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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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제15권 3호 (2002년 9월) 16건
1.
2002.09
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동전모양의 균열이 이상복합 실린더 계면에 존재하는 혼합모드 조건(I, II)에 대해 유한요소법을 사용하여 에너지해방율을 구하였다. 두재료의 탄성비와 노치율을 변화시켜 상업용 FEM 프로그램인 ABAQUS로부터 얻은 결과를 가상 균열법과 J 적분법에 적용하였으며 에너지해방율을 구하여 무차원함수로 표현하였다. 모드 II의 무차원 에너지해방율은 균열길이와 탄성비가 증가되면서 그 값이 증가됨을 알수 있었다. 반면, 모드 I의 무차원 에너지해방율은 탄성비가 증가하면서 그 값이 감소하며, 두재료의 탄성비가 3 이상인 경우에 균열길이가 증가되면서 무차원 에너지해방율이 감소하다가 다시 증가하게 나타났다. 또한 수치해석된 결과치를 무한판 실린더의 응력확대계수에 대한 정해와 비교하여 본 해석의 신뢰성을 확보하였다
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2.
2002.09
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속이 빈 축대칭 회전체인 두꺼운 쉘의 정확한 고유진동수와 모우드형상을 결정하기 위해서 3차원적인 해석방법이 사용되었다. 이 축대칭 회전쉘의 모선을 직선으로 한정하지 않았으며, 쉘의 두께 또한 일정한 것으로 제한하지 않았다. 이 쉘의 중앙면은 임의의 곡율을 가지며, 쉘의 두께도 임의적으로 변한다. 자오선방향, 두께방향, 원주방향으로의 변위 성분인는 시간반응의 정현성(sinusoidal)과방향으로의 주기성을 지니며,와 z 방향으로는 대수다항 식의 형태로 가정되었다. 이 쉘의 변형률에너지와 운동에너지를 공식화하였으며, 진동수의 최소화를 통해 상위경계치의 진동수를 구하고 다항식의 차수를 증가시켜 엄밀해에 수렴된 진동수를 구할 수 있다. 선형적으로 두께가 변하는 두꺼운 원추형쉘과 구형쉘에 대한 예를 통하여 하위 다섯 개의 진동수에 대해서 유효 숫자 4자리까지의 정확한 수렴성연구가 이루어졌다. 이 해석 방법은 두께가 매우 두꺼운 쉘 뿐만이 아니라 얇은 쉘에도 적용이 가능하다
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3.
2002.09
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본 논문에서는 상시진동계측 결과를 활용하여 교랑의 이동하중해석을 수행하기 위한 구조재해석 기법을 제시하였다. 구조재해석을 위해 필요한 실구조물의 고유진동수와 모우드 형상은 직접퓨리에 분석을 통해 구하고, 감쇠비는 Random Decrement기법을 이용하는 방법을 사용하였다. 또한, 계측 모우드 형상을 구조재해석에 필요한 자유도로 보간하기 위한 보간법을 제시하였다. 더불어, 제시된 구조재해석기법을 이동질량 모형에 기초한 주행하중 해석에 적용하여 이를 직접 해석한 결과와 비교하였다 해석결과는 상시진동 계측의 결과만을 이용하여 수행된 구조재해석 결과도 교량의 실제 응답을 잘 표현할 수 있음을 보여주고 있다.
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4.
2002.09
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본 연구에서는 진동제어를 목적으로 강성이 평면에서 비대칭적으로 분포된 구조물에 감쇠기를 설치할 경우 감쇠편심과 강성편심에 따른 모드특성 및 변위응답의 변화에 관하여 연구하였다 모드 특성으로는 고유진동수, 모드 감쇠비, 모드참여계수, 동적 증폭계수 등의 변화를 분석하였으며, 변위는 지진이력에 대한 약변, 강변, 무게중심 등에서의 변위를 비교하였다. 또한 이를 바탕으로 비틀림 응답을 최소화하기 위한 감쇠기의 적정 감쇠 편심 및 적정 감쇠 분배 문제에 대해 논하였으며, 단층구조물에서 유도된 적정 감쇠분배 방법을 다층구조뭍에 적용하고 그 효과를 확인하였다.
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5.
2002.09
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본 연구에서는 균일한 인장과 굽힘을 받는 반무한 평판내의 분기균열에 대하여 해석하였다. 중첩의 원리를 이용하여 인장과 굽힘을 받는 분기균열에 대하여 응력 및 모멘트 확대계수를 해석하였다. 응력확대계수는 유한요소법과 J 기저 상호매개적분을 이용하여 해석하였고, 모멘트확대계수는 균열선단의 모멘트로부터 모멘트외삽을 이용하여 계산하였다 무차원화된 응력확대계수와 모멘트확대계수에 대한 수치해석 결과는 분기균열 길이와 주균열의 비, 그리고 분기균열각의 함수로 나타내었다
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6.
2002.09
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최근에 급증하고 있는 주상복합 건물은, 건물의 특징상 상부는 전단벽 구조, 하부는 라멘구조로 구성되는 경우가 많으며, 그 구조적 취약성을 고려하여 많은 연구자들에 의해 효율적인 해석방법이 연구되어 왔다. 그러나 이러한 일련의 연구성과는 지나치게 이론에 치우치거나, 전이층 해석에 필수적인 횡력에 대한 고려가 되어있지 않으며 실제 구조설계에 적용하기 어려운 비선형 프로그램을 사용하여 수행되어, 구조설계 실무에 적용하기는 매우 어려운 형편이다. 따라서 본 논문은 기존 구조해석 실무에서 전이층 해석시 통상 사용되어지는 방법과 정밀해석 모델의 비교분석을 통해 실무에서 적용되는 모델링 방법에서 주의해야 할 점을 도출하였다. 특히 실제 구조설계 실무에서 중력하중 뿐만 아니라 지진 하중 해석에서도 보다 정밀하고 간편하게 활용될 수 있는 제안모델을 제시하여 정밀해석 모델과, 기존실무에서 사용되는 해석방법과 비교, 분석함으로서 그 유용성을 확인하였다
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7.
2002.09
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건설공사의 설계와 시공에서 표준화된 이산형 강재단면을 이용하고 있으나, 대부분의 최적화기법에서는 표준강재단면을 사용하기 위해 별도의 이산화 과정을 가지게 되므로 설계결과의 최적성을 보장할 수 없다. 따라서, 본 논문에서는 제안된 알고리즘의 효율성을 높이기 위해 전체구조계와 구조요소계로 나누는 다단계 알고리즘을 적용하였다 수치해석 과정의 효율성과 최적해의 정확성을 예제를 통하여 비교검토하였다.
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8.
2002.09
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탄성지반 위에 놓인 보-기둥 요소의 총포텐셜 에너지로부터 변분원리를 적용하여 지배방정식과 힘-변위 관계식을 유도하였다. 4계 상미분방정식 형태의 지배방정식을 4개의 변위 파라메타를 도입하여 1계 연립미분방정식 형태의 선형 고유치 문제로 전환하고, 힘-변위 관계식을 적용하여 엄밀한 정적, 동적 요소강성행렬을 유도하였다. 직접강성법을 이용하여 구조물 강성행렬을 구하고, 2차원 보-기둥구조의 엄밀한 좌굴하중과 고유진동수를 구하고, 결과를 유한요소해와 비교함으로써 본 연구의 타당성을 검증하였다. 이러한 엄밀한 해석방법은 Hermitian 다항식을 형상함수로 도입하여 요소의 강성행렬을 산정하는 유한요소법과 비교할 때, 요소의 수를 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다.
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9.
2002.09
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본 논문에서는 가압경수로(PWR) 고준위폐기물을 깊은 지하 500 m에 처분 시 사용되는 처분용기의 기본 구조설계에 필요한 처분용기 구조물에 대한 열응력 해석을 수행하였다. 일반적으로 고준위폐기물 처분용기는 지하 수백 미터에 위치하는 화강암 등의 암반 내에 설치하게 되는데, 이 때 처분용기는 내부 바스켓에 채워진 사용 후 핵연료다발의 높은 온도에 따른 열발생에 의하여 내부 주철삽입물 및 외곽쉘에 발생하는 열응력에 견디어야 한다. 따라서 본 논문에서는 처분용기 내부의 핵연료 다발의 열발생을 고려한 열응력 해석을 수행하였다 해석 방법은 유한요소법을 사용하였다. 직접 유한요소해석코드를 작성하는 대신에 구조물의 복잡성 및 유한요소개수의 많음을 고려하여, 상용 유한요소해석 코드인 NISA프로그램을 이용하여 열응력 해석을 수행하였다 해석 결과 처분용기에 가해지는 심지층 지하수압 및 벤토 나이트 버퍼의 팽윤압에 추가하여, 고온의 내부 핵연료다발에 의한 열하중이 작용하더라도 처분용기의 내부 주철삽입물에 발생하는 응력은 주철의 항복응력 보다 여전히 작아 처분용기는 구조적으로 안전함이 확인되었다
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10.
2002.09
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본 논문의 목적은 공간 트러스 비선형 해석기법에 대한 수치해석적 장단점을 비교하고, 효율적인 해석기법을 제안하는 것이다. 사용된 해석기법은 하중 제어법으로 뉴턴-랩슨법, 수정 뉴턴-랩슨법, 할선-뉴턴법, 하중-변위 제어법으로 호장법, 증분일 제어법, 그리고 본 논문에서 제안한 하중-변위의 복합적 제어법으로 복합 호장법 , 복합 호장법Ⅱ, 복합 증분일 제어법이 있다. 공간 트러스에 대한 해석기법의 효율성 평가를 위하여 해의 정확성, 수렴성, 계산시간 등을 제시된 예에 비교한 결과 본 논문에서 제안한 하중-변위의 복합적 제어법의 신뢰성을 입증하였으며, 기하학적 비선형 해석 및 좌굴후 거동의 추적에 있어서 효율적이었다. 특히, 자유도수가 많은 공간 트러스의 좌굴하중 추척에 있어서는 복합 증분일 제어법이 효율적이었다.
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11.
2002.09
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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.
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12.
2002.09
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상자형의 중간격벽은 상자형의 단면변형을 구속하고 상부플랜지에서 발생되는 하중을 양측의 웨브에 분포시키는 역할을 한다. 그러나 상자형의 내부공간이 중간격벽으로 차단될 경우 내부공간을 활용할 수 없으며 유지관리에 많은 어려움을 격게 된다. 상자형의 격벽이 개구부를 갖는 경우 개구부가 없는 경우에 비하여 어떠한 영향을 갖는지를 실험을 통하여 중간격벽의 강성으로 표현하고자 하였다
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13.
2002.09
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내부튜브를 가진 튜브 구조물의 보에 있는 전단응력을 평가하기 위하여 수치적인 해석기법이 제안되었다 이 기법은 휨과 전단변형을 고려한 튜브 보 개념 위에서 각각의 튜브를 연속 보로서 모델링 한다. 전단응력에 대한 수치해석은 패널에 작용하는 응력에 대한 탄성이론과 수학적인 유도를 기초로 하고 있다. 내부와 외부 튜브에 있는 변형곡선에 대한 표현식을 가정함으로써, 그 튜브에 있는 전단응력은 작용하중과 단면 2차 모멘트 그리고 구조물의 기하학적인 표현으로 구성된 선형 함수로서 표현된다 전단지체와 축 응력을 다룬 이전의 연구가 튜브내에 존재하는 전단응력을 수치적으로 해석하기 위하여 보완 발전되었다. 제안된 방법의 정확성과 유용성이 3개의 튜브 구조물의 해석을 통하여 증명 되었다
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14.
2002.09
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본 논문에서는 축방향 압축하중을 받는 다퐁간분리된 적층 보-기둥의 자유진동과 좌팔에 대한 해석을 수행하였다. 다층간분리된 적층 보-기둥의 고유진동수와 탄성 좌굴 하중에 대한 층간분리의 영향을 조사하기 위해 층간분리의 양단에서 기울기와 곡률이 일정하다는 가정을 적용하여 일반적인 운동학적 연속 조건을 유도하였다. 전체 다층간분리된 보-기둥을 부분으로 분할하고, 연속조건에 따른 반복관계를 각 하부 보-기둥에 부과함으로써 다층간분리된 보-기둥의 특성방정식을 구하였다. 축방향 증분 압축 하중에 따른 다층간분리된 보-기둥의 고유진동수와 탄성 좌굴 하중을 구하였으며 이는 손상되지 않은 적층 보-기둥의 최대 탄성 좌굴 하중에 한정된다 연구를 통하여 층간분리의 크기, 위치, 수가 고유진동수와 특히 탄성 좌굴 하중에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
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15.
2002.09
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본 논문의 목적은 전단하중을 받는 얇은 원통구조물의 세장비에 따른 좌굴특성을 보다 깊이 있게 검토하는 것이다. 이를 위하여 J. Okada 등이 제안한 좌굴평가식을 사용하여 세장비에 따른 좌굴강도 평가를 수행하였다. 좌굴강도 평가 결과들로부터 세장비 L/R=3.1, 1.6, 그리고 1.0을 갖는 세가지 좌굴시험체를 결정하고 이에 대한 수치해석과 좌굴특성시험을 수행하였다. 그 결과, 세장비 L/R=3 이상인 경우 평가식에서 예측된 바와 같은 굽힘좌굴이 지배적으로 나타났으며 세장비 L/R=1.0이하로 작을 경우에는 전단좌굴이 지배적으로 나타났고, 세장비 L/R=1.6 영역에서는 전단과 굽힘좌굴이 동시에 발생하는 복합자굴 특성이 나타났다 그리고 수치해석과 평가식에 의한 좌굴특성평가 결과는 시험결과들과 잘 일치하였다.
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16.
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이 논문에서는 여러개의 비틀림보강재를 갖는 코아구조물의 비틀림거동을 구하기 위한 매트릭스 해석방법을 제안하였다. 몇가지의 가정을 토대로 등분포와 삼각분포, 그리고 구조물 상단에 집중 비틀림하중이 작용하는 경우에 대한 응력과 변위식들을 유도하였으며 비틀림각과 응력을 최소화하기 위한 보강위치를 추정하기 위하여 보강재의 위치를 이동시켜 가변서 위치변화가 코아의 비틀림거동에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 본 이론해석의 신뢰성을 고찰하기 위하여 비틀림보강재가 설치된 해석모델틀을 토대로 본 이론에서 구한 응력과 변위를 MIDAS-GEN프로그램에 의한 결과와 비교하였고, 만족할 만한 결과를 얻었다. 비록 컴퓨터를 이용한 3차원해석이 일반적인 구조해석 방법으로 다가왔으나 비용과 시간이 많이 소요되므로 모든 경우에서 최적의 수단이 될 수는 없다. 본 연구에서 제시된 공식들은 초기 설계단계에서 비틀림하중을 받는 실제 코아구조물의 응력과 변위를 추정하는데 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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