간행물
한국전산구조공학회 논문집 KCI 등재 Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
- 발행기관 한국전산구조공학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 1229-3059 (Print)2287-2302 (Online)
- 수록기간 1988 ~ 2023
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 531DDC 624
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제28권 5호 (2015년 10월) 15건
1.
2015.10
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본 논문에서는 커코프 판이론과 폰-칼만 비선형 변형율-변위 관계를 이용하여 서형화된 좌굴해석을 수행하였다. 평면응력과 좌굴문제에서 영률과 두께에 관한 설계민감도식을 유도하였고, 고유치를 최대화하면서 컴플라이언스를 최소화하는 위상최적설계 기법을 정식화하였다. 좌굴해석에서의 프리스트레스를 이용하여 판 좌굴문제에 적용할 수 있는 위상최적설계 기법을 개발하였다. 폰-칼만 비선형 변형률을 사용하여 좌굴문제의 응력행렬을 구성하는데 프리스트레스가 필요하므로 면외로의 운동을 도입하였다. 위상최적설계를 위하여 정규재료밀도를 설계변수로 하고, 목적함수는 최소 컴플라이언스와 최대 고유진동수로 하였으며 제한조건은 허용되는 재료량이다. 여러 수치예제를 통하여 개발된 설계민감도 해석법은 유한차분 민감도와 비교하여 매우 정확한 값을 가지고, 위상최적설계는 물리적으로 의미있는 결과를 제공함을 확인하였다.
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2.
2015.10
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본 논문은 강체간의 충돌에 의한 충격력에 대한 수학적 정해 및 고준위폐기물 처분용기의 지면 추락낙하사고 시의 충돌충격에의 응용 논문으로 강체간 충돌에 의해 발생하는 충격력 특히 고준위폐기물 처분용기의 지면 추락낙하 충격사고 시 처분용기에 가해지는 충격력을 구하는 기구동역학 수치해석 연구를 수행하였다. 이를 통하여 고준위폐기물 처분용기의 구조안전성 설계과정에서 요구되는 처분용기 처분 시 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력을 수치적으로 구하였다. 수치해석 연구의 주된 내용은 기구동역학해석 상용 컴퓨터코드를 이용하여 처분장에서 운반차량으로 처분용기 운반중 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시에 처분용기에 가해지는 충격력을 구하는 기술적인 방법에 관한 것이며 이를 토대로 지면과 충돌하는 처분용기에 발생하는 충격력을 구하는 문제를 수치적으로 다루었다. 이렇게 수치적으로 구한 충격력을 이론적으로 구한 값들과 비교하였다. 비교결과 이론값들과 잘 일치함을 알 수 있었다.
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3.
2015.10
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항공기는 목적에 따라서 민간 항공기, 무인항공기, 전투기, 헬리콥터 등 다양한 항공기가 존재한다. 이 각각의 항공기는 특정한 목적에 맞게 형상 및 설계가 된다. 특히 항공기 개발과정에서 중요한 해석과정 중 하나가 구조해석이다. 하지만 항공기 구조가 복잡해지고 3차원 모델로 구조해석을 하게 되면 시간과 비용이 크게 증가하게 된다. 따라서 해석 효율성을 위해서 1차원 등가 보나 2차원 평면 응력 조건을 이용하여 실제 구조를 보다 간단하게 모델링한다. 하지만 이런 모델링은 실제 구조와 차이가 있으므로 실제 구조를 잘 반영할 수 있는 적절한 모델링이 필요하다. 따라서 구조형태에 따라서 1차원 등가 보와 2차원 평면응력 조건을 적절하게 선택하여야 한다. 본 논문에서는 EDISON에 업로드 된 구조해석 프로그램을 이용하여 1차원 구조해석과 2차원 구조해석을 검증하고 구조형태에 따라서 1차원 해석과 2차원 해석을 각각 3차원 MSC NASTRAN 구조해석과 비교하여 적절한 해석방법을 찾고자 한다. 비교결과 길이 대 높이 비가 증가할수록 1차원 해석과 3차원 해석의 오차가 급격히 줄어들었으며 이 비율이 18보다 증가하였을 때는 1차원 해석이 2차원 해석보다 3차원 해석의 결과와 일치하였다.
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4.
2015.10
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본 논문에서는 구조물에 작용하는 하중의 크기와 진동수에 따른 거동의 비선형성을 확인하고 정확한 예측을 위한 방법을 모색하기 위하여 외팔보의 정적 및 동적해석의 수행에서 선형, 비선형 해석의 결과를 비교하는 연구를 진행하였다. 우선 보의 자유단에 수직방향의 정적 및 동적 하중을 가한 상황을 예측하였다. 선형 해석방법으로 고전 외팔보 이론을 적용하였고, co-rotational dynamic 유한요소해석 기법을 개발하여 비선형 해석방법으로 사용하였다. 먼저 정적해석에서 외력의 크기가 달라질 때 선형 및 비선형 해석 예측이 어떠한 차이를 보이는지 비교하였다. 그리고 동적해석을 통해 가진 진동수의 변화에 따른 보 끝단의 무차원화된 변위의 양상을 연구하였고, 공진진동수 근방에서의 상당한 변위가 발생함을 보였다. 마지막으로 주파수 지연현상을 조사하기 위해 특정 진동수에서의 시간 경과에 따른 보의 변위를 확인하였다.
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5.
2015.10
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본 논문에서는 Euler-Bernoulli Beam(EB-beam) 및 신속 Fourier 변환을 이용하여 수치분석적 빔 모델 및 Co-rotational plane beam EDISON program(CR-beam)을 이용한 빔 모델의 가진주파수 변화에 따른 외팔보의 자유단 진동 연구를 수행하였다. 위의 두 빔 모델에서의 끝단에서는 진동이 시간이 지남에 따라 감소하다가 정상상태에 이르는 것을 확인하였다. 끝단에서 가진주파수가 증가함에 따라 구조적 감쇠에 의해 변위이 감소하는 경향을 보인다. 감쇠를 고려한 EB-beam과 CR-beam가 정상상태로 진입하는 경향이 비슷하나, 가진주파수는 정상상태가 나타나는 시간과 독립적임을 제시한다.
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6.
2015.10
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구조의 기하학적 비선형해석을 위해 대표적으로 Total Lagrangian, Updated Lagrangian 정식화 기법이 있다. 이러한 고전적인 정식화 과정은 요소의 변형률을 가정하는 방법에 따라 그리고 요소의 절점 수에 따라 추가의 수학적 정식화 과정이 요구된다. 하지만 비교적 최근에 정립된 Co-roational(CR) 이론은 기 존재하는 보, 판, 쉘 요소에 독립적으로 요소 절점자유도에 따라 일정하게 적용하여 대변위, 작은 변형률을 갖는 구조의 기하비선형 해석을 가능케 한다. 본 논문에서는 회전자유도를 갖는 삼각평면요소에 대한 CR 기법을 정식화하였고 동적해석으로 확장하여 이를 상용프로그램과 검증하였다. 해석에 사용한 삼각평면요소는 OPtimal Triangular(OPT) 평면요소이다.
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7.
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합성보의 쉬어코넥트로 널리 사용되고 있는 스터드볼트는 현재 학회규준에 강재의 재질은 용접성을 고려한 SS400이 규정되어 있으며, 그 전단내력의 산정식은 압축강도 300kgf/cm2 이하의 콘크리트를 대상으로 하고 있다. 한편 합성구조의 보급에 따라 합성보 뿐만 아니라 다른 구조부분에서도 강재과 콘크리트를 결합하는 쉬어코넥트 혹은 다른 용도의 접합재의 필요성과 함께 강재와 콘크리트의 고강도화, 프리캐스트화가 예상된다. 따라서 본 연구에서는 고강도 콘크리트와 강부재를 결합하기 위한 고강도 스터드의 개발을 목적으로 행하여진 일련의 실험결과를 보고하였다. 또한 스터드의 강성을 증대시키기 위한 강관을 이용한 쉬어콘넥트(이하, 파이프 스터드라고 한다)를 고안하였다. 본 논문에서는 고강도 스터드의 용접성, 역학특성에 관한 실험적 검토와 동시에 고강도․고강성 스터드인 파이프 스터드의 강성․내력을 종래의 스터드 볼트와의 비교실험을 하여 파이프 스터드의 유효성을 검증한다.
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8.
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본 논문에서는 굽힘하중이 가해지는 스마트 복합재 적층판의 자유단에서 발생하는 박리응력을 압전 작동기를 이용해서 감소시키는 방법을 응력함수를 이용해 해석하는 방법을 제안하였다. 전기-기계 연성에 의해 나타나는 지배방정식은 최소 보족일의 원리를 이용해 구하였다. 응력상태는 일반적인 고유치 해석과정을 통해 구하였다. 스마트 복합재 적층판의 자유단 박리응력은 압전 작동기를 이용해 감소시킬 수 있었다. cross-ply 복합재 적층판의 박리응력 감소가 angle-ply 복합재 적층판 보다 크게 나타났다.
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9.
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본 논문에서는 부분 보강된 CFT 기둥의 폭발저항성능을 일반 CFT 기둥과 비교하여 강판 보강의 효과를 확인하였다. 폭발하중을 받는 CFT 기둥의 구조해석에는 폭발과 충돌 해석을 위한 특수한 하이드로코드인 Autodyn을 사용하여 수치해석을 수행하였다. 콘크리트와 이를 둘러싸고 있는 강판 사이의 상호작용을 모델링하는 여러 방법이 있다. 본 연구에서는 기둥의 실제 파괴를 표현하기 위해 마찰 옵션 및 조인 옵션으로 모델링하였다. 해석에 따르면, 부분 보강된 CFT 기둥은 일반 CFT 기둥에 비해 더 나은 폭발저항효과를 나타내었다. 보강 CFT기둥의 폭발저항성능은 콘크리트를 둘러싸고 있는 부분 보강된 강판의 높이가 높을수록 향상되었으며 CFT 기둥의 단면 크기 이상으로 보강할 것을 추천한다.
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10.
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건물외피 발생하는 열교현상은 건물의 단열성능 및 외피의 내구성에 영향을 미치며, 국내의 일반적인 주거형식인 공동주택의 발코니에 있어서 이러한 열교현상은 중요하게 고려되고 있다. 이와 같이 내·외부 발코니 슬래브 사이에서 발생하는 열교현상을 최소화하기 위한 목적으로 열교차단장치가 개발되었으며 다수의 건설현장에서 적용되고 있다. 철근콘크리트 슬래브 벽-슬래브 접합부에 열교차단장치를 적용함으로써 건물의 단열성능을 향상될 수 있으나 풍하중과 같은 양방향의 하중에 의해 열교차단장치 삽입부위가 적합한 구조성능을 확보하고 있는지에 대한 검증이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 철근콘크리트 슬래브에 적용된 열교차단장치의 구조성능을 확인하기 위해 변위제어 방식으로 30 싸이클의 반복하중을 가력하였다. 열교차단장치가 삽입된 접합부는 요구되는 구조성능을 확보하며, 최대 모멘트강도, 에너지소산능력, 연성비가 기존의 철근콘크리트 슬래브와 비교하여 향상되는 것으로 나타났다.
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11.
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원자로 격납건물은 냉각재상실사고와 같이 내부의 과도한 압력이 유발되는 사고에 있어서도 방사성 물질이 외부로 누출되지 않도록 막는 최종의 방벽이다. 이러한 격납건물의 기능적 중요성에 기인하여, 건설 초기 구조건전성시험(SIT)을 수행한다. 신고리 3호기 SIT 시험 당시 계측된 변위를 예측하기 위한 초기 해석 모델은 일부 위치에서 실제 변위를 과소 평가하는 경향을 보임에 따라 이를 개선하고자 하는 연구가 수행되었다. 해당 연구의 결과를 I 편과 II 편의 논문으로 정리하였으며, 본 I 편에서는 초기 해석모델을 개선해가는 과정에서의 해석모델 구성 시의 주요 고려사항의 분석 및 예비해석 결과를 제시하고 있다. 우선적으로 콘크리트 자체의 해석요소(mesh) 구성과 라이너, 철근, 텐던 등의 요소간의 연결 설정이 중요함을 확인하였다. 또한, 다양한 예비해석의 결과를 통해 비부착식 텐던으로 시공된 구조물에서 덕트관에 의한 강성 저감 효과 및 덕트관을 사이에 둔 텐던과 콘크리트간의 밀착 여부에 따른 강성 영향을 적절히 고려하는 것이 중요함을 확인하였다.
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12.
2015.10
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원자로 격납건물은 냉각재상실사고와 같이 내부의 과도한 압력이 유발되는 사고에 있어서도 방사성 물질이 외부로 누출되지 않도록 막는 최종의 방벽이다. 이러한 격납건물의 기능적 중요성에 기인하여, 건설 초기 구조건전성시험(SIT)을 수행한다. 이러한 SIT거동을 가장 실제와 가깝게 예측하기 위한 해석 연구를 수행하였다. 해당 연구의 결과는 2편의 논문으로 정리되었는데, 본 논문은 그 중 II편으로 I편의 해석모델 구성 시의 주요 고려사항의 분석 및 예비해석 결과를 반영한 상세 해석 모델의 구성 과정 및 해석 결과를 제시하고 있다. 특히 비부착식 텐던으로 시공된 구조물에서 덕트관에 의한 강성 저감효과 및 덕트관을 사이에 둔 텐던과 콘크리트간의 밀착 여부에 따른 영향을 해석 시 최대한 고려하고자 하였다. 이러한 과정을 통해 구축된 해석 모델에 따른 변위과 신고리 3호기 SIT 측정변위를 비교한 결과, ASME CC-6000 기준을 충분히 만족시키는 결과가 나타남을 확인하였다.
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13.
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뛰어난 단열성능을 가지는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam, PUF)은 다양한 구조물에서 다른 재료들과 함께 사용되고 있다. 현재 LNG 운반선의 단열시스템에는 유리섬유로 강화된 폴리우레탄 폼(reinforced-polyurethane foam, R-PUF)이 사용되고 있으며, 이는 단열재 역할뿐만 아니라 슬로싱 하중을 포함한 다양한 압축하중에 대한 구조부재 기능을 수행하고 있다. 폴리우레탄 폼은 혼합과 발포를 통해 제작되는 다공성 재료이기 때문에, 본 연구에서는 기공체적비율을 통해 재료의 거동을 모사할 수 있는 Gurson damage model을 사용하여 폴리우레탄 폼의 비선형 압축거동을 모사하였으며, 폴리우레탄 폼의 기계적 성질에 영향을 미치는 영향변수로서 기공체적비율에 의존적으로 알려져 있는 밀도를 설정하였다.
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14.
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지수 함수 및 멱 법칙 함수를 이용한 점진기능재료(FGM) 판의 전단 및 두께 방향 변형을 고려한 이론을 정식화하여 동적 평형방정식을 유도하였다. 지수 함수 및 멱 법칙 함수는 두께 방향으로 재료의 변화를 고려할 수 있고 3차원 해석방법은 전단 및 두께 방향 변형을 고려함으로써 점진기능재료의 정확한 구조적 특성을 고려할 수 있다. Pasternak탄성지반 위에 놓인 4변이 단순 지지되고 전단 및 두께 방향 변형이 고려된 점진기능재료 판의 지배방정식을 풀기 위해 Navier 방법을 사용하였다. 거듭제곱 지수와 3차원 해석의 효과를 나타내기 위한 지수 및 멱 법칙 점진기능재료 판의 동적 해석결과를 제시하였다. 기존의 2차원 고차전단변형 이론 및 3차원 이론과의 관계를 수치해석 결과를 통하여 고찰하였다. 또한 (i) 거듭제곱 지수, (ii) 폭-두께 비, 그리고 (iii) 탄성지반 계수, 등이 점진기능재료 판의 자유진동수에 미치는 효과에 대하여 관찰하였다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 참고문헌의 결과들과 비교 분석하였다.
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15.
2015.10
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기존 구조물의 손상평가에 관한 연구는 지진 등과 같은 과도한 하중에 의한 손상을 고려하였다. 그러나 구조물은 과도한 하중없이도 장기간의 시간에 따라 염화물, 탄성화 등과 같은 이유로 노후화가 진행되어 구조성능이 저하될 수 있다. 그래서 구조물의 건전도를 효과적으로 관리하기 위해서는 노후화에 의한 구조성능 저하도 검토되어야 한다. 본 연구에서는 염화물에 의한 철근의 부식을 노후화 요인으로 고려한다. 철근부식에 의한 재료의 구조성능 저하를 고려하기 위해 부식정도에 따른 철근의 단면적, 항복강도, 파단변형률, 피복 콘크리트 강도 등을 예측한다. 이를 구조모델링에 적용하여 구조부재 및 구조물의 구조성능 저하를 분석한다. 구조부재의 구조성능을 분석하기 위해 모멘트-곡률 해석을 수행한다. 구조물 레벨의 구조성능을 고려하기 위해, 고유치해석을 통한 고유주기와 모드형상을 분석한다. 또한 비선형 정적해석을 통해 구조물의 강도와 변형성능을 분석한다.
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