• Steel and Composite Structures
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• 제45권3호
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• pp.389-408
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• 2022

Residual capacity is defined as the load carrying capacity of an RC column after undergoing severe damage. Evaluation of residual capacity of RC columns is necessary to avoid damage initiation in RC structures. The central aspect of the current research is to propose an empirical formula to estimate the residual capacity of RC columns after undergoing severe damage. This formula facilitates decision making of whether a replacement or a repair of the damaged column is adequate for further use. Available literature mainly focused on the simulation of explosion loads by using simplified pressure time histories to develop residual capacity of RC columns and rarely simulated the actual explosive. Therefore, there is a gap in the literature concerning general relation between blast damage of columns with different explosive loading conditions for a reliable and quick evaluation of column behavior subjected to blast loading. In this paper, the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) technique is implemented to simulate high fidelity blast pressure propagations. LS-DYNA software is utilized to solve the finite element (FE) model. The FE model is validated against the practical blast tests, and outcomes are in good agreement with test results. Multivariate linear regression (MLR) method is utilized to derive an analytical formula. The analytical formula predicts the residual capacity of RC columns as functions of structural element parameters. Based on intensive numerical simulation data, it is found that column depth, longitudinal reinforcement ratio, concrete strength and column width have significant effects on the residual axial load carrying capacity of reinforced concrete column under blast loads. Increasing column depth and longitudinal reinforcement ratio that provides better confinement to concrete are very effective in the residual capacity of RC column subjected to blast loads. Data obtained with this study can broaden the knowledge of structural response to blast and improve FE models to simulate the blast performance of concrete structures.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권4호
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• pp.50-60
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• 2023

BGA(ball grid array)는 높은 집적도와 우수한 방열 성능을 갖고 있어 널리 이용되는 방식의 패키지이다. BGA에서 솔더볼은 패키지와 PCB를 전기적으로 연결하는 중요한 역할을 하므로, 다양한 기계적 하중 하에서 솔더볼의 비탄성 변형을 이해하는 것은 반도체 패키지의 강건설계에 필수적이다. 본 연구에서는 공정 중 PCB의 휨, die와 substrate 간의 열팽창 계수 차이 등으로 인해 소성변형이 발생한 솔더볼의 초기 형상이 비탄성 변형과 파단에 미치는 영향을 유한요소 해석으로 분석하였다. 시뮬레이션 결과, shear와 bending 하중에서 tilted, hourglass 형상 모두 파단이 발생한 반면, compression 하중이 작용하는 경우는 모두 파단이 발생하지 않았다. Shear와 bending 하중에 compression이 각각 결합될 경우, 응력삼축비가 0보다 작은 값으로 유지되어 파단이 억제되었다. 또한 변형에 취약한 요소의 Lagrangian-Green 변형률 텐서를 이용해 비교한 결과, 동일한 하중 조건이라도 솔더볼의 형상에 따라 변형의 양상에 유의미한 차이가 있음을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.491-499
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• 2002

직교이방성 적층평판해석을 위해 퇴화 쉘요소에 기초를 둔 p-version 유한요소법이 제안되었다. 이 모델의 비선형 정식화과정에서 기하비선형의 경우 von Karman의 대변형-소변형률 가정을 설명하기 위해 Total Lagrangian 방법이 채택되었으며, 재료비선형의 경우 Huber-Mises의 항복기준과 변형률경화 항복함수에 근거를 둔 Prandtl-Reuss 유동법칙이 사용되었다. 재료모델은 이방성을 표현하는 매개변수에 의해 이방겅재료를 고려할 수 있도록 하였다. 적층평판이론으로는 전단변형 효과를 고려할 수 있는 등가단출이론(ESL Theory)에 기초를 두었기 때문에 두 적층간 계면에서의 전단변형률은 연속이라는 조건을 갖게된다 적분형 르장드르 다항식이 형상함수로 사용되었으며 형상함수의 차수는 1차에서 10차까지 변화시킬 수 있다. 또한, Causs-Lobatto 수치적될법을 사용하기 때문에 기존의 가우스 적분점에서 계산되던 응력값은 이 적분법의 적분점이 절점에 위치하므로 절점에서 바로 응력값이 산출되도록 하였다 극한하중 수렴성, 비선형 효과, 소성역의 형상 등의 비교관점을 통해 p-version 유한요소 모델의 적정성을 보이고자 하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제27권10호
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• pp.1793-1799
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• 2003

An optimal design of a multi-layered plate structure to endure high-velocity impact has been suggested by using size optimization after numerical simulations. The NET2D, a Lagrangian explicit time-integration finite element code for analyzing high-velocity impact, was used to find the parameters for the optimization. Three different materials such as mild steel, aluminum for a multi-layered plate structure and die steel for the pellet, were assumed. In order to consider the effects of strain rate hardening, strain hardening and thermal softening, Johnson-Cook model and Phenomenological Material Model were used as constitutive models for the simulation. It was carried out with several different gaps and thickness of layers to figure out the trend in terms of those parameters' changes under the constraint, which is against complete penetration. Also, the measuring domain has been shrunk with several elements to reduce the analyzing time. The response surface method based on the design of experiments was used as optimization algorithms. The optimized thickness of each layer in which perforation does not occur has been obtained at a constant velocity and a designated total thickness. The result is quite acceptable satisfying both the minimized deformation energy and the weight criteria. Furthermore, a conceptual idea for topology optimization was suggested for the future work.

• 대한토목학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.25-37
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• 1992

매우 큰 기하학적 변화를 나타낼 수 있는 비선형 유한요소의 정식화 과정을 나타내었다. 유한요소의 구성은 변화되는 재료의 기준 물성치에 근거를 두고 형성하였으므로 매우 큰 변형을 받는 재료의 특성들을 진응력 변형율 시험에 정확히 직접 적용할 수 있도록 하였다. 큰 변형 문제에 대하여 연속체 역학적인 접근방법으로 일관된 공식을 유도하였다. 운동학적인 문제는 변화되는 재료의 물성 기준치가 더욱 더 요구되므로, 물체 평형 방정식을 변화되는 기하학적 좌표로서 또한 형성하였으며, 이에 2차 Piola-Kirchhoff 응력과 변화되는 Largrangian 변형을 텐서들이 사용되었다. 수치해는 명확한 증분적인 수치과정으로 유도하였으며, 수치해의 증명을 위하여 뼈대구조와 평면구조들의 매우 큰 변형에 대한 예제들을 해석하였다. 또한 적절히 취급되는 재료 특성에 대한 중요성을 논증하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제12권5호
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• pp.507-526
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• 2001

In standard finite element algorithms, the local stability conditions are not accounted for in the formulation of the tangent stiffness matrix. As a result, the loss of the local stability is not adequately related to the onset of the global instability. The phenomenon typically arises with material-type localizations, such as shear bands and plastic hinges. This paper addresses the problem in the context of the planar, finite-strain, rate-independent, materially non-linear beam theory, although the proposed technology is in principle not limited to beam structures. A weak formulation of Reissner's finite-strain beam theory is first presented, where the pseudocurvature of the deformed axis is the only unknown function. We further derive the local stability conditions for the large deformation case, and suggest various possible combinations of the interpolation and numerical integration schemes that trigger the simultaneous loss of the local and global instabilities of a statically determined beam. For practical applications, we advice on a procedure that uses a special numerical integration rule, where interpolation nodes and integration points are equal in number, but not in locations, except for the point of the local instability, where the interpolation node and the integration point coalesce. Provided that the point of instability is an end-point of the beam-a condition often met in engineering practice-the procedure simplifies substantially; one of such algorithms uses the combination of the Lagrangian interpolation and Lobatto's integration. The present paper uses the Galerkin finite element discretization, but a conceptually similar technology could be extended to other discretization methods.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.245-255
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• 1994

충돌현상을 재현할 수 있는 이차원 파전파 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 불연속인 충격전면에 연속성을 부여하기 위한 기법으로 Von Neumann과 Ritchmyer가 제안한 인공점성을 수치해석시 도입하였다. 본 연구에서는 충돌물체의 재료모델로서 Von-Mises 항복함수를 이용한 탄소성 모델을 사용하였다. 개발된 컴퓨터 프로그램을 검증하기 위하여 충격을 가하는 물체와 받는 물체로 구성된 충돌현상을 재현하였다. 본 연구에서 개발된 컴퓨터 프로그램은 이차원 평면요소를 사용하였기 때문에 재현된 충돌해석 결과를 3차원에서 발생하는 실제값과 정량적으로 비교할 수는 없었으나 충돌실험시 실제로 발생하는 파괴현상을 정성적으로 분석할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제14권4호
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• pp.27-34
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• 2001

토탈 라그랑지안 방법과 변형율을 가정한 Hellinger-Reissner 원리에 기초한 유한요소법을 이용하여 패치로 보강된 구형 복합재료 쉘의 후좌굴 거동 및 진동 특성을 살펴보았다. 패치 요소는 따로 다른 유한요소를 사용하지 않고 쉘의 중앙면과 다른 기준점을 잡아 두께 변수를 택하여 정식화를 하였다. 비선형 해법으로 원통형 호-길이법을 적용하였고, 후 좌굴 진동은 미소 진폭을 갖는다고 가정하였다. 구형 쉘 패넬에서 패치가 비선형 거동 및 진동수에 미치는 영향을 고찰하였고, 그 결과 패치는 하중지지도를 개선시키킨다. 패치로 보강된 패널의 1차 고유진동수는 등가 패널에 비하여 낮으나, 하중을 받는 경우 1차 고유진동수는 급격히 감소하지 않았다.

• 대한기계학회논문집
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• 제18권8호
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• pp.2113-2122
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• 1994

The 3-D FEM analysis for simulating the stamping operation of planar anisotropic sheet metals with arbitrarily-shaped tools is introduced. An implicit, incremental, updated Lagrangian formulation with a rigid-viscoplastic constitutive equation is employed. Contact and friction are considered through the mesh-normal, which compatibly describes arbitrary tool surfaces and FEM meshes without depending on the explicit spatial derivatives of tool surfaces. The consistent full set of governing relations, comprising equilibrium equation and mesh-normal geometric constraints, is appropriately linearized. The linear triangular elements are used for depicting the formed sheet, based on membrane approximation. Barlat's non-quadratic anisotropic yield criterion(strain-rate potential) is employed, whose in-plane anisotropic properties are taken into account with anisotropic coefficients and non-quadratic function parameter. The planar anisotropic finite element formulation is tested with the numerical simulations of the stamping of an automotive hood inner panel and the drawing of a hemispherical punch. The in-plane anisotropic effects on the formability of both mild steel and aluminum alloy sheet metals are examined.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제2권4호
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• pp.375-396
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• 2009

In the present work, the elasto-viscoplastic behavior, interactions between grains, and the texture evolution in polycrystalline materials subjected to finite deformations are modeled using a multiscale analysis procedure within a finite element framework. Computational homogenization is used to relate the grain (meso) scale to the macroscale. Specifically, a polycrystal is modeled by a material representative volume element (RVE) consisting of an aggregate of grains, and a periodic distribution of such unit cells is considered to describe material behavior locally on the macroscale. The elastic behavior is defined by a hyperelastic potential, and the viscoplastic response is modeled by a simple power law complemented by a work hardening equation. The finite element framework is based on a Lagrangian formulation, where a kinematic split of the deformation gradient into volume preserving and volumetric parts together with a three-field form of the Hu-Washizu variational principle is adopted to create a stable finite element method. Examples involving simple deformations of an aluminum alloy are modeled to predict inhomogeneous fields on the grain scale, and the macroscopic effective stress-strain curve and texture evolution are compared to those obtained using both upper and lower bound models.