본 연구에서는 임의의 반복하중 작용시 강구조물에 발생하는 대변형 및 반복소성거동을 정확히 예측하기 위하여 유한변위이론과 반복소성이력모델을 적용한 3차원 탄소성 유한요소 해석기법을 개발하였다. 반복소성이력모델은 강재의 단조재하실험 및 반복하중실험 결과에 기초하여 정식화되었다. 개발된 해석기법의 정도는 Bilinear모델 및 미소변위이론을 적용한 해석기법 및 실험결과와 비교하여 검증하였다. 본 연구에서 개발한 유한변위이론과 반복소성이력모델을 적용한 3차원 유한요소 해석기법이 임의의 반복하중을 받는 원형강교각의 대변형 및 반복소성거동을 정확히 예측할 수 있음을 알 수 있었다.

A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies and mode shapes of solid paraboloidal and complete (that is, without a top opening) paraboloidal shells of revolution with variable wall thickness. Unlike conventional shell theories, which are mathematically two-dimensional (2-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. The ends of the shell may be free or may be subjected to any degree of constraint. Displacement components ur, uθ, and uz in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be sinusoidal in time, periodic in θ, and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential (strain) and kinetic energies of the paraboloidal shells of revolution are formulated, and the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of the complete, shallow and deep paraboloidal shells of revolution with variable thickness. Numerical results are presented for a variety of paraboloidal shells having uniform or variable thickness, and being either shallow or deep. Frequencies for five solid paraboloids of different depth are also given. Comparisons are made between the frequencies from the present 3-D Ritz method and a 2-D thin shell theory.

3차원 해석법을 이용하여 반경방향으로 비선형적 두께 변분을 가진 두꺼운 원형판과 환형판의 고유진동수를 결정하였다. 수학적으로 2차원적인 전통적 판 이론과는 달리 본 연구에서는 3차원적 등 탄성방정식을 근간으로 하였다. 반경방향, 두께방향, 원주방향으로의 변위 성분인 u<SUB>s</SUB>, u<SUB>z</SUB>, u<SUB>θ</SUB>를 시간에 대해서는 정현적으로, θ에 대해서는 주기적으로, s와 z방향으로는 대수 다항식의 형태로 취하였다. 판의 위치(변형률) 에너지와 운동 에너지를 정식화하고, 리츠법을 이용하여 고유치 문제를 해결하였으며, 진동수의 최소화과정을 통해 엄밀해에 대해서 상위경계치의 진동수를 구하였다. 다항식의 차수를 증가시키면 진동수는 엄밀해에 수렴하게 된다. 판의 최하위 5개의 진동수에 대한 유효숫자 4자리까지의 수렴성 연구가 이루어졌다. 수치결과로 두께가 일정하거나, 선형적 또는 2차 곡선적 변분을 갖는 자유경계의 두꺼운 원형판과 환형판의 무차원 진동수를 제공하였다. 또한 이미 발표된 2차원적인 박판이론에 의한 결과와 본 연구의 3차원 해석에 의한 결과를 서로 비교하였다.

두꺼운 축대칭 쌍곡형 쉘의 고유진동수를 결정하는 3차원 해석법이 제시되었다. 수학적으로 2차원적인 전통적인 쉘 이론과는 달리, 본 연구의 해석법은 3차원적인 동탄성방정식을 근간으로 하였다. 반경방향, 원주방향, 축방향으로의 변위성분인 u, u, uz를 시간에 대해서는 정현적으로, 에 대해서는 주기적으로, r과 z방향으로는 대수 다항식으로 표현하였다. 쌍곡형 쉘의 위치(변형률)에너지와 운동에너지를 정식화하고 리츠법을 사용하여 고유치문제를 해결하였으며, 진동수의 최소화과정을 통해 고유진동수를 엄밀해의 상위경계치로 구하였다. 대수 다항식의 차수가 증가하면 진동수는 엄밀해에 수렴하게 된다. 축대칭 쌍곡형 쉘의 하위 5개의 진동수에 대해서 유효숫자 4자리까지의 수렴성 연구가 이루어졌다. 쌍곡형 쉘의 서로 다른 2개의 두께 비, 3개 의 축비(axis ratio), 3개의 shv이 비를 가진 총 18개의 형상을 지닌 자유 경계의 축대칭 쌍곡형 쉘의 수치결과를 도표화하였다. 프와송 비는 0.3으로 고정하였다. 본 연구의 해석법은 매우 두꺼운 쉘 뿐만 아니라 얇은 쉘에도 적용이 가능하다.

원형단면의 깊은 테이퍼봉과 보의 진동수와 모드형상을 결정하는 3차원 해석방법이 제시되었다. 수학적으로 1차원인 전통적인 봉과 보이론과는 달리, 본 연구에서는 3차원 동탄성방정식을 근간으로 하였다. 반경방향(r), 원주방향(), 축방향(z)으로의 변위성분인 ur, u, uz를 시간에 대해서는 정현적으로, 에 대해서는 주기적으로, r과 z방향으로는 다수다항식의 형태로 표현하였다. 봉과 보의 위치(변형률)에너지와 운동에너지를 정식화하고, 고유치문제를 해결하기 위해 Ritz법을 사용하였으며, 진동수의 최소화과정을 통해 엄밀해의 상위경계치의 진동수를 구하였다. 이때 다항식의 차수를 증가시키면 진동수는 엄밀해에 수렴하게 된다. 봉과 보의 하위 5개의 진동수에 대해서 유효숫자 4자리까지의 수렴성 연구가 이루어졌다. 축방향으로 1차 직선적, 2차 및 3차 곡선으로 테이퍼된 9가지 형상의 봉과 보의 수치결과를 3차원 이론을 이용하여 최초로 계산하였다. 또한 선형 테이퍼 보의 예를 통해 3차원 Ritz법과 고전적인 1차원 Euler-Bernoulli 보이론과의 비교가 이루어졌다.

임의의 경계조건과 변두께를 갖는 축대칭 반구형 쉘과 반구형체의 진동수와 모우드형상을 결정하는 3차원적 해석법이 소개되었다. 수학적으로 2차원적인 전통적인 쉘이론과는 달리 본 연구의 해석법은 3차원 동적 탄성방정식을 사용하였다 자오선방향 (Φ), 법선방향(z), 원주방향()으로의 변위성분인 Φ, z, 는 시간에 대해서는 정현적으로, 에 대해서는 주기적으로, 와 z 방향에 대해서는 대수다항식으로 표현될 수 있다. 축대칭 반구형 쉘의 변형률 에너지와 운동 에너지를 정식화하고, 리츠법으로 고유치문제를 계산하였다. 진동수의 최소화과정을 통해 엄밀해의 상위 경계치 진동수를 구하였으며, 이 때, 다항식의 차수를 증가시키면 진동수는 엄밀해에 수렴하게 된다. 자오선방향으로 선형적으로 꿩 두께가 변하는 반구형 쉘과 반구형체치 3차원적 진동수를 최초로 계산하였으며, 축방향으로 난 조그만 원추형 구멍이 진동수에 미치는 영향도 분석하였다. 상두께와 자유경계조건을 갖는 두꺼운 축대칭 반구형 쉘에 대한 3차원적 리츠해와 3차원적 유한요소법에 의한 진동수를 서로 비교하였다.

철도교량은 차량과 교량의 상호작용에 의해 유발되는 동하중을 받고 있다. 이러한 동적인 효과는 교량 각 부재에 충격과 피로를 유발하고, 교량의 잔존수명에 영향을 미치게 된다 따라서 수치적 또는 시험적 방법에 의한 교량의 실제적인 동적 거동을 분석하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 KTX 차량의 주행에 따른 교량의 동적 특성을 구조적 안전성, 주행 안전성 및 승차감 측면에서 평가할 수 있는 차량/궤도/교량 상호작용 해석프로그램을 개발하였다. 차량/궤도/교량의 실질적인 모델링을 위하여 차륜/레일 접촉 모델링을 위한 헤르찌안 스프링 및 도상에 대한 윈클러 요소를 적용하였다. 또한 개발 프로그램은 준3차원해석으로 차량의 복선제도 주행에 따른 3차원 편심 효과를 고려하기 위해 비톤 자유도 및 기하학적인 관계에 따른 제약조건식을 사용하였다. 개발프로그램의 검증을 위해서 고속철도교량중 가장 일반적인 형식인 PSC 박스교(2@40m=80m)에 대해 수치해석결과 및 계측시험 결과를 비교하였다.

본 연구에서는 이등변사다리꼴과 이등변삼각형 단면을 갖는 두꺼운 원형링의 고유진동수와 모우드형태를 결정하는 3차원 해석방법을 제시하였다. 자오선(s), 수직(z) 및 원주방향()으로의 변위성분(us, uz, u)을 시간에 대해서는 정현적으로, 방향으로는 주기성을 갖도록, s와 z방향으로는 대수다항식의 형태로 표현하였다. 원형링의 위치(변형률)에너지와 운동에너지가 공식화되었으며, 진동수의 최소화를 통하여 상위경계치의 진동수를 계산하였다. 다항식의 차수를 증가시키면 진동수는 엄밀해에 수렴하게 된다. 완전자유경계의 원형링에 대한 3차원적 진동수를 최초로 구하였으며 원형링의 하위 5개 진동수에 대해서 유효숫자 4자리까지의 수렴성연구가 이루어졌다. 본 방법은 링 두께의 크기에 관계없이 적용이 가능하다.

비선형동적해석을 통하여 RC 입체라멘교에 대한 지진거동특성 및 파괴메카니즘에 관한 연구를 수행하였다. 파이버모델에 기초한 RC 프레임요소를 교각에 도입하여 3차원영역에서 모델링하여 비선형동적해석을 수행하였다. 해석의 정확성을 향상시키기 위하여 균열 진전후 콘크리트와 철근의 부작특성에 의한 재료역학적 특성차이를 고려하기 위하여 파이버는 철근영역(RC zone)과 무근영역(PC zone)으로 영역화하였다. 대상교량은 관성력 중심위치와 교량의 강성중심 위치가 일치하지 않아 비틀림을 동반한 복잡한 지진거동특성을 나타내었다. 이러한 거동특성에 의하여 유연한 교각 옆에 위치하는 상대적 강성이 큰 교각에 과다한 지진하중이 집중되어 파괴에 이르는 것으로 나타났다.

속이 빈 축대칭 회전체인 두꺼운 쉘의 정확한 고유진동수와 모우드형상을 결정하기 위해서 3차원적인 해석방법이 사용되었다. 이 축대칭 회전쉘의 모선을 직선으로 한정하지 않았으며, 쉘의 두께 또한 일정한 것으로 제한하지 않았다. 이 쉘의 중앙면은 임의의 곡율을 가지며, 쉘의 두께도 임의적으로 변한다. 자오선방향, 두께방향, 원주방향으로의 변위 성분인는 시간반응의 정현성(sinusoidal)과방향으로의 주기성을 지니며,와 z 방향으로는 대수다항 식의 형태로 가정되었다. 이 쉘의 변형률에너지와 운동에너지를 공식화하였으며, 진동수의 최소화를 통해 상위경계치의 진동수를 구하고 다항식의 차수를 증가시켜 엄밀해에 수렴된 진동수를 구할 수 있다. 선형적으로 두께가 변하는 두꺼운 원추형쉘과 구형쉘에 대한 예를 통하여 하위 다섯 개의 진동수에 대해서 유효 숫자 4자리까지의 정확한 수렴성연구가 이루어졌다. 이 해석 방법은 두께가 매우 두꺼운 쉘 뿐만이 아니라 얇은 쉘에도 적용이 가능하다

현재 국내에서는 벽체와 바닥판으로만 구성된 벽식 구조형식의 아파트 건물이 많이 사용되고 있다. 또한 청력에 대한 저항이 뛰어나기 때문에 전단벽 코어를 갖는 입체골조구조물이 고층 빌딩의 구조시스템으로 자주 이용된다. 기능적인 이유로 인해 이러한 구조물들의 전단벽에는 하나 또는 여러 개의 개구부가 발생하게 된다. 개구부가 있는 전단벽을 정확하게 해석하기 위해서는 여러 개의 유한요소를 사용하여 구조물을 세분모형화하는 것이 필요하다. 그러나, 전체 구조물을 유한요소로 세분하여 모형화하는 것은 막대한 해석시간과 컴퓨터 메모리를 소요하게 된다. 개구부의 수, 크기, 위치에 상관없이 적용할 수 있는 효율적인 해석기법이 본 논문에서 제안되었다. 제안된 해석기법에서는 슈퍼요소와 부분구조, 행렬응축, 가상보 등을 이용하였고 제안된 해석기법의 효율성을 검증하기 위해 벽식구조물과 전단벽 코어를 갖는 입체골조구조물의 3차원 해석이 수행되었다. 예제구조물의 해석을 통해 제안된 해석기법이 해석시간과 컴퓨터메모리를 크게 감소시키고, 정확한 해석결과를 얻을 수 있음이 확인되었다.

본 논문은 캔틸레버 복합 적층판의 고유진동에 대하여 3차원으로 해석한 연구를 제시하고 있다. 본 연구에서는 고정단에서의 경계조건을 엄밀히 만족하고 수학적으로 완전한 다항식으로 표현되는 근사 변위와 Ritz 방법을 이용하여 Lagrangian범함수의 정상값을 구하였다. 3차원 모델의 정확도는 무차원 진동수의 수렴연구를 통하여 이루어졌으며, 또한 기존 문헌상의 해석 및 실험 결과와의 비교를 통하여 본 연구 결과의 정확성을 검토하였다. 본 논문에서 제시된 3차 원 진동수의 결과를 이용하여 캔틸레버 복합 적층판의 기하학 및 재료 매개변수 즉, 형상비(a/b), 폭두께비(a/h), 재료의 직교 이방성, 플라이 수(NP), 섬유 배향각(), 및 적층 순서가 미치는 효과를 설명하였다.

이 논문에서는, 섬유가 보강된 직교 이방성 복합재료의 제작 과정에서 발생하는 잔류 응력을 조사하였다. 직교 이방성 복합 재료의 제작 과정은 경화 과정과 냉각 과정으로 나누어 지며 이 과정에서 발생하는 잔류 응력을 3차원 경계요소법을 이용하여 해석하였다. 모재는 선형 점탄성 거동을 한다고 가정하고, 종속 영역법을 도입하여 해석 모델을 섬유 영역과 모재 영역으로 나누었다. PATRAN을 사용하여 모재에서의 잔류 응력 분포를 도시하였으며 해석 결과를 검토하여 잔류 응력이 국부적으로 모재의 항복을 야기시킬 수 있음을 제시하였다.

High-speed electronic digital computers have enabled engineers to employ various numerical discretization techniques for solutions of complex problems. The Finite Element Method is one of the such technique. The Finite Element Method is one of the numerical analysis based on the concepts of fundamental mathematical approximation. Three dimensional plate structures used often in partition of ship, box girder and frame are analyzed by Finite Element Method. In design of structures, the static deflections, stress concentrations and dynamic deflections must be considered. However, these problem belong to geometrically nonlinear mechanical structure analysis. The analysis of each element is independent, but coupling occurs in assembly process of elements. So, to overcome such a difficulty the shell theory which includes transformation matrix and a fictitious rotational stiffness is taken into account. Also, the Mindlin's theory which is considered the effect of shear deformation is used. The Mindlin's theory is based on assumption that the normal to the midsurface before deformation is "not necessarily normal to the midsurface after deformation", and is more powerful than Kirchoff's theory in thick plate analysis. To ensure that a small number of element can represent a relatively complex form of the type which is liable to occur in real, rather than in academic problem, eight-node quadratic isoparametric elements are used. are used.

본 연구에서는 발파로 인한 폭발하중에 대한 지하공동구조체의 3차원 동적유한요소해석을 수행하였다. 해석과정은 1차원 근원해석과정과 3차원터널해석과정의 2단계로 나누어 수행하였다. 1차원 근원해석에서는 장약공과 그 주변의 자유장을 포함하는 해석으로서 3차원 터널해석을 위한 입력하중의 계산작업을 수행한다. 본 연구에서 수행한 해석방법의 기능은 3차원 동적해석프로그램 MPDAP-3D에 추가되었으며, 향후 발파공법에 의한 지하공동구조체의 건설시 구조체의 안전성을 평가하는데 활용가능할 것으로 예상된다.

In order to obtain homogeneous and high quality products in powder compaction forging process, it is very important to control stress, strain, density and density distributions. Therefore, it is necessary to understand quantitatively the elasto-plastic deformation and densification behaviors of porous metals and metal powders. In this study, elasto-plastic finite element method using Lee-Kim's pressure dependent porous material yield function has been used for the analysis of three dimensional indenting process. The analysis predicts deformed geometry, stress, strain and density distribution and load. The calculated load is in good agreement with experimental one. The calculated results do not show axisymmetric distributions because of the edge effect. The core part which is in contact with the indentor and the outer diagonal edge part are in compressive stress states and the middle part is in tensile stress state. As a results, it can be concluded that three dimensional analysis is more realistic than axisymmetric assumption approach.

지하터널은 그 경계가 반무한영역에서 설정되고 재료나 형상의 복잡성을 갖고 있기 때문에, 동적하중에 대하여 정확한 거동을 해석하기 위해서는 3차원 동적해석이 필요하다. 이때 일반적인 수치해석기법인 유한요소만을 이용한 방법은 인위적 경계에서의 파의 반사, 입력자료의 방대함 등으로 인하여 효율적이지 못하게 된다. 본 연구는 이러한 점을 고려하여 지하터널에 직접 가해지는 동적하중에 대한 효율적인 해석기법을 개발하는데 그 목적이 있다. 개발된 프로그램에서 지반의 반무한성은 3차원 경계요소로 고려되었으며, 구조물에는 3차원 동적해석을 수행한 결과 기존의 2차원 터널해석에서 고려가 곤란했던 차량의 진행하중으로 인한 반복효과가 합리적으로 반영되는 것으로 분석되었다.

종속변수와 기본 탄성방정식의 가중잔차 근사식의 Fourier 급수 전개를 이용한 3차원 판이론을 제시하였 다. 판의 가중잔차 평형방정식은 가중된 변위로 표시되며， 그 결과는 다시 위치에너지 Functional올 이용하여 유한요소해석을 수행하였다. 본 해석은 Strip판에 적 용되어 2가지 예 를 분석하였으며， 예제의 결과는 이론해 와 잘일치하였다.

3차원 실내공간의 상부에서 일정유속이 유입하여 양측면 하부쪽으로 유출될 경우, 책상형의 가열 장애물 영향에 의한 유동장의 변화와 온도분포를 수치계산 한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. (1)표준 k-ε 2 방정식 모델로 난류유동장을 해석한 결과 장애물을 기준으로 상하부에는 독립적인 큰 재순환 영역이 존재함을 알 수 있었다. (2) 유입류의 속도 변화에 따른 전제적인 유동패턴은 큰 변화없이 상사적인 분포를 하는 것을 알 수 있었다. (3) 유입속도가 감소함에 따라서, 공간에 대한 발열체의 온도영향이 커진다. (4) Re수가 작은 범위 (10 상(4)-10 상(5)에서는 열전달이 급격히 상승하여, Re수가 10 상(5)이상이 도면 열전달이 거의 일정하다.