우수한 역학적 성능을 가진 생물체의 구조를 모방하여 고성능의 복합재료를 개발하려는 노력이 최근 활발히 이뤄지고 있다. 진주 층 구조는 구성재료 대비 월등히 높은 파괴인성을 지닌다는 점에서 촉망받는 자연 모사 구조 중 하나이다. 하지만, 진주층 모사 구조의 형상이 변형될 때 구조의 충격성능이 어떻게 달라지는지에 관한 연구는 아직 충분히 진행되지 않았다. 본 연구에서는 무작위로 변형 된 진주층 모사 복합재의 수치모델을 개발하고 충격성능을 분석하였다. 먼저, 균일한 진주층 모사 패턴에서 플레이트 판의 평면 크기 를 무작위로 변형하는 알고리즘을 개발하고 이를 활용하여 불균일한 진주층 패턴 모사 구조를 모델링하였다. 그 후, 낙하충격 시뮬레 이션을 수행하고 해당 모델의 충격거동을 에너지 흡수율과 본 미세스 응력 분포, 충격력-시간 그래프를 활용하여 평가하였다. 수치해 석결과를 바탕으로, 충돌 범위 주변 플레이트 판의 기하학적 형상이 불균일할수록 진주층 모사 구조의 내충격성이 저하됨을 입증하 였다. 이러한 진주층 모사 형상에 대한 심층적인 이해는 진주층 모사 구조의 최적설계를 수립하는 데 효율적으로 활용될 수 있을 것으 로 기대된다.

A shear wall is a structural member designed to effectively resist in-plane lateral forces, such as strong winds and earthquakes. Due to its efficiency and stability, shear walls are often installed in residential buildings and essential facilities such as nuclear power plants. In this research, to predict the results of the shaking table test of the three-story shear wall RC structure hosted by the Korea Atomic Energy Research Institute, three types of numerical modeling techniques are proposed: Preliminary, Calibrated 1, and Calibrated 2 models, in order of improvement. For the proposed models, an earthquake of the 2016 Gyeongju, South Korea (peak ground acceleration of 0.28 g) and its amplified earthquake (peak ground acceleration of 0.50 g) are input. The response spectra of the measuring points are obtained by numerical analysis. Good agreement is observed in the comparisons between the experiment results and the simulation conducted on the finally adopted numerical model, Calibrated 2. In the process of improving the model, this paper investigates the influences of the mode shape, material properties, and boundary conditions on the structure's seismic behavior.

최근 친환경 에너지 개발에 대한 관심의 증가로 해상 및 연안 지역에서 대규모 해양구조물들이 건설되고 있다. 해양구조물은 항상 파랑 하중에 노출되어 있으므로 구조적인 안전성을 확보하기 위해서는 파랑에 대한 정확한 이해와 분석이 필수적이다. 실해역에서 수행되는 실험은 해양파를 이해하기 위한 가장 정확한 방법이지만, 변수의 통제가 어렵고 비용과 규모 측면에서 실험이 제한되는 경우가 많다. 본 연구에서는 수치파동수조를 이용하여 다양한 조건의 파를 생성하고 및 이론식과 비교를 통해 파랑 생성 능력을 검증하였다. 입자 기반 수치해석법인 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기법을 이용하여 3차원 수조 및 피스톤 조파기를 모델링하였으며, 반사파에 대한 영향을 최소화하기 위해 수로 끝단에 질량 가중 감쇠 영역을 설정하여 안정적인 파고 및 유속 계산이 수행될 수 있게 하였다. 목표 파랑 조건에서,상대 수심이 2 이하를 만족하는 경우 파형경사에 관계없이 파고와 유속을 계산한 결과가 이론값과 높은 정확도를 보였다. 그러나 상대수심과 파형경사의 목표값이 증가하고, 측정 위치가 멀어짐에 따라서 최대 10% 이상의 오차가 발생하였다. 수치해석을 이용하여 정확한 계산이 가능한 파랑 범위를 무차원 변수를 이용하여 제안하였으며, 차후 수치해석을 이용한 수치파동수조 검증기준과 유체-구조물 상호작용 해석분야 연구에 효과적으로 활용될 수 있다.

In this study, we numerically analyze fatigue cracks of curved pipes under cyclic loadings. Numerical models of the curved pipes are developed. The models are verified with the experimental results in terms of fatigue lives and development process of the fatigue cracks. Erosion technique is applied to the solid elements in order to describe shapes of the fatigue cracks and estimate the fatigue lives. Also, development of the fatigue cracks is described by allocating sufficient number of solid elements in the radial direction. Fatigue lives and shapes of the crack resulting from numerical analyses show good agreement with those of the experiment considering ±100mm displacement. In addition, estimation of the fatigue life caused by displacement with different magnitude is conducted. We expect that the model can be applied to understand the relation between fatigue lives and characteristics of pipes or loadings.

본 연구에서는 수치해석을 통하여 반복하중으로 인해 곡관에 형성되는 피로균열에 대한 분석을 수행하였다. 곡관의 수치해석 모델을 개발하였으며, 균열 형성 시점과 형성 과정에 기초하여 수치해석 모델을 검증하였다. 요소에 erosion 기능을 적용하여 피로균열을 표현하고 형성 시점을 추정하고자 하였으며, 두께방향으로 다수의 요소를 배치하여 균열의 형성 과정 또한 모사하고자 하였다. 100 mm 변위에 대한 실험결과와 비교하여 균열의 형성 시점 및 형상이 잘 일치하는 것을 확인하였으며, 추가적인 다른 변위에 대한 균열의 형성 시점 또한 예측하였다. 본 모델을 사용하여 다양한 형태의 하중에 대해 해석을 수행한다면 곡관의 형상 및 특성에 따른 하중과 균열 형성시점의 관계를 예측할 수 있을 것으로 기대된다.

대규모 지진에 대한 원전의 안전성을 확보하는 방안으로 기존 원전 구조물에 면진장치를 설치하는 방안이 도입되고 있다. 면진장치를 설치함으로써 상부구조와 지반의 거동을 격리시킬 수 있고, 구조물 자체의 고유주기가 길어지게 되는데, 이를 통 해 지진하중에 대한 구조물의 응답을 감소시킬 수 있게 된다. 특히 원전구조물 설계 시 원전구조물 자체뿐만 아니라 원전 내 부 기기에 대한 안전성 확보가 필수적이다. 이를 위해 특정 층에 위치한 기기의 설계를 위해 각 층의 최대 요구 응답을 나타 내는 층응답스펙트럼이 일반적으로 사용된다. 본 논문에서는 원전 구조물의 지진해석을 통해 특정 층의 층응답스펙트럼을 평가하고, 면진 장치의 거동 특성중 하나인 2차 경화에 대한 영향 또한 평가하였다.

대규모 지진에 대한 원전의 안전성을 확보하는 방안으로 기존 원전 구조물에 면진장치를 설치하는 방안이 도입되고 있다. 면진장치를 설치함으로써 상부구조와 지반의 거동을 격리시킬 수 있고, 구조물 자체의 고유주기가 길어지게 되는데, 이를 통해 지진하중에 대한 구조물의 응답을 감소시킬 수 있게 된다. 특히 원전구조물 설계 시 원전구조물 자체뿐만 아니라 원전 내부 기기에 대한 안전성 확보가 필수적이다. 이를 위해 특정 층에 위치한 기기의 설계를 위해 각 층의 최대 요구 응답을 나타내는 층응답스펙트럼이 일반적으로 사용된다. 본 논문에서는 원전 구조물의 지진해석을 통해 특정 층의 층응답스펙트럼을 평가하고, 면진 장치의 거동 특성중 하나인 2차 경화에 대한 영향 또한 평가하였다.