본 연구에서는 1차 전단변형이론을 고려한 비국소 자기-전기-탄성 나노 판의 2방향 좌굴해석에 관하여 연구하였다. 면내 전기-자기-탄성 나노 판에서 전기장과 자기장은 무시할 수 있다. 자기-전기 경계조건과 맥스웰 방정식에 따라 전기-자기-탄성 나노 판의 두께 방향에 따른 자위 및 전위의 변화가 결정된다. 자기-전기-탄성 나노 판의 탄성이론을 재 공식화하기 위하여 에링겐의 비국소 미분 구성 관계식을 사용하였다. 변분이론을 이용하여 비국소 탄성이론의 지배방정식을 연구하였 다. 비국소 이론과 국소 이론의 관계를 계산 결과를 통하여 분석하였다. 또한, 비국소 매개변수, 면내 하중 방향 그리고 형상 비에 따른 구조적 응답을 연구하였다. 계산 결과들은 전위 및 자위의 효과를 나타내었다. 이러한 계산 결과들은 자기-전기-탄성 재료로 구성된 신소재 구조물의 설계 및 해석에 사용될 수 있고 향후 연구의 비교자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.

The simplified plate theory is presented for static and free vibration analysis of power-law(P) and sigmoid(S) Functionally Graded Materials(FGM) plates. This theory considers the parabolic distribution of the transverse shear stress, and satisfies the condition that requires the transverse shear stress to be zero on the upper and lower surfaces of the plate, without the shear correction factor. The simplified plate theory uses only four unknown variables and shares strong similarities with classical plate theory(CPT) in many aspects such as stress-resultant expressions, equation of motion and boundary conditions. The material properties of the plate are assumed to vary according to the power-law and sigmoid distributions of the volume fractions of the constituents. The Hamilton’s principle is used to derive the equations of motion and Winkler-Pasternak elastic foundation model is employed. The results of static and dynamic responses for a simply supported FGM plate are calculated and a comparative analysis is carried out. The results of the comparative analysis with the solutions of references show relevant and accurate results for static and free vibration problems of FGM plates. Analytical solutions for the static and free vibration problems are presented so as to reveal the effects of the power law index, elastic foundation parameter, and side-to-thickness ratio.

지수 함수 및 멱 법칙 함수를 이용한 점진기능재료(FGM) 판의 전단 및 두께 방향 변형을 고려한 이론을 정식화하여 동적 평형방정식을 유도하였다. 지수 함수 및 멱 법칙 함수는 두께 방향으로 재료의 변화를 고려할 수 있고 3차원 해석방법은 전단 및 두께 방향 변형을 고려함으로써 점진기능재료의 정확한 구조적 특성을 고려할 수 있다. Pasternak탄성지반 위에 놓인 4변이 단순 지지되고 전단 및 두께 방향 변형이 고려된 점진기능재료 판의 지배방정식을 풀기 위해 Navier 방법을 사용하였다. 거듭제곱 지수와 3차원 해석의 효과를 나타내기 위한 지수 및 멱 법칙 점진기능재료 판의 동적 해석결과를 제시하였다. 기존의 2차원 고차전단변형 이론 및 3차원 이론과의 관계를 수치해석 결과를 통하여 고찰하였다. 또한 (i) 거듭제곱 지수, (ii) 폭-두께 비, 그리고 (iii) 탄성지반 계수, 등이 점진기능재료 판의 자유진동수에 미치는 효과에 대하여 관찰하였다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 참고문헌의 결과들과 비교 분석하였다.

탄성지반위에 놓인 S형상 점진기능재료 고차전단변형 판의 동적 불안정성에 대하여 연구하였다. 고차전단변형이론은 점진기능재료 판의 두께방향으로의 전단변형률과 전단응력의 곡선변화 효과를 고려할 수 있다. Mathieu-Hill 방정식의 형태로 유도된 지배방정식에서 Bolotin 방법을 이용하여 동적 불안정 영역을 결정하였다. 동적 불안정 영역의 경계는 동적 하중과 여기진동수와의 관계로 나타내었다. 고차전단변형이론과 탄성지반 효과가 S형상 점진기능재료 판의 동적 불안정성에 미치는 효과를 제시하였다. Winkler와 Pasternak탄성지반 매개변수의 관계를 수치해석 결과를 통하여 고찰하였다. 또한 정적 하중계수, 거듭제곱 지수 그리고 폭-두께비 등의 동적 불안정 영역에 대한 영향을 분석하였다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 참고문헌의 결과와 비교 분석하였다. 본 연구에서 제시한 이론적 발전과 수치결과들은 S형상 점진기능재료 구조물의 동적 불안정 해석을 위한 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.

In the present study, an Element-Based Lagrangian Formulation for the nonlinear analysis of shell structures is presented. The strains, stresses and constitutive equations based on the natural co-ordinate have been used throughout the Element-Based Lagrangian Formulation of the present shell element which offers an advantage of easy implementation compared with the traditional Lagrangian Formulation. The Element-Based Lagrangian Formulation of a 9-node resultantstress shell element is presented for the anisotropic composite material. The element is free of both membrane and shear locking behavior by using the assumed natural strain method such that the element performs very well in thin shell problems. The arc-length control method is used to trace complex equilibrium paths in thin shell applications. Numerical examples for laminated composite curved shells presented herein clearly show the validity of the present approach and the accuracy of the developed shell element.

등방성 혹은 비등방성 적층복합판 및 쉘의 선형 정적 문제와 자유진동 해석이 새로운 변형률 변위 관계가 도입된 개선된 9절점 쉘 요소에 의하여 수행되었다. 그 관계에서 새롭게 추가된 휨 변형률과 변위사이의 관계 항들에 의한 효과는 비틀어진 보 문제에서 검토되었다. 정식화의 전 과정을 통해, 식들의 모든 항들은 자연 좌표계에 기초하고 있다. 가정 자연 변형률 방법이 막 잠김과 전단 잠김 거동을 제거하기 위하여 사용하였다. 적층 복합판 및 쉘의 고유치의 계산을 위해 Lanczos방법을 사용하였고 질량행렬을 구성하기 위하여 Gauss적분법을 사용하였다. 정식화의 유효성을 평가하기 위해 수치 예제를 해석적 해와 비교하였으며, 제시된 결과는 자유진동 조건하에서 적층체의 거동을 이해하는데 유용할 것이다.

비등방성으로 적층된 복합판 및 쉘구조물에서 온도와 습도의 급격한 변화는 구조물의 강도와 성능을 저하시키는 중요한 원인이 된다. 더욱이 하중에 의한 역학적 변위와 조합될 때에는 좌굴, 대변형 혹은 고응력 상태를 유발하게 된다. 본 연구에서는 이중 퓨리에급수를 이용하여 3차의 전단변형함수로 가정된 평형방정석을 전개하고 폭-두께비, 형상비의 변화 그리고 재료의 성질에 따른 결과에 대하여 고찰하였다.