직교이방성 적층평판해석을 위해 퇴화 쉘요소에 기초를 둔 p-version 유한요소법이 제안되었다. 이 모델의 비선형 정식화과정에서 기하비선형의 경우 von Karman의 대변형-소변형률 가정을 설명하기 위해 Total Lagrangian 방법이 채택되었으며, 재료비선형의 경우 Huber-Mises의 항복기준과 변형률경화 항복함수에 근거를 둔 Prandtl-Reuss 유동법칙이 사용되었다. 재료모델은 이방성을 표현하는 매개변수에 의해 이방겅재료를 고려할 수 있도록 하였다. 적층평판이론으로는 전단변형 효과를 고려할 수 있는 등가단출이론(ESL Theory)에 기초를 두었기 때문에 두 적층간 계면에서의 전단변형률은 연속이라는 조건을 갖게된다 적분형 르장드르 다항식이 형상함수로 사용되었으며 형상함수의 차수는 1차에서 10차까지 변화시킬 수 있다. 또한, Causs-Lobatto 수치적될법을 사용하기 때문에 기존의 가우스 적분점에서 계산되던 응력값은 이 적분법의 적분점이 절점에 위치하므로 절점에서 바로 응력값이 산출되도록 하였다 극한하중 수렴성, 비선형 효과, 소성역의 형상 등의 비교관점을 통해 p-version 유한요소 모델의 적정성을 보이고자 하였다.

본 연구에서는 균일한 인장과 굽힘을 받는 반무한 평판내의 분기균열에 대하여 해석하였다. 중첩의 원리를 이용하여 인장과 굽힘을 받는 분기균열에 대하여 응력 및 모멘트 확대계수를 해석하였다. 응력확대계수는 유한요소법과 J 기저 상호매개적분을 이용하여 해석하였고, 모멘트확대계수는 균열선단의 모멘트로부터 모멘트외삽을 이용하여 계산하였다 무차원화된 응력확대계수와 모멘트확대계수에 대한 수치해석 결과는 분기균열 길이와 주균열의 비, 그리고 분기균열각의 함수로 나타내었다

본 논분은 평판구조물의 동적 시간이력해석을 수행하기 위하여 개발된 사절점 판요소에 대하여 기술하였다. 이 요소는 두꺼운 판에서 발생하는 횡전단 변형효과를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin(RM)가정을 도달하였다. 알려진 바와 같이 RM가정을 바탕으로 개발된 판요소가 얇은 판에 적용되면 전단강성 과대현상(,Shear Locking Phenomenon)을 일으키는데 이를 개선하기 위하여 본 연구에서는 가변형도법을 이용한 대체변형도를 자연좌표계에 준하여 명시적으로 유도하였다. 개발된 저차 판요소는 중앙 차분법을 이용한 명시적인 동적 해석 알고리즘에 적용되었으며 이때 판의 대각질량행렬은 특별집중질량법을 사용하여 형성하였다. 개발된 판의 성능은 수치예제를 통하여 평가하고 검증하였다.

Composite materials also known as fiber reinforced plastics have been developed and used in many engineering applications due to their outstanding mechanical properties. Laminated plates as structural components that are made of in composite material are widely used. Therefore, nonlinear response of laminated composite plates modeled with finite elements and excited by stochastic loading is studied. The classical laminated plate theory is used to account for the variation of strains through the thickness for modeling laminated thin plates. Approximate nonlinear random vibration analysis is performed using the method of equivalent linearization to account for material non-linearity.

본 연구의 목적은 평판의 모서리 둔각이 135도까지를 갖는 재료적 비선형 경사평판을 해석하기 위해 C°-계층적 평판요소를 개발하는 것이다. 기하학적 변환을 통해 경사진 경계조건은 직각좌표계의 좌표변환을 이용하여 해결할 수 있다. 여기서, 경사경계는 경사진 변 전체 또는 경사교량의 교좌위치와 관련된 몇 개의 선택지점만을 고려할 수 있게 하였다. 이 목적을 위해 경사교량의 교좌장치의 이동방향을 설명할 수 있도록 1차 전단변형을 갖는 Reissner/Mindlin 평판이론에 기초를 둔 5-자유도 경사평판요소가 정식화되었다. 한편, 평판의 극한내하력을 추정하기 위해 von-Mises 항복기준에 기초를 둔 소성유동법칙을 갖는 증분소성이론이 채택되었다. 또한, ADINA 소프트웨어에 의한 h-version 모델과 제안된 p-version 모델을 사용하여 경사각, 경계조건과 하중의 변화에 따른 영향을 조사하였다. 해석결과는 이론값과 문헌에 보고된 수치해석값과 비교되었다. 자유도 수에 따른 정확도를 비교기준으로 한다면, 본 연구에서 제안된 해석모델은 지금까지 개발된 가장 효율적 도구의 하나라고 할 수 있다.

본 논문에서는 고정 또는 자유 연단 조건의 모든 조합을 고려한 마름모꼴 평판의 휨 진동에 대한 엄밀한 해석방법을 제시한다. 본 논문의 주된 관점은 마름모꼴 평판 둔각 모서리의 경계조건이 고정 또는 자유일 때 휨응력의 특이도를 엄밀히 고려하여 해석하는 것이다. 고정 또는 자유인 모서리 응력 특이도의 중대한 영향력이 이해 될 수 있도록 충분히 큰 165º 둔각모서리를 갖는 마름모꼴 평판에 대하며 엄밀한 무차원 진동수와 수직 변동변위의 전형적인 등고선을 제시하였다.

선형탄성이론을 기초로 한 구조해석의 경우 사용하중상태에서의 변형과 응력은 만족할 만한 결과를 나타내지만, 항복후의 처짐과 파괴시의 극한하중 산정의 정확한 해석이 불가능하다. 평판의 극한해석시, 상한계 이론을 바탕으로 한 항복선 이론이 널리 사용되고 있으나 이론적으로 평판의 강도를 과대평가하게 된다. 그러므로, 임의의 하중조건과 경계조건에 대한 비선형 거동과 극한내하력을 산정할 수 있는 해석기법이 필요하다. 평판의 정확한 극한하중을 위해 p-Version 유한요소법을 제안하며, p-Version의 해석치를 범용 구조해석 프로그램인 ADINA의 결과와 문헌의 이론치와 비교하였다.

평판디스플레이용 진공패널의 제작시 진공으로 유지된 패널을 구성하는 유리판이 받는 응력과 변위를 계산하였다. 유리판의 두께, 패널의 크기 및 실링폭의 크기를 변수로 하여 실제로 진공패널을 제작한 후 패널의 파괴양상과 변위를 측정하였다. 유리판의 파괴양상과 변형측정을 통하여 유리판에 걸리는 최대응력은 테두리부분에 걸리는 것을 확인하였다. 제작된 진공패널이 갖는 응력분포 및 변위의 분포는 패널을 진공실링할 때 사용한 실런트의 폭에 크게 의존하였다. 패널의 실링폭이 커질수록 모서리가 완전 고정된 조건으로 계산한 결과와 유사하였다. 두께가 3mm인 유리판을 사용해서 80×120textrmmm2</TEX> 크기의 패널을 제작할 때 실링폭이 20mm인 경우 측정된 변위는 57μm였으며, 이 값은 모서리가 완전히 고정된 조건으로 계산한 갈인 54μm와 비슷하였다.

본 논문은 고정, 단순, 또는 자유 연단 조건의 네 가지의 다른 조합을 갖는 마름모꼴형 평판의 자유진동 데이터를 처음으로 제시한 연구이다. 본 논문의 주된 관점은 마름모꼴 형 평판 둔각모서리의 휨응력의 특이도를 엄밀히 고려하여 해석하는 것이다. Ritz 방법을 이용하여 수직진동변위를 두 가지 적합 함수식으로 가정하였다. 힌지와 고정, 자유와 고정, 또한 힌지와 자유인 모서리 응력 특이도의 중대한 영향력이 이해될 수 있도록 충분히 큰 1650 둔각모서리를 갖는 마름모꼴형 평판에 대하여 엄밀한 무차원 진동수와 수직변동변위의 전형적인 등고선을 제시하였다.

PSC 연속 평판슬래브의 설계는 부정정 평판슬래브에 대한 정확한 해석의 어려움 등으로 등가보이론과 등가골조이론에 의한 근사식을 수정없이 사용하거나 컴퓨터를 이용한 해석에 의존하고 있으나 해석결과를 간단하게 정확히 평가할 수 있는 기법은 없는 실정이다. 또한 PSC 연속 평판슬래브의 부재력은 긴장재의 곡선형태에 따라 변하므로 실제 설계시 PS 긴장재의 정확한 곡선식을 찾는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 비부착 PSC 연속 평판슬래브를 설계할 때 기둥과 기둥을 연결하는 PS 긴장재의 기하학적 곡선형태를 결정하는 방법과, PS 긴장력으로 인해 발생하는 평판슬래브의 기둥부 휨모멘트에 대하여 판이론을 기초로 간편하게 계산하는 방법을 제안하였다. 본 연구에서 제안된 이론으로 계산된 PSC 연속 평판슬래브에 대한 해석값과 유한요소 해석에 의한 지점 부모멘트를 비교 검토하여, 본 논문에서 제시한 기법의 타당성을 입증하였다. 따라서 본 연구는 설계자에게 컴퓨터의 해석결과를 간단하고 정확하게 검증할 수 있도록 하였다.

본 연구는 Si 미립자를 함유한 반도체 세정폐수의 평판막을 이용한 한외여과특성을 검토하였다. 평판막의 투과유속은 시간이 경과함에 따라 점차 감소하는 경향을 나타냈으며, 이현상은 막표면에 형성된 케익층의 증가 및 기공막힘에 기인한다. 흐름형태에 따른 투과유속은 cross flow가 dead-end flow의 약 1.4배 높았다. Si 미립자에 의한 막오염을 제거하는데는 역세법이 sweeping법 보다 우수하였다. 막오염으로 인한 투과유속의 감소는 질소가스로 역세척하여 초기투과유속의 약 85% 정도 회복되었다. 평판막을 이용한 cross flow 공정의 용질배제율은 약 90%였으며, 투과수증의 Si 미립자의 크기는 평균 70 nm였다.

Polysulfone 재질의 다공성 평판막 및 실관막에 키토산 피막층을 형성시킨 후 반응성 염료인 Cibacron Blue 3GA를 고정화시켜 human serum albumin(HSA)의 결합용량이 최대 70 μg/cm2인 단백질 친화성 막을 제조하였다. 친화성 평판막 모듈을 대상으로 HSA에 대한 용출 크로마토그래피 실험을 수행하여 eluent 용액의 최적 환경조건을 결정하였는바, 1M KCl이 첨가된 농도 0.06 M, pH 10의 universal buffer를 eluent로 사용했을 때 리간드와 결합된 단백질의 용출이 가장 우수하였다. 친화성 평판막 및 실관막 모듈을 대상으로 HSA의 전열 크로마토그래피 실험을 수행하여 단백질에 대한 동적 결합용량을 측정하였다. 이 결과 동적 결합용량은 평판막 모듈의 경우에는 loading 용액의 유량과 HSA의 농도가 증가함에 따라 평형 결합용량 값으로부터 크게 감소하였으나, 실관막 모듈의 경우에는 loading 용액의 유량과 HSA의 농도에 관계없이 항상 평형 결합용량 수준을 유지하였는바, 따라서 실관막 모듈이 평판막 모듈보다 단백질 친화성 크로마토그래피 분리관으로서 더 효과적이었다

실제로 구조시스템들의 최적설계는 설계변수가 연속값이 아닌 이산값을 요하는 경우가 대부분이다. 본 논문은 이산형 설계변수를 갖는 비대칭 복합 적층평판에 대해 선형 근사화방법을 이용한 이산최적설계를 수행하였으며, 이 방법이 매우 효율적임을 보였다. 대상 문제는 축력, 전단력, 그리고 휨과 비틀림 모멘트의 평면 내하중들(in-plane loads)의 다중하중조건을 받는 것으로 고려하였으며, 복합 적층평판을 구성하는 플라이들에 대한 최대변형률 규준을 설계 제약조건으로 부과하였다. 이산 최적화를 위한 초기 접근방법으로 단 한번의 연속변수 최적화 과정이 FDM(Feasible Direction Method)을 이용하여 수행되었으며, 차후 이산 및 연속변수를 포함하는 비선형 이산최적화문제를 SLDP(Sequential Linear Discrete Programming)방법에 의해 선형 근사화된 혼합정수계획문제로 형성하여 풀었다. 수치예에서 6개의 플라이로 구성된 비대칭 복합 적층평판을 대상으로 회전식 적층배열([(90-.theta.)/-(60+.theta.)/-.theta./-(45+.theta.)/(45-.theta.)]s)에 따른 이산최적해를 구하였다. 효율성 입증을 위해 똑같은 문제를 비선형 분기한계법을 이용하여 풀었으며, 그 결과를 비교 분석하였다.

본 논문에서는 평판 구조물의 효율적인 해석을 위한 4절점 평판휨 요소를 개발하였다. 이 요소는 전단변형을 고려하기 위해 Mindlin평판이론에 의하여 유도하였다. 평판휨 문제에서 4절점요소와 같은 저차의 등매개변수 Mindlin평판요소는 전단강성을 실제보다 강하게 평가하기 때문에 얇은 평판에서는 요소의 기능을 발휘하지 못한다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 4절점 요소에 5개의 비적합변위모드를 추가함으로써 개선된 결과를 얻을 수 있었으며, 개발된 요소는 유사영에너지모드를 발생시키지 않는다. 아주 얇은 평판에서도 요소의 형상과 무관하게 전단구속현상을 극복하였으며, 예제 해석으로부터 변위의 신속한 수렴성과 단면력의 분포가 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 요소형상비가 매우 큰 경우에도 좋은 결과를 얻을 수 있었다.