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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 ~ 2024
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 531DDC 624
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제20권 1호 (2007년 2월) 10건
1.
2007.02
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본 연구에서는 케이블구조의 초기형상해석을 위한 새로운 탄성포물선 케이블요소(elastic parabolic cable element)를 제시한다. 이를 위하여 먼저 탄성현수선 케이블요소(elastic catenary cable element)에 대한 적합조건과 접선강도행렬 유도과정을 간략히 한다. 이를 토대로 장력이 충분히 도입되어 자중에 의한 처짐 형상이 포물선에 가깝다는 가정 하에서 무응력길이를 포함하는 탄성포물선 케이블요소의 비선형 힘-변형관계식과 접선강도행렬을 유도한다. 또한 현(chord) 방향으로 두 케이블요소의 등가 장력식을 정의한다. 본 요소의 정확성을 확인하기 위하여, 탄성현수선과 탄성포물선 케이블요소를 각각 적용하여 고정하중을 받는 사장교의 초기형상해석을 수행하고 무응력길이, 등가장력, 그리고 최대장력 결과를 비교, 분석한다.
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2.
2007.02
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본 연구에서는 위상최적화 알고리즘의 수렴성을 개선하기 위해 설계영역에 초기 구멍을 도입하는 방법을 제시하는데, 이것은 경계면에 기초한 최적화 방법의 느린 수렴성을 완화하기 위해, Eschenauer et al.에 의해 고안된 버블 방법의 설계영역 안에 구멍을 도입하는 개념과 연계된다. 버블 방법과 달리, 제안된 방법에서는 최적화 과정동안 구멍의 위치를 정의하는 특성함수를 이용하지 않고, 최적화 초기화 단계에서만 초기 구멍을 도입하는데, 이러한 초기 설계영역 안의 솔리드와 보이드 영역들은 고정되는 것이 아니라 합쳐지거나 쪼개지면서 변화된다. 따라서 위상최적화 알고리즘에서 구멍의 이동에 관련된 복잡한 수치적인 계산 없이 자동적으로 설계변수의 유한변화를 더욱 강화시키기 때문에 목적함수 값의 수렴성을 개선할 수 있다. 본 논문에서는 다양한 치수와 형상의 구멍을 포함하는 초기 설계영역을 가지는 Michell형 보의 위상 최적설계를 밀도분포법으로 불리는 SIMP를 이용하여 수행하였다. 이를 통해 위상최적화의 수렴성을 개선하고 최적위상과 형상에 영향을 미치는 초기 구멍의 효과를 검증하였다.
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3.
2007.02
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이산화 된 구조물의 위상최적화 과정은 균일하게 분포된 재료 밀도의 위상으로 표현되는 초기 설계영역을 시발점으로 한다. 최적화 과정 동안 구조물의 위상은 고정된 설계영역 내에 주어진 최적화 문제를 만족시키는 방향으로 변화하면서, 최종적으로 최적 위상의 재료 밀도 분포를 생산한다. Eschenauer et al.에 의해 제안되었던 설계영역 안에 구멍을 도입하는 개념은 원래 경계면의 최적화 문제에 대해 설계변수의 유한적인 변화를 촉진시켜 최적화의 수렴성 개선을 도모하기 위함이었으나, 위상최적화의 관점에서는 초기 위상의 정의에 따라 다양한 최적 위상이 생산되는 것을 의미한다. 본 연구에서는 초기 설계영역 안에 국소적인 솔리드 상을 도입해 초기 위상에 변화를 주었을 때, 한정된 재료 하에 구조물에 배치 가능한 다양한 최적 위상을 산출할 수 있음을 검증하였다. 수치 예제로서 초기 설계영역 내에 다양한 치수를 가지는 국부적인 원형 솔리드의 고정된 개수를 투입하여 간단한 MBB-보의 위상최적 설계를 수행하였다.
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4.
2007.02
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본 연구에서는 3절점 요소와 4절점 요소를 가지는 비등방성 절판 구조물의 처짐 해석을 수행한다. 절판 구조물을 해석할 때 4절점 요소뿐만 아니라 3절점 요소의 사용이 필요한 경우가 발생하게 된다 그러나 3절점 요소를 사용하는 것은 간단하지 않다. 그러므로 본 연구에서 사용한 3절점 요소는 4절점 요소에서 절점을 감소시키는 방법을 사용하여 계산 과정의 편의성과 3절점 요소의 사용으로 인한 복잡성을 피할 수 있다. 이러한 방법을 고차 전단변형이론에 적용하기 위하여 Lagrangian 보간함수만을 사용한다. 또한 해석과정의 편의성 및 정확성을 위하여 면내회전각 자유도를 도입한다. 특히 본 논문에서는 3절점 및 4절점 요소의 사용에 의한 비등방성 복합적층 절판 구조물의 거동 특성을 분석하며 이에 대한 영향을 다양한 매개변수를 통하여 상세히 규명하고자 한다.
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5.
2007.02
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본 논문은 다중 적층지반상의 지반-구조물 상호작용 해석을 위한 3차원 무한요소를 소개한다. 본 무한요소는 Cartesian 좌표계에서 정식화되었으며, 수평, 수평모서리, 수직, 수직 모서리 그리고 수평 수직 모서리 무한요소로서 총 5개의 무한요소로서 구성된다 적용한 형상함수 내부의 파동함수들은 적층지반의 파동문제를 효과적으로 모사하며 다중파동성분을 포함하고 있다. 본 요소의 성능을 검증하기 위하여 주파수영역에서 여러 가지 예제해석을 수행하였다. 균질 및 적층지반상 강체기초와 묻힌 케이슨 기초의 무차원 동적 거동(compliance & impedance)을 구하였으며, 기연구자들의 값과 비교 검토하였다.
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6.
2007.02
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해양구조물에서 많이 사용되는 K-Joint는 그 구조특성으로 인해 응력집중이 발생하며 최적 설계를 위한 가이드라인제시가 요구된다. 형상특성에 따른 응력집중 현상이 다르게 발생함으로 형상을 결정하는 각종 변수인 의 변화에 따른 조인트의 응력변화를 분석하였다. 수치적인 패라메트릭 연구를 통해 응력 변화 특성을 제시하였고 주요 요소에 따른 최대 응력값도 나타내었고 수치해석 결과를 실험값과 비교하였다.
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7.
2007.02
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본 연구는 동하중의 영향을 받는 구조물의 효율적인 구조 해석 및 최적화 수행을 위해 임계 시간의 동하중을 등가 정하중으로 변환하는 방법을 제안한다. 동하중을 등가 정하중으로 변환하기 위해서는 적절한 자유도 선정이 중요하다. 그러나, 기존 방법에서는 자유도의 선정이 임의로 이루어져서 몇 개의 자유도에 과도한 정하중이 부과되거나, 구조물의 거동에 영향력이 없는 자유도들이 선정됨으로써 신뢰성이 떨어지는 결과를 제공하기도 한다. 본 연구에서는 2단계 축소기법과의 연동을 통해 중요 자유도를 선정하고, 선정된 자유도에 등가 정하중을 부과하는 방법을 제안하다. 주자유도는 구조물의 거동에 지배적인 영향력을 갖고 있으며, 손상 탐지나 시스템 검증에서도 중요한 의미를 갖는 자유도이다. 수치예제를 통해 선정된 자유도에 등가 정하중을 분포시킨 후 동하중하의 시간 응답과 비교하여 그 신뢰성을 확인한다.
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8.
2007.02
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구조 역섭동 문제에서, 신뢰할 만한 결과를 얻기 위해서는 정의되지 않은 모든 자유도가 미지변수로 간주되기 때문에 많은 전산자원이 필요하다. 본 연구에서는 축소시스템 기법과의 연동을 통해 정의되지 않은 자유도를 축소시스템에서 정의된 자유도 정보로 대체함으로써 해의 정확성과 계산의 효율성을 확보하는 기법을 제안한다. 일반적으로 구조 시스템을 축소할 경우, 시스템 축소변환 행렬에 오차가 포함되게 된다. 이 오차로 인해 축소기법을 적용하여 역섭동 문제의 정확한 해를 구하는 것은 쉽지 않은 문제이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 자유도 변환행렬을 매 단계마다 개선하는 반복적 축소 시스템 기법을 적용한다. 자유도 기반 축소시스템의 신뢰성은 주자유도 선정 위치와 변환행렬의 반복 계산 횟수에 의해 결정되며, 변환행렬의 반복 계산을 줄이기 위해서는 시스템 구축 초기에 주자유도가 잘 선정되어야 한다. 따라서, 본 연구에서는 축소모델의 정확도를 향상시키고 변환 행렬의 반복 계산을 최소화하기 위해 2단계 축소기법을 적용하여 주자유도 위치를 선정한다. 최종적으로 수치예제를 통해서 반복적 역섭동법의 효용성을 확인한다.
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9.
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본 연구에서는 설계민감도 해석기법을 사용하여 구조물의 안정성, 즉 좌굴을 고려한 형상 최적설계를 수행하였다. 형상 변수를 고려한 설계민감도 해석을 수행하기 위해 전미분 개념을 도입하고, 이를 이용하여 연속체기반의 변분방정식을 미분하여 민감도공식을 유도하였다. 기존의 유한차분법과 비교할 때 설계민감도 해석법의 장점은 설계변수의 갯수에 상관없이 매우 적은 해석횟수를 가지고도 민감도를 더 정확하게 계산할 수 있으며, 해석결과만을 이용하여 민감도계산을 수행하므로 상용 해석 소프트웨어를 활용할 수 있다는 것이다. 한편 좌굴문제를 다룰 때는 일반적으로 보나 쉘 같은 구조요소를 이용하지만 본 연구에서는 솔리드 요소를 이용한 연속체 모델로 고려하였는데 그 이유는 연속체 모델을 이용하면 뚱뚱한 형상뿐만 아니라 보나 쉘 같은 슬림(slim) 한 모델을 모두 해석할 수 있기 때문이다 설계민감도를 활용하여 여러 가지 좌굴문제에 대해 형상 설계민감도 계산 및 최적설계를 수행하였다. 그 결과 실행함수가 매우 빠르게 수렴하는 것을 확인할 수 있었고, 설계변수가 많아지고 해석시간이 길어질수록 더 효율적인 것을 알 수 있었다.
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10.
2007.02
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대형의 유체-구조물 연계시스템(FSI) 해석을 위해 많은 수치기법들이 있지만, 유체의 슬로싱에 의해 발생되는 집중적이고 불규칙한 동수압의 영향 때문에, 신뢰할 수 있는 수치 결과와 수치안정성을 확보하기 위해 매우 조밀한 메쉬를 필요로 한다. 그 결과, 신뢰할 수 있는 장기적인 시간 응답을 구하기 위한 수치해석은 상당히 많은 CPU 시간을 요구한다. 본 논문의 목적은 국부 상세 모델을 이용하여 LNG운반선의 화물창 시스템의 유탄성적 거동을 해석하기 위한 전역-국부 해석기법을 제시하고자 한다. 본 논문에서 제시한 해석기법의 타당성을 증명하고 이 기법을 통해 LNG운반선 화물창 시스템의 국부응답을 효율적으로 예측한 결과를 제시하였다.
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