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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제35권 5호 (2022년 10월) 8건
1.
2022.10
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본 논문은 직접해법 기반 FETI 알고리즘의 개선 방안을 제시하였다. 개선 대상은 FETI-local로, 해당 알고리즘은 국부 Lagrange 승 수를 통해 부영역 간 경계 문제를 정의한다. 부영역 경계 강성 및 하중 계산 단계의 경우, 전체 역행렬 계산 등 과도한 비용을 요구했던 기존 알고리즘을 Boolean 행렬 특성을 활용한 선택적 역행렬 성분 계산으로 개선하였다. 전역 경계 행렬식 계산 단계의 경우, 기존 단 일 프로세서 연산을 다중 프론탈 기법 기반 병렬 연산으로 대체하였다. 제시된 FETI-local 알고리즘의 성능 개선은 64만 자유도 수치 예제를 통해 검증되었으며, 기존 대비 최대 97.8%의 계산 시간 감소가 달성되었다. 또한, 기존 대비 안정적이고 개선된 확장성이 가속 지표를 통해 확인되었다. 추가로, 432만 자유도의 대용량 계산 성능 비교가 제시된 알고리즘과 상용 프로그램인 ANSYS 간에 수행되 었다. 그 결과, 계산 시간 측면에선 ANSYS가 우수하였으나, 프로세서 수에 따른 가속 성능 증가율 측면에선 제시된 알고리즘이 우수 한 것이 확인되었다.
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2.
2022.10
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본 논문에서는 프리팹 구조물의 품질관리를 위한 딥러닝 및 비전센서 기반의 조립 성능 평가 모델을 개발하였다. 조립부 검출을 위 해 인코더-디코더 형식의 네트워크와 수용 영역 블록 합성곱 모듈을 적용한 딥러닝 모델을 사용하였다. 검출된 조립부 영역 내의 볼트 홀을 검출하고, 볼트홀의 위치 값을 산정하여 k-근접 이웃 기반 모델을 사용하여 조립 품질을 평가하였다. 제안된 기법의 성능을 검증 하기 위해 조립부 모형을 3D 프린팅을 이용하여 제작하여 조립부 검출 및 조립 성능 예측 모델의 성능을 검증하였다. 성능 검증 결과 높은 정밀도로 조립부를 검출하였으며, 검출된 조립부내의 볼트홀의 위치를 바탕으로 프리팹 구조물의 조립 성능을 5% 이하의 판별 오차로 평가할 수 있음을 확인하였다.
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3.
2022.10
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Non-conforming mesh를 이용해 구조적인 불연속성을 해석 시 요소 내 함수 불연속성과 특이점이 존재하며, 이로 인해 계산의 효율 성이 저하된다. 본 연구에서는 이 문제를 해결하기 위해 모멘트 피팅법을 응용한 선택적 확장기법(Duster and Allix, 2020)을 토대로 새로운 고효율 확장 기법을 제시하였다. 특히, 적분과정에서의 비효율성에 초점을 두고 두가지 개선 방안을 제안하고 이를 수치 예제 를 통해 검증하였다. 첫째로 음함수-모멘트간 효율적 계산을 위해 인공신경망을 도입하였으며, 기존 확장 기법에 비해 해의 정확성이 유지되면서도 효율적인 계산이 가능함을 확인하였다. 더불어, 구조 해석과 형상 표상용 격자를 분리, 낮은 밀도의 구조 해석 격자에서 도 정확성이 향상되었음을 보였다.
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4.
2022.10
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국내의 서비스 수준 지진(SLE)과 최대 고려 지진(MCE)의 두 RC 건물 구조물의 실험 및 해석 결과에서 얻은 탄성 및 비탄성 응답은 비틀림에 대한 전단 및 비틀림 거동에서 저항 메커니즘의 특성을 연구하는데 사용될 수 있다. 불균형 구조의 특성 연구에서는 전단력 및 비틀림 모멘트에 대한 병진 변형 및 비틀림 변형의 상호 작용 효과를 나타내는 방정식이 제안하였다. 탄성과 비탄성 거동에서 힘과 변형 사이에 상관 관계 유무가 다르기 때문에 증분 전단력과 증분 비틀림 모멘트를 최대 벽 프레임 변형을 중심으로 항복, 제하 및 재 하중 단계로 구분하여 해당 증분 변형 및 증분 비틀림 변형 측면에서 해석을 수행하였다. 두 가지 주요 지배 모드의 탄성 조합에서 병 진 변형은 주로 전단력에 기여하는 반면 비틀림 변형은 전체 비틀림 모멘트에 크게 기여한다. 그러나 비탄성 응답에서는 증분 병진 변 형이 증분 전단력과 증분 비틀림 모멘트 모두에 기여하게 된다. 따라서 주어진 방정식을 이용하여 비탄성 응답에서 비틀림의 편심 감 소, 비틀림 강성 저하 및 겉보기 에너지 생성과 같은 모든 현상들을 설명하였다.
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5.
2022.10
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본 논문에서는 철계형상기억합금(Fe SMA) 스트립으로 능동구속된 콘크리트 기둥의 실험적, 해석적 연구결과를 제시한다. Fe SMA과 탄소섬유보강시트(CFRP)로 각각 구속된 콘크리트 공시체의 압축실험을 통해 형상기억합금 기반 능동구속기법의 효과성을 평가하였다. 실험결과, Fe SMA 스트립으로 구속된 콘크리트 공시체가 낮은 구속력에도 불구하고 CFRP 시트로 구속된 공시체에 비 해 더 우수한 변형능력을 가지는 것으로 밝혀졌다. 실험을 통해 얻은 구속된 콘크리트의 압축거동 결과를 이용해 소성힌지 영역이 각 각 Fe SMA 스트립과 CFRP 시트로 보강된 콘크리트 기둥의 유한요소모델을 구축하였다. 기존 수행된 콘크리트 기둥의 수평반복가력 실험결과를 바탕으로 구축된 기둥 모델을 검증하였고, 각각의 기둥 모델에 대한 수평반복가력 해석을 수행하였다. 해석결과, Fe SMA 스트립으로 보강된 콘크리트 기둥이 CFRP 시트로 보강된 기둥모델에 비해 변형, 에너지 소산능력 향상에 효과적임을 확인하였다.
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6.
2022.10
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본 논문은 슬로싱 상태에 놓인 포화 상태 액체수소탱크에서 열 유속 및 BOG(Boil-off gas)의 경향을 다루고 있다. 특히, 액체-기체 간의 침투 및 혼합에 의한 열 교환에 관심을 두었다. 먼저, VOF(Volume of fluid)와 Eulerian 기반의 다상 유동모델로 모형 슬로싱 실험 을 모사하여 압력을 예측하고 계측된 값과 비교하였다. 자유 수면 및 충격 압력 실험 결과와 해석 결과를 비교하였으며, 유체의 속도 예측에서 정확할 수 있음을 간접적으로 증명하였다. 그리고 2차원의 Type-C 원통형 수소탱크를 대상으로 다상열유동해석을 수행하 였다. 이때 포화상태에 놓인 액체 및 기체수소를 가정하고, 해석을 통해 각 상간의 혼합에 의한 열 교환의 수준을 확인하고자 하였다. 단, 상간의 열 교환만을 관심으로 두고 있었으므로 질량전달 및 기화모델은 해석에서 제외하였다. 최종적으로 상의 혼합으로 인해 액 체수소로 유입되는 열 유속의 기여도에 대하여 정리하였다. 또한 액체수소로 유입되는 열 유속과 집중 질량 기반의 간이식을 통해 BOG 발생량 및 경향을 예측하고 분석하였다.
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7.
2022.10
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이 논문에서는 이동하는 질량체의 연직 방향에 대한 관성 효과를 고려하여 보의 진동을 해석할 수 있는 유한요소해석 방법을 제안 한다. 제안하는 방법은 정밀한 상호작용 해석을 요하지 않는 경우에 계산의 효율성을 높이는 방법으로서, 이동하는 질량체의 관성 효 과를 운동방정식에 연계시키고 질량체와 보의 상호작용력은 외부 하중으로만 고려한다. 범용 유한요소해석 소프트웨어인 Abaqus를 이용하여 시간 영역 해석을 수행하고 보의 절점과 이동하는 강체 질량의 절점 변위를 다지점 구속조건으로 연계하여 해석하는 방법 을 제시하였다. 기존 해석적 방법에 의한 해와 비교하여 제안하는 방법을 검증하고 보행하중 모델을 이용한 이동 보행 하중해석에서 보행자의 질량 효과를 살펴보기 위한 간단한 연속 보 모델에 대한 해석 결과를 제시하였다.
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8.
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본 논문에서는 등가 단자유도를 이용하여 구조부재의 정적변위를 고려하는 해석기법을 제시하였다. 기존의 단자유도 비선형 동적 해석 알고리듬을 구조부재의 초기정적변위의 영향을 고려할 수 있도록 개선하였다. 가정된 폭발하중 지속시간과 부재의 고유주기 비 에 따라 정적변위가 최대응답에 미치는 영향의 차이와 폭발하중의 방향과 초기변위의 방향에 따른 차이를 확인하였다. 이에 따라 기 존의 응답 차트를 정적변위를 고려할 수 있도록 폭발하중의 형태에 따라 각각 제시하였다. 설계 예제를 정적변위가 고려된 응답 차트 에 적용하여 부재의 최대 변위를 비교 및 분석하였다. 본 연구의 결과를 통해 초기 정적변위를 고려한 구조부재의 최대응답을 쉽게 산 정할 수 있으며 본 연구에서 제시한 응답 차트는 플랜트 또는 군사시설물의 내폭 설계에 활용될 수 있다.
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