범용유한요소프로그램인 Abaqus의 확장유한요소법(XFEM)의 사용성 검증을 위하여 2차원 모델에 적용하여 수치해석을 수행하였다. 기존의 연구에 많이 사용되었던 응집요소(cohesive element) 모델은 균열 경로를 예측하고 요소를 삽입하여야 하는 단점 때문에 실제 균열을 모사하는데 한계가 있다. 이러한 이유로 응력의 방향성 및 특이성을 바탕으로 균열의 경로를 예측하는 확장유한요소법(XFEM)이 균열 해석에 있어서 더 발전된 방법으로 이용되어 왔다. 이번 연구에서는 균열의 경로가 자명한 2차원 모델에 사용하여 응집요소해석과 XFEM에 응집요소의 물성을 적용한 해석을 비교하고 XFEM 적용의 타당성을 확인하였다. 수치해석으로 균열 발생 직전의 응력분포 및 응력 특이성을 확인하고 실제 균열 발생경로와의 비교를 한다. 본 연구를 바탕으로 몇 가지의 한계를 극복하면 실제 복잡한 모델의 실제 균열진전해석을 수행하여 균열을 모사할 수 있을 것으로 기대된다.

교량의 교각 설계시에는 설계기준에 의거하여 차량의 충돌에 대비한 적절한 방호시설 등이 고려되고 있으나, 지하차도의 기둥 설계시에는 차량의 충돌과 관련된 규정이 없다. 또한 지하차도의 기둥은 상대적으로 폭이나 두께가 작아서 차량의 충돌에 의하여 큰 손상이 발생할 수 있다. 본 논문에서는 지하차도 기둥에 대한 충돌해석을 통하여 차량의 충돌에 의한 구조물의 손상을 평가하였다. 충돌해석에서는 지하차도 기둥의 물성과 형태 그리고 차량의 속도와 종류 등이 매개변수로 고려되었다. 수치해석 결과 지하차도 기둥이 심하게 손상되는 경우가 있었으며 따라서 지하차도의 기둥 설계시에는 차량 충돌에 대한 적절한 고려가 필요하다.

최근에 널리 사용되고 있는 PSC 교량은 콘크리트의 처짐과 균열 등의 취약점을 긴장재와 강봉을 사용하여 보완하고 성능을 향상시킨 구조물이다. 따라서 PSC 교량에서 긴장재에 작용하는 하중을 적절하게 산정하는 것은 구조물의 안전하고 효율적인 유지, 보수를 위하여 중요하다. 이 논문은 텐던에 작용하는 하중과 앵커헤드 변형과의 관계를 확인하기 위하여 멀티 텐던 앵커헤드의 변형률에 대한 수치해석을 수행하고 분석한 것이다. 정확한 해석을 위하여 재료의 물성, 접촉 문제의 비선형성 등을 모두 고려하였으며 해석은 범용 유한요소 프로그램인 Abaqus를 사용하여 수행되었다. 수치해석 결과로부터 텐던에 작용하는 하중을 추정하는 데에는 hoop 방향 변형률이 가장 유용하며, 마찰 계수, 경계조건, 그리고 배치 등에 따라 영향을 받는 것을 확인하였다.

지반-말뚝-구조의 상호작용을 정밀하게 해석하기 위해서는 토층, 말뚝 그리고 구조물의 적절한 묘사가 필요하다. 일반적으로 사용하는 유한요소해석의 경우에는 지반이나 구조물의 물성이 바뀌는 경계를 따라서 요소의 경계가 정해지게 된다. 그러나 실제로는 토층 단면과 말뚝의 형상이 매우 복잡하여 요소의 배열이 매우 어려운 작업이 될 수 있다. 이 어려움을 해결하기 위하여, 이 논문에서는 불연속선의 위치에 관계없이 규칙적인 요소를 사용하여 쉽게 적분을 가능하게 하는 다른 적분 방법을 채택하였다. 이 방법을 적용함으로 써 요소는 매우 빠르고 규칙적인 강성 매트릭스를 만든다. 구조물 응답에 대한 토층과 말뚝의 영향을 조사하였고, 예를 통하여 본 방법의 유효성을 보였다. 탄성 말뚝의 사용으로 20% 대의 가속도 감소 효과를 얻었고 지반 층의 모양에 따라 그 영향이 변하는 것을 확인하였다.

건설 분야에서는 신소재인 FRP(fiber reinforced polymer) 복합재료는 그 경량성과 고강도로 점차 그 사용영역이 넓어지고 있다. 본 연구에서는 이러한 FRP 소재의 성능을 평가하기 위하여 제2 진도대교를 원형(prototype)으로 하는 3차원 선형 모델링을 하였고 케이블 및 거더에 복합소재를 적용하여 해석하였다. 해석 결과는 Steel 케이블 및 보강형을 사용한 경우와 비교를 통하여 분석하였고 정적해석 및 모드해석을 수행하였다. 정적해석에서는 각 부재의 최대 응력 및 중앙 지점의 최대 처짐을 비교하였다. 사하중 감소 때문에 복합소재를 사용한 경우 상판의 처짐이 감소하는 것을 확인하였으며, 케이블의 단면을 감소시켜 해석함으로써 그 결과를 다시 보였다. 단면 감소, 모드해석에서는 진동수 비를 통해 Flutter의 발생 풍속을 비교하였다.

본 논문은 연속체역학에서의 탄소성모델을 그대로 재현할 수 있는 미소구조모델에 관해서 연구하였다. 물체를 일정크기를 지닌 입자와 그 입자들을 연결하는 선형 스프링으로 모델링한 Doublet Mechanics를 기본이론으로 하여 이를 소성 영역으로 확장하였다. 그 결과로 가장 단순한 가정을 하였을 경우 미소모델과 연속체모델이 정확히 일대일 대응을 하는 것을 보였다. 2차원 평면응력문제에 대한 예제를 통해 미소변형률과 미소응력을 계산하였고 그 결과로 거동에 대해 분석하여 이 모델의 유효성을 입증하였다.

엄밀한 지반-구조물 상호작용 해석을 위해서는 지반에 대한 묘사가 적절히 이루어져야 한다. 그러나 물성이 불연속적이거나 지층의 모양이 복잡할 때에는 유한요소망을 구성하는 것이 어려운데, 그 이유는 유한요소망이 지층의 모양을 정확히 나타내어야하기 때문이다. 이러한 어려움을 극복하기 위하여 본 연구에서는 지층의 불연속선을 따라 요소를 재배열하지 않고 엄밀하게 수치적분이 가능한 방법을 채용하였다. 그 결과로 정렬된 요소망을 그대로 이용하게 되어 강성행렬의 성질이 좋아지며, 해석 또한 신뢰성이 높아지게 되었다. 이 해석 방법을 이용하여 지진응답에 미지는 지층의 영향을 조사하였으며, 결과적으로 복잡하고 불연속적인 물성을 가지는 지층으로 이루어진 지반과 구조물의 상호작용을 해석하는 데에 쉽게 이용 될 수 있음을 보였다.

일반적으로 운동방정식을 풀기 위해 많이 이용되는 선형근사모델은 계산이 용이한 반면에 큰 변형상태에서는 그 오차가 커지는 단점이 있다. 따라서 엄밀한 구조물의 응답해석을 위해서는 물성과 기하에 대한 비선형성을 고려해야 한다. 또한, 강과 같이 연성이 큰 재료는 소성 변형을 일으키면서 소산되는 에너지의 대부분이 열로 변하게 되며, 이 열은 열역학 제1 법칙과 2 법칙에 따라 다른 부분으로 전달된다. 이렇게 전달된 열은 온도를 상승시켜 재료의 강도를 약화시키는 역할을 하며, 이것이 다시 구조물의 응답에 영향을 미친다. 본 논문에서는 지진 등의 큰 하중을 받거나 화재로 인한 열 하중을 받는 강구조물의 비선형 대 변형 현상을 적절히 해석할 수 있는 열-탄소성 물성모델을 제안하고 3차원 유한요소해석을 수행하려다.

PSC 박스 교량의 시공 중 거동 특성을 고려하기 위하여 뼈대 요소를 이용한 시공단계의 설계가 수행되고 있다. 그러나 PSC 박스 교량 중 곡선 램프교 등의 경우는 교량의 외측 및 내측의 변위 및 응력 값이 현저히 다르다. 따라서 PSC 박스 교량의 텐던량 및 시공 중 긴장력이 외측 및 내측에서 다르게 산정되어야 함에도 불구하고 현실적으로는 계산이 불가능하여 같은 양의 텐던과 부적절한 긴장력을 사용하고 있어 시공 중 항상 안전사고에 노출되고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 3차원 해석이 필수적으로 요구 되고 있으며 본 연구에서는 PSC 박스 교량의 해석 기법에 필요한 가정된 변형률 PSC 쉘 요소를 제안하고자 한다. 본 쉘요소에 사용된 콘크리트의 크리프 및 건조수축의 재료 모델은 ACI 코드를 사용하였으며, 이 모델을 이용하여 3차원 시공단계해석을 수행하고 그 결과를 뼈대 요소와 비교하였다.

단분화성 정원줄기세포의 장기간 체외배양 중에 확립되는 다분화능 정원줄기세포는 배아줄기세포와 유사한 특성을 가져 3배엽성 세포로 체외분화가 가능하며 기형종을 형성할 수 있다. 본 연구에서는 선행 연구를 통해 outbred 생쥐(ICR strain)로부터 확립된 다분화능 정원줄기세포의 형질전환 가능성을 확인하며, 배아 내로 주입하여 유전적 키메라를 형성하는 효율을 배아줄기세포와의 비교를 통하여 검증하고자 하였다. 다분화능 정원줄기세포를 넣은 배아로부터 태어