분포에 근사한 결과를 도출하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제11권1호
• /
• pp.45-53
• /
• 1991

지하구조물은 물체력과 초기응력이 지배적인 하중조건이 되며, 무한 또는 반무한영역을 경계로 한다. 또한 굴착면 주위에는 응력집중에 의해 비선형 거동이 발생한다. 본 논문에서는 경계요소법으로 물체력과 초기응력을 해석하기 위하여 영역적분은 경계 적분화하였다. 물체력에 대한 영역적분은 Galerkin텐서와 발산정리를 사용한 방법과 극좌표를 이용한 직접적분 방법으로 경계적분화하였고, 초기응력에 대한 영역적분은 극좌표를 이용한 직접적분 방법을 응용하여 경계적분화하였다. 경계요소해석 결과는 유한요소해석 결과와 비교하여 검증하였고 검증된 경계요소 프로그램을 비선형 유한요소 프로그램과 조합하여 굴착면 주위에 발생하는 비선형 거동을 합리적으로 해석하도록 하였다. 경계요소법에서 고려하기 어려운 물체력과 초기응력에 대한 영역적분을 경계적분화하여 효율적으로 해석할 수 있었으며, 조합해석 방법으로 비선형 거동을 합리적으로 해석할 수 있었다. 본 연구의 결과는 지하구조물의 해석에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Coupled systems mechanics
• /
• 제2권4호
• /
• pp.375-387
• /
• 2013

Soils consist of an assemblage of particles with different sizes and shapes which form a skeleton whose voids are filled with water and air. Hence, soil behaviour must be analyzed by incorporating the effects of the transient flow of the pore-fluid through the voids, and therefore requires a two-phase continuum formulation for saturated porous media. The present paper presents briefly the Biot's basic theory of dynamics of saturated porous media with u-P formulation to determine the responses of pore fluid and soil skeleton during cyclic loading. Kelvin elements are attached to transmitting boundary. The Pastor-Zienkiewicz-Chan model has been used to describe the inelastic behavior of soils under isotropic cyclic loadings. Newmark-Beta method is employed to discretize the time domain. The response of fluid-saturated porous media which are subjected to time dependent loads has been simulated numerically to predict the liquefaction potential of a semi-infinite saturated sandy layer using finite-infinite elements. A settlement of 17.1 cm is observed at top surface. It is also noticed that liquefaction occurs at shallow depth. The mathematical advantage of the coupled finite element analysis is that the excess pore pressure and displacement can be evaluated simultaneously without using any empirical relationship.