본 연구는 풍하중을 받는 문형식 도로표지구조물에 대하여 동적응답해석을 수행하였다. 현재 국내 도로표지구조물 설계 시 지지형식에 따라 고정된 설계풍속으로 풍하중의 크기를 산정하고 있어 구조물이 설치될 지역의 풍하중 특성을 반영하지 않고 있다. 또한 변동풍속에 의한 거스트 효과를 고려하지 않고 있다. 따라서 본 연구는 지역 및 높이에 따른 풍속의 분포 및 변동풍속을 고려하여 스펙트럼해석을 수행하였으며 거스트 효과를 고려한 구조물의 전체응답과 설계 시 사용하는 풍하중에 의한 구조물의 응답을 비교분석 하였다.

지진하중에 의한 구조물의 손상 및 피해는 지진에 의한 동적 하중을 고려한 구조물의 내진설계의 도입을 통하여 저감시킬 수 있으며, 이 때 내진설계 도입으로 인한 구조물의 내진성능 향상 및 그에 필요한 비용을 동시에 고려하여 내진설계 도입의 적합성을 검증해야한다. 본 연구에서는 내진성능의 확률적 평가를 위해서 지진하중과 구조물 자체에 내재되어 있는 불확실성을 고려하여 빌딩구조물의 지진취약도를 작성하였으며 시뮬레이션의 효율성을 높이기 위한 Latin Hypercube 샘플링 기법을 도입하여 해석을 수행하였다. 내진 설계 도입의 필요성 검증을 위해서는 구조물의 물리적 내진성능 이외에도 구조물의 사회적, 경제적 기능 및 가치에 대한 고려가 필요하며 이러한 요소를 고려한 의사결정해석 절차를 등가비용모델의 예를 들어 제시하였다.

막 구조물을 설계하기 위해서는 우선 초기장력 도입으로 인한 구조물의 형상을 정확히 알아야 한다. 이를 위해서 모형을 통한 모델링이나 컴퓨터를 이용한 형상해석이 요구되며, 초기장력의 도입으로 형성되는 막 구조물의 곡면은 일반적으로 등장력 곡면이다. 이와 같은 특성을 가진 막 구조물은 모형만을 대상으로 형상을 구할 때에는 정량적으로 형상의 정보를 얻기가 힘들고, 형상해석만을 수행한 경우는 예기치 않은 문제가 발생하기도 한다. 또 설계자의 의도에 따른 형상은 실질적으로 등장력 곡면에 부합되지 않는 경우가 많고, 심지어 실현 불가능한 발생한다. 따라서 설계프로세스에 따른 구조물의 형상에 부합되면서 실현가능한 형상으로의 초기형상 결정과정은 막 구조물의 설계에 있어서 무엇보다 중요한 과정이다. 본 연구에서는 건축 설계프로세스에 따른 모델링과 수치적 형상해석과의 결과에 대한 차이를 살펴보고 피드벡 과정을 통하여 막 구조물의 초기형상을 결정하는 프로세스에 대해서 연구한다.

IBC와KBC 기준의 지반계수는 지반증폭 만이 고려되고 구조물-지반 상호작용 영향이 고려되지 않은 지반계수로 합리적인 구조물의 지진거동을 예측하는데 어떤 한계가 있다. 이 연구에서는 선형과 비선형 지반 위에 세워진 구조물의 탄성지진응답해석을 의사 3-D 해석으로 수행하여 구조물-지반 상호작용 영향이 고려된 지반계수의 상 하 한계값을 평가하였다. 지반의 특성은 지반 A, B, C의 경우에는 선형으로 가정하였고, 지반 D와 E의 경우에는 비선형으로 가정하여 Ramberg-Osgood 모델을 사용하여 전단파속도를 기준으로 전단탄성계수와 감쇠비 계산식을 규정하였다. 지진해석은 중 약진 지진기록 12개를 선정하여 최대 지진가속도를 0.1g와 0.2g로 조정하고, 구조물-지반 체계에 대한 의사 3-D 해석 시에는 30m 지반 하부 암반에서의 지진기록으로 변환하여 사용하였다. 구조물의 탄성 지진응답해석을 통해서 얻은 결과로부터 구조물-지반 상호작용 영향을 고려한 새로운 표준응답스펙트럼과 단주기 영역 및 주기 1초에서의 지반계수 F_{a}와 F_{v}의 상 하 한계값을 제시하였으며, KBC 기준을 위한 새로운 지반계수도 제안하였다.

본 논문은 다중 적층지반상의 지반-구조물 상호작용 해석을 위한 3차원 무한요소를 소개한다. 본 무한요소는 Cartesian 좌표계에서 정식화되었으며, 수평, 수평모서리, 수직, 수직 모서리 그리고 수평 수직 모서리 무한요소로서 총 5개의 무한요소로서 구성된다 적용한 형상함수 내부의 파동함수들은 적층지반의 파동문제를 효과적으로 모사하며 다중파동성분을 포함하고 있다. 본 요소의 성능을 검증하기 위하여 주파수영역에서 여러 가지 예제해석을 수행하였다. 균질 및 적층지반상 강체기초와 묻힌 케이슨 기초의 무차원 동적 거동(compliance & impedance)을 구하였으며, 기연구자들의 값과 비교 검토하였다.

본 연구에서는 3절점 요소와 4절점 요소를 가지는 비등방성 절판 구조물의 처짐 해석을 수행한다. 절판 구조물을 해석할 때 4절점 요소뿐만 아니라 3절점 요소의 사용이 필요한 경우가 발생하게 된다 그러나 3절점 요소를 사용하는 것은 간단하지 않다. 그러므로 본 연구에서 사용한 3절점 요소는 4절점 요소에서 절점을 감소시키는 방법을 사용하여 계산 과정의 편의성과 3절점 요소의 사용으로 인한 복잡성을 피할 수 있다. 이러한 방법을 고차 전단변형이론에 적용하기 위하여 Lagrangian 보간함수만을 사용한다. 또한 해석과정의 편의성 및 정확성을 위하여 면내회전각 자유도를 도입한다. 특히 본 논문에서는 3절점 및 4절점 요소의 사용에 의한 비등방성 복합적층 절판 구조물의 거동 특성을 분석하며 이에 대한 영향을 다양한 매개변수를 통하여 상세히 규명하고자 한다.

이 논문은 구조해석에서 수치미분의 적용성에 관한 연구이다. 구조물 선형식의 미분은 구조물의 거동해석에서 반드시 필요한 수학적 계산 중의 하나이다. 아치와 같이 구조물의 선형식이 곡선인 경우에 미분식의 산출은 많은 시간과 노력을 필요로 한다. 이 연구에서는 구조해석에서 수치미분의 적용성을 아치의 자유진동 문제를 통하여 검증하였다. 전진 5차다항식으로부터 아치 곡률항의 미분값을 계산하고 이를 대수적으로 구한 곡률항과 비교하였다 이렇게 얻은 곡률항을 이용하여 최종적으로 산출한 아치의 고유진동수는 문헌해와 아주 우수하게 근접하였다. 이러한 결과로부터 구조해석에서 수치미분의 적용성과 그 결과의 정확성을 입증할 수 있었다.

구조물의 최적 설계는 유한요소해석과 그것을 상용할 수 있는 컴퓨터 기술의 진보와 함께 발전해 오고 있다. 특히 위상 최적설계는 제한 조건들을 만족하는 구조물의 형상뿐만 아니라 최적 위상을 산출할 수 있다는 점에서 최근들어 많이 사용되고 있다. 일반적으로 유한요소해석은 영계수나 프와송 비와 같은 구조물의 재료특성 계수와 작용 하중 같은 변수들의 확정된 값을 가정하여 사용하나, 실제적으로 이러한 값들은 외부 환경의 영향이나 제조과정의 에러 등으로 인한 불확실성을 가진다. 따라서 정적 또는 동적인 구조응답 해석에서 다른 추이를 보일지도 모르며, 이는 구조물의 최적설계에도 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 구조물의 정적응답 해석에 대해 불확실성을 고려하는 간격 유한요소방법을 이용하여 구조물의 위상최적설계를 수행하고 그 해법을 제시하였다. 구조물의 최적설계 결과는 이전에 사용되었던 결과와 비교를 통하여 그 타당성을 입증하였다. 본 해석방법은 기존의 밀도분포법과 유한요소해석에 의한 위상설계와 비교하여 간단한 방법으로 서 선형 탄성 구조 응답의 불확실성을 고려하는 대체적인 구조물의 위상 최적결과를 예측할 수 있다.

본 논문에서는 단면상의 화이버 요소를 사용하여 3차원 강구조물의 점진적인 소성화를 고려하는 실용적인 비선형 비탄성 해석방법을 개발하였다. 부재의 , 등의 기하비선형은 안정함수로 고려하였다. 잔류응력은 단면상에 있는 화이버 요소에 초기응력을 가하여 고려하였다. 각 하중 단계에서 탄성상태인 단면을 계산하여 축강성과 휨강성을 직접 결정함으로서 점진적인 소성화를 고려하였다. 각 화이버 요소의 응력 변화를 계산하여 변형률 반전효과를 고려하였다. 제안된 해석 방법은 3차원 강구조물의 실용적인 해석 및 설계에 유용하게 사용될 것이라 판단한다.

본 논문은 자이로콥터의 유한요소 모델링과 로터의 회전에 의한 동하중을 고려한 전산진동해석을 수행하였다. 이를 위해 자이로콥터의 최종 조립된 3차원 CATIA 모델을 구축하였으며, 3차원 데이터를 바탕으로 비구조 질량을 포함한 구조진동해석을 위한 유한요소모델을 생성하였다. 실용적인 전산구조동역학 해석을 위해 상용 유한요소 해석프로그램인 MSC/NASTRAN과 자체 개발한 프로그램을 병용하여 사용하였다. 비행 중 회전하는 로터에 의해 발생하는 동하중은 상용 CFD 프로그램인 FLUENT를 이용하였다. 유체해석과 구조진동해석의 결합을 위해 자체적으로 통합 연계 시스템을 구축하였다. 3차원 구조의 효율적인 진동특성을 고찰하기 위해 모달영역에서 천이응답해석과 주파수응답해석을 수행하였다. 실제 자이로콥터의 연료조건과 비행조건을 고려하였으며, 전산해석을 통하여 고유진동, 주파수 응답 및 천이응답 특성을 고찰하였다.

본 연구는 소성이론의 하계정리를 이용하여 구조설계자의 부재의 응력장에 대한 만족도를 고려한 구조해석 프로그램을 제안한다. 구조물에 작용하는 계수하중과 평형을 이루는 임의의 응력장 중에서 최소노름 응력장을 이용하여 찾아내고, 구조물의 모든 부위에서 부재의 설계내력이 부재력을 상회하도록 부재 단면을 결정하는 방법을 제안한다.

본 연구에서는 지진하중을 받는 고층 RC 골조구조물의 횡변위를 정량적으로 제어할 수 있는 방안을 제시한다. 이를 위해 수학적인 일반성을 가지면서 큰 규모의 문제도 효율적으로 다룰 수 있는 근사화 개념을 도입하여 횡변위 구속조건식을 설정한다. 아울러 구조부재의 단면특성 관계식을 설정함으로써 설계변수의 수를 줄여주고, 초기에 주어진 단면형상이 최적설계 과정동안 계속 유지된다는 가정을 이용하여 최적설계결과에서 구해진 단면특성에 따라 부재단면크기를 산출하는 방안을 강구한다. 특히 근사화된 횡변위구속조건식을 정식화 하기 위해 동적 변위민감도해석 방안이 고려된다. 이와 같이 제시된 동적 강성최적설계 기법의 효용성을 검토하기 위해 10층과 50층 규모의 삼차원 RC 골조구조물 모델이 고려된다.

한국형처분시스템에 이용될 가압경수로형 사용후핵연료를 위한 KDC-1 처분용기를 개발하였다. 처분용기 안전성 평가의 일환으로서 처분용기에 대한 구조적 안전성을 평가하였다. 처분용기의 구조적 안전성은 처분조건과 취급조건 2가지로 구분하여 평가하였다. 처분조건에서는 3가지 하중 조건, 정상하중 조건, 비정상 하중 조건, 암반의 움직임을 고려하였다. 처분조건에서 평가 결과 3가지 조건에 대해 모두 안전계수가 설계기준보다 컸다. 취급조건에서는 처분용기 취급 중 구조해석과 처분용기 낙하 사고시 구조해석을 수행하였다. 취급장비 고장 시나리오 평가결과 1개 혹은 2개의 취급 장치가 고장을 일으켰을 때도 취급장비를 계속 운전하는 것이 가능하였다. 처분용기 낙하 시나리오에서는 계산결과 최대 응력은 0.762 MPa 이었으며, 이 값은 주철의 항복응력과 비교하면 거의 무시할 수 있는 값이었다. 본 논문에서 제안한 KDC-1 처분용기에 대한 처분조건 및 취급조건에서의 구조해석 결과, 한국형처분시스템에서 고려하고 있는 조건에서 그 구조적 안전성을 확인하였다.

본 연구에서는 효과적인 인터넷 기반 구조해석 플랫폼을 개발하기 위하여 컴포넌트 모델을 제시하였다. 구조해석의 특성상 복잡한 알고리즘을 수행해야 하므로 다수 사용자에 대한 원활한 서비스를 위해 서버 연산 보다는 X-Internet을 이용한 클라이언트 연산을 실시하였다. 기존 상용 해석프로그램들의 사용자 편의적인 인터페이스에 부합되도록 Smart Client를 이용하여 윈도우 기반 인터페이스를 구축하였으며, 개발된 플랫폼의 재사용 및 확장성을 고려하여 컴포넌트 기반 프로그래밍을 함으로써 수정 및 변화에 능동적인 대처가 가능하게 하였다. 컴포넌트는 분할-단순화의 기법을 적용하여 전체 시스템을 표현하였고, 상위 컴포넌트와 하위 컴포넌트, 컴포넌트와 객체간의 관계에는 공통 인터페이스를 사용함으로써 라이브러리간의 연결을 명확히 구분하였다. 설계검토를 XML WebService를 사용하여 이기종 플렛폼과의 데이터 통신을 실시함으로써 차후의 통합 CAE에서의 데이터 교환의 기틀을 제시하였다. 2차원 트러스 구조물의 정적해석 및 설계검토를 수행하여 개발한 플랫폼의 효율성을 검증하였다.

응답면기법, 유한요소법, 일차신뢰도법 그리고 반복 선형보간기법을 합리적으로 결합한 정교한 신뢰성해석 기법이 지진하중을 포함하는 단기 동적하중을 받는 복잡한 실제 비선형 동적구조계의 신뢰성 평가를 위하여 제안되었다. 기법은 하중 및 저항과 관련된 랜덤변수의 비선형성과 불확실성의 모든 중요 원천을 명시적으로 고려한다. 본 기법의 특징은 전통적 랜덤진동방법의 대안으로서 지진하중을 시간영역에서 적용하는 것이다. 실제 강프레임의 연결부에 대한 유연성을 표현하기 위하여 4-매개변수 리차드 모델을 사용하였다. 리차드 매개변수의 불확실성에 대한 고려도 알고리즘에 포함하였다. 다음으로 횡방향으로 유연한 강프레임을 철근콘크리트 전단벽으로 보강하였다. 균열 발생 후 전단벽에서의 강도저감 또한 고려되었다. 강절 연결부를 갖는 횡방향으로 유연한 강프레임, 각기 다른 강성의 부분강절 연결부를 갖는 강프레임, 그리고 콘크리트 전단벽으로 보강된 강프레임의 세 구조물을 고려함으로써 실제 구조물의 신뢰성평가를 위한 기법의 적용성을 검증하였다.

사용후핵연료 건식저장용기는 낙하사고조건에서 캐니스터의 건전성이 입증되어야 한다. 낙하사고조건은 캐니스터를 건식저장용기에 장입하기 위하여 저장용기의 상부에서 크레인으로 취급하는 도중에 캐니스터가 저장용기 내부의 받침대로 자유 낙하하는 조건이다. 저장용기 내부의 받침대는 이러한 조건에서 캐니스터의 구조적 건전성을 유지하도록 완충효과가 좋아야 한다. 본 연구에서는 다양한 저장용기 내부 받침대 에 대한 3차원 유한요소해석을 통하여 낙하사고조건에서 캐니스터의 구조적 건전성을 향상시킬 수 있는 구조를 결정하였다. 저장용기 내부 받침대는 탄소강으로 만들어진 원통 쉘의 내부에 콘크리트를 장입한 구조와 받침대 높이의 변화 없이 콘크리트 높이의 1/4정도에 탄소강과 폴리우레탄폼을 이용한 구조물을 사용하여 완충효과를 보완하고자 수정된 구조를 고려하였다. 완충체의 형상 및 구조를 결정하기 위하여 십자형상이나 원형의 탄소강 구조물을 받침대 상부에 위치하여 그 영향을 알아보았다. 이때 탄소강 구조물의 두께를 24 mm, 12 mm, 6mm로 변화를 주었다. 또한, 탄소강 구조물 사이에 충진하는 폴리우레탄폼의 밀도에 대한 영향을 알아보았다.