• 한국항해항만학회지
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• 제36권5호
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• pp.339-347
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• 2012

예인줄을 여러 개의 유한요소로 분할 한 뒤 각 요소들에 Newton의 운동 제 2법칙을 적용하고 각각에 작용하는 외력은 성분별로 장력, 항력, Coriolis 힘, 중력, 부력, 입수 충격력 등으로 구분하여 예선과 부선을 연결하는 예인줄의 동역학 모델을 정립하였다. 일반적으로 예인줄 요소의 병진 운동만을 고려하는 이전의 연구들과는 달리 본 논문에서는 예인줄 요소의 운동을 횡동요를 제외한 5자유도로 확장하고 외력 고려가 용이한 물체고정좌표계에서 기술하였다. 예인줄 요소들 간에는 연결점에서 인장만 되는 스프링과 감쇠기로 연결하고, 스프링의 강성계수는 실제 적용되는 예인줄의 강성계수와 등가가 되도록 설정하였다. 정립된 예인줄 모델의 검증을 위하여 예인줄의 공기중 및 수면 바로 위에서의 자유낙하, 예인선의 가속운동, 예인선의 조화운동 시나리오에 대하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 예인선, 부선, 예인줄 요소들의 운동 시계열 값들은 실제 예상치와 유사한 경향을 보이는 것을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.70-78
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• 2023

보통중심가새골조는 단순한 설계절차를 갖는 이점이 있다. 이와 같은 이유로, 지진하중에 대한 내진성능이 다른 골조 시스템에 비해 크게 효과적이지 않음에도 불구하고 중간 또는 낮은 수준의 지진을 받는 소규모 골조 구조물에 널리 사용되어 왔다. 횡방향 지진 하에서 압축 거동에 대해 취약한 가새부재를 갖는 보통중심가새골조의 내진성능을 향상시키기 위해, 통상적으로 점성감쇠기에 의한 내진보강이 도입되어 왔다. 하지만, 점성감쇠기 자체는 일반적으로 구조물을 원래 위치로 복원시킬 수 있는 강성을 갖지 않는다. 이는 구조물에 잔류 변위를 유발시킬 수도 있다. 이 논문에서는 휨강성을 갖는 상·하부 보가 비선형-탄성 스프링 역할을 하여 외부 변위 이력을 받는 스프링-감쇠기 시스템을 원래 위치로 복원시키는 자가복원형 점성감쇠기 시스템이 개발되었다. 단순화된 골조 구조물에 대한 수치해석은 개발된 자가복원형 점성감쇠기 시스템을 포함할 경우 지진이 가해지는 동안 에너지 소산을 통해 어떻게 골조 구조물의 향상된 내진성능을 가져오는지 보여준다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권12호
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• pp.91-98
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• 2012

기존의 설계방식 및 유한요소법에 의해 모델링된 해상풍력 기초의 거동특성을 비교하였고, 확률론적 측면에서 기초형식에 따른 해석사례를 비교 분석하였다. 동일한 수심 및 지반조건에서 동일한 형식의 기초를 설계할 경우 가정모델에 따른 거동양상을 비교한 결과 지반의 강성을 고려하는 가상고정식과 분포 스프링식은 부재력에 차이가 크지 않은 반면, 이를 고려하지 않는 지반고정식은 상대적으로 부재력이 작게 산정됨으로써 보다 불안정한 설계를 유도하는 경향이 있었다. 다시 말해 기초와 지반의 상호관계는 해석결과에 크게 영향을 미치므로 지반의 강성을 고려함이 합리적이다. p-y 방법과 FEM 모델을 이용하여 각각 동일한 모노파일을 해석한 결과 상 하부에서 상당한 오차가 발생하였고, 특히 직경이 큰 경우에 파일 하부에서의 오차가 크게 나타남으로써 5m 이상의 대구경 모노파일 설계 시는 FEM 등 정밀해석이 병행되어야 하며, 해저지반 특성의 면밀한 고려와 공학적 판단이 필요하다. 트라이포드 및 모노파일 형식의 기초를 동일한 수심 및 지반조건에 대하여 신뢰성을 해석한 결과 트라이포드 형식의 파괴확률이 매우 작게 산정되었고, 모노파일 형식은 파괴확률이 비교적 크게 산정되어 안전도가 낮게 평가될 수 있음을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.737-752
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• 1992

본 연구에서는 링크를 여러개의 2절점 6자유도의 보 요소로 이상화하고 링크 의 운동을 평면 운동으로 한정하며 링크의 지지부의 강성은 무한대이고 회전 대우 부 분의 간극은 없는 것으로 가정하여 링크의 탄성 변형에 관한 운동 반정식을 유도하였 다. 즉, 변위법에 기초한 정적 변위 해석에 관한 유한 요소법에서 관성력, 중력 그 리고 외력을 외부 부하로 간주하여 동적인 운동 방정식을 유도하였다. 여기에, 회전 대우의 베어링을 선형 스프링으로 이상화하여 유연성 링크의 일부분으로 고려함으로써 베어링의 탄성 변형이 유연성 링크의 동적 변형에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 베어링의 탄성 변형이 고려된 유연성 링크에 관한 운동 방정식을 모우드 중첩법에 근 거를 둔 수치해법으로 그 해를 구하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.3-16
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• 1999

현재 국내에서는 부유식 구조물을 이용하여 소각로 및 담수화 공장을 해상에 축조하는 BMP(Barge Mounted Plant) 시스템에 관한 연구를 수행중에 있다(한국기계연구원 1997). 본 논문에서는 이러한 BMP의 계류 돌핀(mooring dolphin) 구조물하부의 말뚝기초의 거동을 모델하는 기법에 관하여 다루었다. 지반-말뚝계의 축하중 및 횡하중에 대한 거동은 지반을 비선형 스프링으로 모델하고 말뚝을 일축부재 및 보로 모델하여 유한차분적으로 해를 구하는 비선형 지반반력해석을 수행한다. 이러한 말뚝두부에서의 하중-변위관계로부터 지반-말뚝계의 등가강성을 산정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 거제도 주변 해역을 대상으로 지반조사를 수행하였고 이를 토대로 지반의 깊이에 따른 축방향 및 횡방향 하중전이 관계를 도출하였다. 그리고 돌핀하부의 말뚝에 대하여 축하중 및 횡하중에 대한 지반반력해석을 수행하였다. 이러한 해석과정을 통하여 대상지역에 적합한 말뚝의 관입깊이 및 단면을 합리적으로 산정할 수 있었다. 결국 말뚝두부에서의 하중-변위관계로부터 지반-말뚝계의 강성을 모델함으로써, 지반조건을 고려하여 돌핀구조물의 동적해석을 합리적으로 수행할 수 있었다. 해석결과 지반-말뚝계의 강성을 고려할 경우에는 강체로 고려한 경우에 비하여 변위 진폭이 상당히 크게 나타났다. 그리고 돌핀의 케이싱 상부의 모멘트가 더 크게 나타나고 해저지표 말뚝두부에 전달되는 모멘트는 더 작게 나타남을 알 수 있었다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권6호
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• pp.19-28
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• 2006

기존의 유한요소모델개선기법들은 측정에 의한 모달 데이터와 해석적으로 계산된 시스템 행렬로 구성된 수학적인 목적함수를 사용하거나 업데이팅 변수에 관한 모달 특성의 미분함수를 사용하여야만 한다. 따라서 교량구조물과 같은 복잡한 구조물에의 적용이 어렵고 역해석에 있어 해의 안정성 문제가 발생할 수 있다. 또한 개선된 모델이 물리적인 의미를 지니지 못할 수도 있다. 본 논문에서는 유전자알고리즘과 Welder-Mead의 심플렉스기법을 사용한 하이브리드 최적화 유한요소모델개선기법을 제안하였다. 하이브리드 최적화 기법의 성능을 검증하기 위해 3개의 국부최소값과 1개의 전체최소값을 갖는 Goldstein-Price 함수를 사용하여 비선형문제에 대한 적용성을 검토하였다. 또한 최적화목적함수의 영향을 검토하기 위해 10개의 자유도를 갖는 스프링-질량 모델을 사용하여 변수연구를 수행하였다. 최종적으로 수치해석을 통해서 질량과 강성을 동시에 개선하기 위한 최적화 목적함수를 제시하고, 제안된 하이브리드 최적화 기법이 유한요소모델개선을 위해 매우 효과적인 방법임을 입증하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제3권6호
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• pp.421-438
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• 2003

Aging and deterioration of existing steel structures necessitate the development of simple and efficient rehabilitation techniques. The current study investigates a methodology to enhance the flexural capacity of steel beams by bonding Glass Fibre Reinforced Plastic (GFRP) sheets to their flanges. A heavy duty adhesive, tested in a previous study is used to bond the steel and the GFRP sheet. In addition to its ease of application, the GFRP sheet provides a protective layer that prevents future corrosion of the steel section. The study reports the results of bending tests conducted on a W-shaped steel beam before and after rehabilitation using GFRP sheets. Enhancement in the moment capacity of the beam due to bonding GFRP sheet is determined from the test results. A closed form analytical model that can predict the yield moment as well as the stresses induced in the adhesive and the GFRP sheets of rehabilitated steel beam is developed. A detailed finite element analysis for the tested specimens is also conducted in this paper. The steel web and flanges as well as the GFRP sheets are simulated using three-dimensional brick elements. The shear and peel stiffness of the adhesive are modeled as equivalent linear spring systems. The analytical and experimental results indicate that a significant enhancement in the ultimate capacity of the steel beam is achieved using the proposed technique. The finite element analysis is employed to describe in detail the profile of stresses and strains that develop in the rehabilitated steel beam.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.113-119
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• 2016

본 연구는 철골모멘트골조를 대상으로 변형률 기반 횡응답 예측 기법 제시한다. 기둥의 변형률 데이터를 이용하여 건물레벨의 횡응답을 예측한다. 변형률 데이터는 한 개의 기둥 당 총 4개의 변형률 센서가 설치된다고 가정하여 기둥의 양 단부의 변형률 응답 값을 이용한다. 양단부의 변형률 값을 통해 단부의 휨모멘트를 계산하고 이를 처짐각법에 적용하면 건물레벨의 횡응답을 예측할 수 있다. 또한 한 개층에 설치된 가속도계의 응답을 이용하여 지점에 위치한 회전스프링의 강성값을 예측하였다. 제시한 기법은 5층 1경간 철골모멘트골조 예제에 적용하여 그것의 신뢰성를 검증하였다. 횡변위 및 횡가속도에 대한 예측 응답이 비교값과 일치하는 결과를 얻었으며, 손상 여부 및 위치를 파악하는데 효과적임을 확인하였다. 반면 고유주기와 같은 동특성은 구조물의 손상을 파악하는데 한계가 있음을 확인하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제15권5호
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• pp.1101-1111
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• 2018

This study aims to present accurate soil modeling and validation of a single roadside guardrail post as well as a single concrete pile installed near cut slopes or compacted sloping embankment. The conventional Winkler's elastic spring model and p-y curve approach for horizontal ground cannot directly be applied to sloping ground where ultimate soil resistance is significantly dependent on ground inclination. In this study, both grid-based 3-D FE model and particle-based SPH (smoothed particle hydrodynamics) model available in LS-DYNA have been adopted to predict the static behavior of a laterally loaded guardrail post. The SPH model has potential to eliminate any artificial soil stiffness due to the deterioration of the node-connected Lagrangian soil mesh. For this purpose, this study comprises two parts. Firstly, only 3-D FE modeling has been tested to show the numerical validity for a single concrete pile in sloping ground using Mohr-Coulomb material. However, this material option cannot be implemented for SPH elements. Nevertheless, Mohr-Coulomb model has been used since this material model requires six input soil data that can be obtained from the comparative papers in literatures. Secondly, this work is extended to compute the lateral resistance of a guardrail post located near the slope using the hybrid approach that combines Lagrange FE elements and SPH elements by the suitable node-merging option provided by LS-DYNA. For this analysis, the FHWA soil material developed for application to road-base soils has been used and also allows the application of SPH element.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.43-51
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• 2015

우리나라와 같이 4계절이 뚜렷한 지역은 동결 융해반복에 따른 강성도의 감소가 민간 시설물 인접 사면이나 산비탈면에 발생하였을 경우 안전율이 설계기준에 미흡하게 되는 현상이 발생되어 강우나 강설에 의한 산사태가 발생하여 큰 인명 및 재산피해로 이어질 우려가 있다. 이 연구에서는 동결 융해 반복에 따른 산지 사면의 안정성 변화를 알아보기 위하여 산지 사면의 표토에 분포하는 통일 분류법상의 SP와 SM계열의 흙시료를 채취하여 공시체를 제작하고 직접전단실험을 통하여 동토전단강도에 대한 특성을 분석하고, 수치해석적 방법을 활용하여 동결융해의 반복작용에 따른 화강풍화토의 강도감소특성과 흙시료의 동결 융해 적용시의 사면의 안정성의 변화를 검토하였다. 그결과 최대 전단응력은 약 10%정도의 감소율을 보였고, 사면 안정성해석결과 비동결시료에 비하여 요구안전율 이하의 경우가 있음을 확인하였다.