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 ~ 2024
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 531DDC 624
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제25권 3호 (2012년 6월) 10건
1.
2012.06
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이 연구는 회전관성과 전단변형을 동시에 고려한 변단면 Timoshenko 보의 자유진동에 관한 연구이다. 변단면 보의 단 면은 폭이 포물선 함수로 변화하는 변화폭 직사각형 단면으로 채택하였다. 이러한 보의 자유진동을 지배하는 수직변위에 대한 4계 상미분방정식을 유도하였다. 이 상미분방정식을 수치해석하여 고유진동수와 진동형을 산출하였다. 수치해석 예에 서는 회전-회전, 회전-고정, 고정-고정 지점을 고려하였다. 진동형은 변위의 진동형뿐만 아니라 합응력의 진동형도 산출하 여 그림에 나타내었다. 휨 회전각과 전단변형에 의한 수직변위 및 전단면 회전각의 구성비율을 산정하였다.
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2.
2012.06
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기하학적 비선형성을 고려한 두 개의 비선형 프레임요소의 co-rotational 정식화 과정을 제시한다. 운동학적으로 엄밀한 첫 번째 프레임요소는 변형된 상태의 총 변형성분으로부터 부재력을 산정하며, 정확한 접선강성행렬을 적용한다. 아울러 total Lagrangian 및 updated Lagrangian 정식화에 따른 첫 번째 요소의 엄밀한 접선강성행렬이 동일하다는 것을 보인다. 이에 반하여 두 번째 프레임요소는 절점과 절점사이의 변형을 무시하고 직선으로 가정하여 근사적인 접선강성행렬을 산정 하고, 반복계산 시 증분변위로 부터 증분부재력을 구하여 총부재력을 산정한다. 두 개의 수치예제를 통해 첫 번째 프레임 요소가 기하비선형 거동을 추적하는데 있어서 더 정확하고 성능이 우수하다는 것을 입증한다. 특히 케이블부재의 비선형해 석 예제를 통하여 첫 번째 프레임요소가 휨강성을 고려한 케이블요소로 사용할 수 있음을 보인다.
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3.
2012.06
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본 논문에서는 상온 및 방사선 경화 복합재 풍력 블레이드의 구조성능을 비교하기 위하여 단면 강성, 정적응력 및 동적 고유 진동수를 해석하였다. 먼저 상온 및 방사선 경화공정에 의한 복합재료 시편의 탄성계수 등 물성 값을 적용하였다. 블 레이드의 단면 강성 값은 고형 복합재료 보 이론을 적용하여 유한요소 적분법으로 계산하였다. 허브 체결부위를 포함한 소형 풍력 블레이드를 상용 유한요소 프로그램으로 모델링하여 최대 변위와 응력분포 등을 확인하였다. 또한, 풍력 블레이 드의 회전속도에 따른 원심력 효과를 고려하여 고유 진동수 해석을 병행하였다. 이와 같은 일련의 해석결과를 상호 비교 함으로써, 상온 및 방사선 경화 복합재료의 물성 값 차이에서 기인하는 풍력 블레이드의 구조성능 변화를 정량적으로 분 석하였다.
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4.
2012.06
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본 연구에서는 유리단섬유로 보강된 분사식 섬유보강 복합재료의 인장거동 평가를 위한 실험 및 해석연구를 수행하였다. 이를 위해 다양한 변형율속도(strain rate)에 따른 에폭시수지 및 분사식 섬유보강 복합재료의 인장강도 실험을 수행하였다. 본 연구에 사용된 분사식 섬유보강 복합재료는 15mm 길이로 절단된 유리단섬유가 25% 부피비율로 혼입된 보수·보강용 재 료이다. 에폭시수지의 점탄성 특성을 고려하기 위해 역산모델링(inverse simulation)을 수행하여 변형율속도에 따른 점성변화 를 함수식으로 제안하였다. 역산모델링을 통해 제안된 함수식을 미세역학 기반의 점탄성 손상모델(micromechanics-based viscoelastic damage model; Yang et al., 2012)에 적용하여 분사식 섬유보강 복합재료의 인장거동을 수치적으로 해석하였다. 분사식 섬유보강 복합재료의 인장거동 해석결과와 실험결과를 비교하여 미세역학 기반의 점탄성 손상모델의 정확성을 검증 하였다.
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5.
2012.06
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기둥은 건물에서 하중을 지지하는 중요한 구성요소이므로 기둥의 손상 또는 파괴는 건물의 연쇄붕괴의 원인이 된다. 특 히 폭발하중에 의한 기둥의 거동평가는 연쇄붕괴 방지에 있어 중요한 요소이다. 본 논문에서는 축하중을 받고 있는 기둥이 폭발하중을 받을 때의 거동과 폭발 저항성능을 평가하였다. 이를 위해 동일단면적과 비슷한 철근비를 가지는 기둥에서 주 철근의 개수를 달리하여 각 변수에 따른 폭발하중에 대한 폭발 저항성능을 평가하였다. 또한, 동일한 성능을 지니는 기둥 에서 단면비를 달리하여 기둥의 폭발 저항성능을 비교하였다. 해석결과, 폭발 직후 충격량에 대한 수직 변형률은 철근의 개수 및 단면비에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 그러나 수평변형의 경우 폭발압력을 받는 면의 철근 개수가 증가함 에 따라 기둥의 저항성능이 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 기둥 단면의 단면 2차모멘트가 클수록 폭발하중에 대한 저항 성능 및 복원력이 더 큰 것을 확인하였다.
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6.
2012.06
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대표적인 다상 재료인 콘크리트는 구성 성분의 공간적 분포에 의해 재료 특성이 큰 영향을 받는다. 특히 공극(void)은 콘크리트의 특성에 큰 영향을 주는 요인으로서, 콘크리트 내부에 분포하는 공극의 공간적 분포를 파악하는 것은 재료의 특 성을 이해하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 콘크리트 내부에 존재하는 경량 골재의 공극 분포 분석을 위해서, CT(computed tomography)로부터 얻은 단면 이미지를 활용하여 생성된 3차원 경량 골재 이미지를 활용하여 공극 분포를 시각화(visualization)하였다. 방향에 따른 3차원 경량 골재 내부의 공극 분포 상태를 정성적으로 묘사하기 위해서 확률 분 포 함수인 두점 상관함수(two-point correlation function)를 사용하여 공극의 공간적 분포 경향을 구(sphere)에 표현하였다. 또한 방향에 대한 골재의 강성도(stiffness)를 계산하여 각 방향에 따른 골재의 역학적 물성치 분포 변화를 확인하였다. 각 방향으로의 확률 분포 함수로 표현된 공극 분포와 강성도 분석함으로서 CT 이미지를 통한 공극 분포 특성 분석 및 경량 골재의 역학적 특성을 효과적으로 예측할 수 있음을 확인하였다.
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7.
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5MW급 풍력발전용 기어박스의 효율적인 구조해석과 근사모델을 생성하여 경량화를 위한 형상 최적설계를 수행하였다. 풍력발전용 기어박스의 구조는 기어 트레인, 축, 베어링, 하우징과 같이 복잡한 구성요소로 이루어져 있어 구조해석에 많은 요소 수를 요구하고 있다. 본 연구에서는 헬리컬 기어의 치강성 계수를 고려한 효과적인 기어박스의 구조해석 모델을 생성 하였다. 치강성 계수를 사용한 유성 기어열은 상대적으로 적은 요소 수와 해석시간으로도 전체 기어박스 시스템의 구조해 석과 형상 최적화를 가능케 한다. 치강성을 이용한 단순화된 해석모델과 근사모델을 적용하여 하우징 무게에 영향이 큰 부 위의 두께를 설계변수로 설정하여 케이스 최적설계안을 도출하였으며, 최적설계를 위해 사용된 근사모델의 신뢰성과 최적 기어박스 하우징 형상의 수치해석을 통해 타당성을 검증하였다.
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8.
2012.06
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9.
2012.06
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본 논문에서는 벽식 구조시스템의 일부 전단벽을 제거하여 공간의 가변성을 높인 무량복합 구조시스템의 내진성능을 ATC-63에 제시되어 있는 절차에 따라 파악하였으며, 동일한 규모의 벽식 구조시스템의 내진성능과 비교하였다. 해석모델 로 12층 무량복합 및 벽식 구조시스템을 KBC 2009에 따라 설계하고 비선형 정적 및 비선형 증분 동적해석(IDA)을 수행하 여 지진응답 및 붕괴거동을 파악하였다. 무량복합 시스템은 벽식 구조시스템 보다 적은 양의 콘크리트 물량으로 설계되었 으며, 동일한 지진하중에 대하여 좀 더 큰 변위응답을 보이는 것으로 나타났다. IDA 해석결과 얻어진 붕괴 여유비(CMR) 는 ATC-63에 제시된 한계상태를 만족하여 설계지진하중에 대하여 충분한 내진성능을 보유한 것으로 나타났다.
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10.
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본 연구에서는 모드 I의 변동진폭하중 하에서 평판의 두께관통 균열성장을 예측하고 예측결과를 실험을 통해 검증하였 다. 균열성장 모델을 위해 과하중으로 인한 균열가속과 지연효과를 고려하는 Huang의 모델식을 이용하였다. 실험적 검증 을 위해 Al6016-T6 평판 균열을 제작하여 변동하중을 부여하고 균열길이를 일정 주기로 육안 측정하였다. 측정데이터로부 터 모델 변수를 추정하기 위해 베이지안 접근법에 기반한 파티클 필터 방법을 이용하였고, 이를 통해 위험크기까지의 미래 거동 및 잔존수명을 확률적으로 예측하였으며, 이를 실제 실험한 결과와 비교하였다. 그 결과 변동하중에 의한 균열지연이 잘 예측됨을 확인하였고, 측정 데이터가 증가할수록 예측된 중앙값(median)이 실제와 점점 더 일치하였다.
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