직물섬유 보강 콘크리트(textile reinforced concrete, TRC)는 콘크리트 매트릭스를 직물섬유로 보강한 복합재료로 높은 강도 및 우수한 연성을 발휘한다. 본 논문에서는 TRC로 보강된 구조 부재의 성능 평가를 위해 그 유효물성치를 멀티스케일에 기반한 해석적 방법을 통해 평가하였다. 유효물성치 산정을 위해 감소차수모델(reduced order model)에 기반한 3차원 유닛셀 유 한요소해석법을 이용하였다. 계산된 유효물성치를 TRC 보강 휨 부재의 유한요소해석에 활용하여 하중-변위 그래프를 도출하였 다. 계산된 유효물성치를 TRC 보강 휨 부재의 유한요소해석에 활용하여 하중-변위 그래프를 도출하였으며, 이의 정확성을 평가 하기 위해 TRC 복합패널의 4점 휨실험을 수행하고 그 결과를 유한요소 해석결과와 비교 및 분석하였다.

V-type coupling, which is often applied to turbochargers, is a mechanical fastener where radial forces close turbine housing and bearing housing together. It prevents leakage of exhaust gases by contact pressure of the backplate caused by the load transmitted from the bolt-tightening torque. Therefore, it is important to study the mechanical behaviors of the coupling system in order to establish more accurate sealing assessment technologies. In this study, an experiment was first conducted to obtain the relationship between torque and its resulting axial force in a specially designed gage bolt. Strains were then measured when the torque was applied using the gauge bolts on the turbocharger. Thus, the magnitude of the axial force due to the bolt torque can be obtained inversely. In addition, the circumference and width strains of the turbocharger coupling were measured under the assembly load, and theses results were compared with the finite element results. As a result, they tend to be very similar, but in the ring area, analysis results show a relatively small value, and near the bolt, the analysis results are larger than the experimental strains. This is thought to be due to the reduced strains around the bolt by the hammering process.

This study was carried out to standardize the material properties of roll-over protective structure (ROPS) for agricultural tractor. The material properties which were obtained from stress-strain curve, a result of tensile test stress, were used to apply to the virtual test and varied from one production lot to the other and from one manufacturer to the other. And the finite element analysis was performed on the ROPS according to the OECD code. The results show that the load-displacement curves of virtual test were approximately equal to the actual test curves. The manufacturer or lot has been shown to have little effect on the properties of the material. Therefore, it is expected that the representative values that can be used in the finite element analysis can be determined by averaging the property values.

In this study, we investigated the properties of adhesive materials with different lightweight materials such as CFRP and Al-foam. The specimens were tested and analyzed using DCB (Double Cantilever Beam) specimens. In order to secure the reliability of the finite element method, the test and analysis were carried out, and the reliability of the finite element method was secured by using the graph of reaction force to displacement based on the experiment and analysis. The study on the adhesive failure characteristics according to the position of notch hole proceeded. Notch holes were generated at the locations of 40, 110, 150 and 190 mm from the beginning of the specimen near the bonding interface, and the analysis conditions used were the same as those used for securing reliability. The obtained study results are compared with reaction force and equivalent stress. In the case of reaction force, the overall tendency is similar but the difference in maximum reaction force is found. It was found that higher reaction forces appeared at the beginning than at the end of the bonding interface. When the equivalent stresses in the specimens were examined, the value of CFRP was seen to be 30 times higher as much as that of Al-foam.

본 논문에서는 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 유한요소법을 이용한 수치해석으로 예측해 보았다. 프리스트레스의 정도를 주요 변수로 하여 전단 강도의 변화를 살펴보았다. 유한요소해석 프로그램인 Abaqus를 사용하여 CDP재료 모델과 초기조건을 설정함으로 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 비교적 정확하게 예측할 수 있으며 오차는 5%이하였다. 또한 깊은 보의 strut-and-tie 모델과 동일한 형태를 나타냈으며, 해석이 타당하다고 본다. 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 예측하기 위해 제안된 수식으로 전단 강도를 계산하였을 때 실제 전단 강도보다 큰 수치를 얻었다. 텐던에 가해진 프리스트레스의 크기가 커질수록 깊은 보의 전단 강도는 선형적으로 증가하는 현상을 보였다. 깊은 보의 전단 강도를 효과적으로 증가시키기 위해 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보를 활용할 수 있다.

The design and analysis of the rigidity and deformation of the vehicle body are basically performed in two forms. First, the relative response of components separated from a parent system or connected as a model of a subsystem is examined. Second, the entire model is used to consider the absolute response of the components to the externally transmitted vehicle service load, which is defined as that of the entire vehicle body system. In this paper, we propose the finite element modeling for the structural design of the car body. First, we will explain the simple finite element modeling of the car body, explain the method of formulating the stiffness of the joint, and finally the shell element. The proposed finite element modeling is proposed. By applying the proposal, it is possible to propose finite element modeling of all medium and large passenger cars less than 3 tons.

본 논문은 Shaped charge jet(SCJ)의 관통 과정을 유한요소해석을 통해 모사하여 제트 입사속도, 관통률 그리고 관통량 증분과 같은 물리량들을 획득하였다. 이 물리량들을 hydrodynamic 이론에 적용하여 입사 제트 속도의 효율을 분석한 결과, 입사 속도가 빠른 제트의 관통 효율은 이어지는 느린 제트에 비해 높은 것을 확인하였다. 이 효율은 hydrodynamic limit (HL) 미만인 제트인 경우 큰 폭으로 감소하였다. 한편, 시간에 따른 관통량 증분과 제트 소모량의 비교는 SCJ의 이론적인 관통현상 분석을 위해서는 길이 연장 효과를 고려해야함을 보였다.

대규모 유한요소 모델을 빠르게 해석하기는 위해서 병렬 희소 솔버를 필수적으로 적용해야 한다. 이논문에서는 미세하게 변화하는 시스템 행렬을 대상으로 연속적으로 해를 구해야 하는 문제에서 효율적으로 적용가능한 반복-직접 희소 솔버 조합 기법을 소개한다. 반복-직접 희소 솔버 조합 기법은 병렬 희소 솔버 패키지인 PARDISO에 제안 및 구현된 기법으로 새롭게 행렬값이 갱신된 선형 시스템의 해를 구할 때 이전 선형 시스템에 적용된 직접 희소 솔버의 행렬 분해(factorization) 결과를 Krylov 반복 희소 솔버의 preconditioner로 활용하는 방법을 의미한다. PARDISO에서는 미리 설정된 반복 회수까지 해가 수렴하지 않으면 직접 희소 솔버로 해를 구하며, 이후 이어지는 갱신된 선형 시스템의 해를 구할 때는 최종적으로 사용 된 직법 희소 솔버의 행렬 분해 결과를 preconditioner로 사용한다. 이 연구에서는 첫 번째 Krylov 반복 단계에서 소요되는 시간을 동적으로 계산하여 최대 반복 회수를 설정하는 기법을 제안하였으며, 주파수 영역 해석에 적용하여 그 효과를 검증 하였다.

하천의 생태 환경적인 측면을 고려하여 여러 가지 친환경적인 호안공법이 적용되어 시공되는 사례가 증가하고 있다. 친환경적인 호안공법으로는 식생공이 대표적이나 중량물을 시공하는 호안공법과 달리 식생매트를 고정핀으로 고정하는 방식의 식생매트와 같은 호안공법의 경우 중량물을 설계하는 여타의 공법과 달리 적합한 설계방법이 없어 경험적인 방법을 통해서 제 품의 개발과 시공이 이루어지고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 식생매트공법에 사용되는 고정핀과 고정핀이 정착된 지반을 모델링하고 유한요소법을 활용하여 호안식생매트의 안전성을 평가하였다. 해석결과 핀의 상단 부분에서 인발에 저항하기 위해 인장응력이 유발되고 있으며, 헤드 부분은 거의 응력이 작용하지 않는 것으로 나타났고, 핀의 Von Mises 응력값이 인장강 도에 비해 낮게 나타나 파괴모드가 재료 자체의 항복 또는 파쇄에 의한 파괴가 아닌 핀과 지반사이의 뽑힘이 전체 거동을 지배 한다고 평가하였다. 본 연구는 유한요소법을 통해서 식생매트공법의 안전성을 변위와 발생응력에 대하여 평가하였다.

Structural analysis remains as an essential part of any integrated civil engineering system in today’s rapidly changing computing environment. Even with enormous advancements in capabilities of computers and mobile tools, enhancing computational efficiency of algorithms is necessary to meet the changing demands for quick real time response systems. The finite element method is still the most widely used method of computational structural analysis; a robust, reliable and automated finite element structural analysis module is essential in a modern integrated structural engineering system. To be a part of an automated finite element structural analysis, an efficient adaptive mesh generation scheme based on R-H refinement for the mesh and error estimates from representative strain values at Gauss points is described. A coefficient that depends on the shape of element is used to correct overly distorted elements. Two simple case studies show the validity and computational efficiency. The scheme is appropriate for nonlinear and dynamic problems in earthquake engineering which generally require a huge number of iterative computations.

본 논문은 고전적인 오일러-베르누이 보의 집중소성힌지 모델링을 위한 일반유한요소법을 제안한다. 이 기법에서 소성힌지는 해의 약불연속을 묘사하는 적절한 확장함수에 의해 모델링되며, 요소간의 연결성을 변화시키지 않으면서 임의의 위치에 소성힌지를 삽입하는 것이 가능하다. 대신 소성힌지는 이미 존재하는 요소에 위계적으로 자유도를 추가함으로써 형성된다. 제안된 기법의 유효성을 검증하기 위해 수치해석 예제에 대해 h-, p-확장과 같은 수렴성 해석을 수행하였다. 수렴성 해석의 결과가 제안된 기법이 소성힌지가 절점 및 요소 내의 임의의 위치에 존재하는 두 가지 경우 모두에 대하여 유한요소이론에 의한 수렴속도를 얻을 수 있음을 보여주어 기법의 정확성을 입증하였다.

Finite element analyses are carried out to understand the piezoelectric behaviors of ZnO nanowires. Three different types of ZnO nanowires, with aspect ratios of 1:2. 1:31, and 1:57, are analyzed for uniaxial compression, pure bending, and buckling. Under the uniaxial compression with a strain of 1.0 × 10−4 as the reference state, it is predicted that all three types of nanowires develop the same magnitude of the piezoelectric fields, which suggests that longer nanowires exhibit higher piezoelectric potential. However, this prediction is not in agreement with the experimental results previously reported in the literature. Such discrepancy is understood when the piezoelectric behaviors under bending and buckling are considered. When only the strain field due to bending is present in bending or buckling, the antisymmetric nature of the through-thickness stain distribution indicates that two piezoelectric fields, the same in magnitude and opposite in sign, develop along the thickness direction, which cancels each other out, resulting in a zero net piezoelectric field. Once additional strain contribution due to axial deformation is superposed on the bending, such field cancelling is compensated for due to the axial component of the piezoelectric field. Such numerical predictions seem to explain the reported experimental results while providing a guideline for the design of nanowire-based piezoelectric devices.

In this paper, we analyzed the safety on static and dynamic characteristics of a top-down evacuation instrument fixed on the exterior walls of a building using finite element analysis. For this purpose, the stress distribution characteristics of the H-beam structure were analyzed and the equivalent stress distribution, deflection displacement and natural frequency characteristics of the overall structure of the evacuation instrument were analyzed. The structures were applied with the materials of SS440 and SUS304. The static analysis results showed the elastic behavior with safety coefficients from 2.4 to 2.9, by confirming the structural safety. In addition, the analysis of the natural frequency characteristics confirmed that the vibration characteristics were higher than the external conditions of 20Hz.

PURPOSES: The objective of this study was to develop an asphalt pavement response model for a subsurface cavity section using the 3D finite element method and a statistical approach. METHODS: It is necessary to analyze the structural behavior of asphalt pavement with a subsurface cavity to evaluate the degree of risk for a road cave-in. A 3D finite element model was developed to simulate the subsurface cavity underneath asphalt pavement and was verified using the ILLIPAVE program. Finite element analysis was conducted for asphalt pavement sections with different asphalt layer thickness/modulus, and cavity depth and length, to generate the artificial pavement response database. The critical pavement response considered in this study was the tensile strain at the bottom of the asphalt layer because fatigue cracking is the main cause of road cave-in. The relationship between the critical pavement response and influencing factors was investigated using the pavement response database. The statistical regression approach was adopted to develop the asphalt pavement response model for predicting the critical pavement response of asphalt pavement with a subsurface cavity. RESULTS : It was found from the sensitivity analysis that the asphalt layer thickness or modulus, and cavity depth or length, are the major factors affecting road cave-in incidents involving asphalt pavement. The asphalt pavement response model showed high accuracy in predicting the tensile strain at the bottom of asphalt layer. It was found from the verification study that the R square value between finite element model and pavement response model were 0.969 and 0.978 in the cavity and intact sections, respectively. CONCLUSIONS: The work reported in this paper was intended to figure out the pavement structural behavior and to develop a pavement response model for the occurrence of cavities underneath asphalt pavement using 3D finite element analysis. In the future, critical pavement response will be utilized to establish the criteria of risk of road cave-in based on various different conditions.

본 연구에서는 옹벽 구조물의 내진성능 평가를 위해 2차원 유한요소 해석을 수행하였다. 2차원 유한요소 모델은 실제로 시공된 옹벽 구조를 기반으로 2차원 평면변형 요소로 모델링되었으며, 지반은 각각 유한요소와 무한요소로 모델링 하였다. 지진하중은 총 38개의 인공 지진을 생성하여 사용하였고, 생성된 인공 지진파를 11개의 PGA로 나누어 총 418회의 시간이력해석을 수행하였다. 수치해석 결과를 바탕으로 옹벽 구조물의 지진에 대한 취약도를 분석하였다. 취약도 분석 결과 콘크리트 및 철근의 취약도 곡선이 낮은 PGA 수준에서 급격히 변하는 것을 관찰할 수 있었다. 유한요소 해석 결과를 바탕으로 실제 현장의 옹벽 구조에서 상대적으로 낮은 수준의 지진파가 발생하더라도 높은 파괴확률로 인해 지진에 상대적으로 취약함을 확인하였다.

UHPFRC 15 M 분절형 박스거더에 대한 비선형 재료 및 비선형 기하학적 유한요소해석을 수행하였다. UHPFRC의 인장 및 압축 영역에서의 구성방정식은 공시체 시험을 기반으로 하였고, 체적 대비 강섬유 혼입률이 각각 1.0%, 1.5% 및 2.0%에 대해 해석을 수행하였다. UHPFRC를 위한 3차원 8 node hexahedron brick model과 1차원 embedded steel element를 기반으로 모델링하였다. UHPFRC 박스거더 단면에서 하부플랜지에 14개, 24개, 32개의 15.2mm 강연선을 모델링하여 실험결과와 비교하였다. 하중과 변위관계, 선형거동에서 비선형거동으로 변하는 시점에서 하중 및 중립축 변화 과정이 실험결과와 비교해 볼 때 정확하게 산출되었다. 따라서, 압축 및 인장구역에서 구성방정식을 반영한 재료적 비선형해석, UHPFRC 분절형 박스의 기하학적 비선형 해석이 유효함을 알 수 있다.

범용유한요소프로그램인 Abaqus의 확장유한요소법(XFEM)의 사용성 검증을 위하여 2차원 모델에 적용하여 수치해석을 수행하였다. 기존의 연구에 많이 사용되었던 응집요소(cohesive element) 모델은 균열 경로를 예측하고 요소를 삽입하여야 하는 단점 때문에 실제 균열을 모사하는데 한계가 있다. 이러한 이유로 응력의 방향성 및 특이성을 바탕으로 균열의 경로를 예측하는 확장유한요소법(XFEM)이 균열 해석에 있어서 더 발전된 방법으로 이용되어 왔다. 이번 연구에서는 균열의 경로가 자명한 2차원 모델에 사용하여 응집요소해석과 XFEM에 응집요소의 물성을 적용한 해석을 비교하고 XFEM 적용의 타당성을 확인하였다. 수치해석으로 균열 발생 직전의 응력분포 및 응력 특이성을 확인하고 실제 균열 발생경로와의 비교를 한다. 본 연구를 바탕으로 몇 가지의 한계를 극복하면 실제 복잡한 모델의 실제 균열진전해석을 수행하여 균열을 모사할 수 있을 것으로 기대된다.