본 연구에서는 유한요소법을 이용한 채널단면을 갖는 복합재료 적층 구조물의 자유진동을 다룬다. 복합적층 절판구조물에 고차항 판이론을 적용하기 위하여 개발된 유한요소 프로그램은 Lagrangian 및 Hermite 보간함수를 병용하여 면내회전각 자유도를 포함한 절점 당 8개의 자유도를 갖는다. 전단보정계수의 가정을 필요로 하지 않고 전단변형의 3차항 비선형 특성이 고려된 본 논문의 절판 요소는 국부좌표계와 전체좌표계에 대한 좌표변환행렬에 의하여 요소 당 32의 국부요소행렬로 구성된다. 본 해석 프로그램의 결과는 기존의 고전적 이론 및 일차항 이론에 의한 문헌 결과와 비교ㆍ분석하였으며, 화이버 보강각도, 길이-두께비, 기하학적 형상 변화 등의 다양한 매개변수 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 특히 경계조건 및 길이-두께비 변화에 따라 예측하기 힘든 복잡한 거동을 보이는 복합적층 채널단면 구조물의 자유진동에 대하여 정밀한 고차항 이론 적용에 의한 엄밀 해석의 필요성을 제기하였다.

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.

구조물은 지진, 풍랑 등과 같은 외부의 충격에 대해서 노출되어 있기 때문에 대규모의 피해가능성이 항상 존재한다. 이러한 외부에 대한 충격흡수 장치는 여러 가지가 있다. 이러한 기구 중에서 널리 사용되고 있는 것이 기계적 에너지를 소산시키는 유압 감쇠기이다 본 논문에서는 유압 감쇠기의 단점을 보완하고 보다 효율이 높은 감쇠기를 나노기술을 응용하여 새로운 감쇠기에 대한 기초적 이론연구를 하였다. 새로운 감쇠기는 내부에 점성 유체 대신에 무기재료의 입자를 유체와 혼합하여 사용하였고 오리피스를 생략함으로 해서 보다 간단한 구조로 설계하였다. 나노 단위 기공에서의 유동 현상을 설명하기 위해서는 기존의 유체역학에 대한 지배방정식 및 가설들이 더 이상 적용이 되지 않는 단점이 있다. 본 연구에서는 지금까지 명확하게 규명되지 않았던 감쇠기의 열 발생, 나노 유동, 그리고 에너지 소산에 대한 이론적 해석을 수행하였다. 그리고 다공 입자 구조에 따른 에너지 소산에 대한 영향을 모델링하여 조사하였다. 감쇠 효과를 검토하기 위해 기존의 유압 감쇠기와 에너지 소산효율을 비교하였다. 또한 감쇠 효율을 수치적인 해석결과와 실험 결과를 서로 비교하여 검토하였다.

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.

본 연구에서는 전단변형을 고려한 비대칭 박벽 곡선보의 자유진동해석을 수행할 수 있는 일반이론을 제시하기 위하여, 3차원 연속체에 대한 가상일의 원리로부터 전단변형 효과를 고려하고 비대칭 박벽단면과 ？(Warping)을 포함하는 변위장을 도심 축에 대해 정의한 후 곡선보의 변형도-변위관계로부터 공간 박벽 곡선보의 일반화된 탄성변형에너지와 운동에너지를 새롭게 유도한다. 또한, 전단변형이 고려된 곡선보의 총포텐셜에너지에 대해 변분을 취함으로써 평형방정식과 힘-변위관계를 제시한다. 한편, 제시된 이론에 대해 등매개 보요소를 도입하여 유한요소 정식화를 수행하였으며 곡선보의 동적 거동특성을 조사하기 위하여 전단변형, 곡률효과 그리고 진동모드에 대한 매개변수 연구를 수행한다. 마지막으로, 본 연구의 타당성을 입증하기 위하여, 다양한 해석예제에 대한 3차원 고유진동수를 산정하고 타 연구자들의 결과 및 ABAQUS의 쉘요소를 이용한 해석결과와 비교ㆍ검증한다.

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.

본 연구에서는 축대칭 쉘구조물의 정동적해석을 효과적으로 수행할 수 있는 새로운 유한요소를 제안하였다. 본 유한요소는 축대칭 쉘의 전단변형률을 고려하였으며, 쉘의 경계에서 기술할 수 있는 변수들만으로 표현되는 효율적인 형태의 수정된 혼합 변분이론에 바탕하여 유한요소정식화를 수행하였다. 또한, 변위장에 대해 무절점 자유도를 추가적으로 도입하여 요소의 수치적 성능을 크게 향상시켰다 계산의 효율성을 위해, 요소정식화의 최종단계에서 정치조건으로부터 응력매개변수들을 제거하고, 동적축약을 통하여 무절점 자유도 성분들 또한 최종적인 유한요소방정식에서 제거되어짐으로써, 일반적인 변위기저 요소와 같은 크기의 유한요소방정식을 얻을 수 있다. 몇 가지 수치예제들에 대한 해석을 통하여, 무절점 자유도와 변위장에 일치하는 적절한 응력매개변수를 가지는 제안된 혼합 축대칭 쉘요소가 정동적해석에서 대단히 정확하고 효율적임을 확인할 수 있었다

본 논문에서는 중고주파수 영역에서 진동하는 단순평판의 진동을 해석하기 위하여 파워흐름유한요소법을 적용하였다. 파워흐름해석법에서 주어지는 진동 에너지지배방정식의 해를 구하기 위한 수치해석 도구로써 유한요소법을 활용하였다. 이러한 파워흐름유한요소법을 적용하여 중고주파수 영역에서 진동하는 단순평판의 진동 변위와 진동인텐시티 분포를 구하였다. 또한 수치해 결과를 엄밀해와 유한요소법에 의한 근사해와 비교함으로써, 파워흐름유한요소법은 중고주파수 영역에서 진동 변위 및 진동 인텐시티를 예측하기 위하여 효과적으로 적용될 수 있음을 보였다.

이 논문은 미분구적법(DQM)을 이용한 탄성지반 위에 놓인 변단면 압축부재의 자유진동에 관한 연구이다. 문헌고찰을 통하여 채택한 지배미분방정식과 경계조건을 DQM에 적용하여 고유진동수를 산출할 수 있는 수치해석법을 개발하였다. DQM에서 수치적분을 위한 격자점의 선택은 Chebyshev-Gauss-Lobatto 법을 택하고, 고유치의 산정은 QR 알고리듬을 이용하였다. 타문헌과의 결과비교를 통하여 본 연구의 걸과가 타당함을 보였고, DQM에 대한 적용성 검토에서 고유진동수의 산출이 매우 안정적임을 보였다.

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.

The responses of composite laminated beams modeled with finite element and excited by stochastic loading are studied. The cantilevered laminated beam having a 5 ply configuration is considered. The beam is 1m long, 0.1m wide, and 0.02m thick, yielding a length to thickness ratio of L/h=50. The laminated beams was assumed to be made of Born Epoxy. The four nodes at the free end of the cantilever were loaded with identical zero-mean white noise excitations. Stress and failure analysis loaded with identical zero-mean white noise excitations is carried out. Along with the obtained results, comparison and discussion are presented for the cases of symmetric-ply, antisymmetric-ply, angle-ply, and cross-ply laminated beams.

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

This thesis investigates vibration response characteristics of building frames in which dampers are installed. The frames belong to passively vibration-controlled. Structures which utilizes energy dissipation of mechanical dampers provided in the structure. In this thesis, a turbulent flow damper sealed by visco-elastic material was dealt with as the device of passive vibration control. To investigate the resisting force characteristics of the damper, harmonic vibratration tests were carried out. Based on the test results, a theoretical model of the damper resistance was presented and a method of identifying the model parameters was proposed. Shaking table tests of the frame with and without the dampers were carried out and the effectiveness of the damper was examined. The response of the frame with the dampers was reduced to 1/2 or 1/3 of the cases without the damper.

고장도 재료의 사용과 시공기술의 발달로 경기장 관람석이 장경간화 유연화 되어 구조물의 고유진동수가 매우 낮아지고 있다. 경기장 관람석구조물은 사람의 율동적인 움직임에 의하여 공진 또는 공진과 유사한 거동이 일어날 수 있으므로 진동에 대한 구조물의 안전성 및 사용성에 대한 검토가 요구된다. 경기장 관람석의 효과적인 설계를 위해서는 경기장 관람석에 가해지는 동적하중에 대한 분석과 경기장 관람석의 거동에 대한 정확한 분석이 있어야 한다. 경기장 관람석에 가해지는 동적하중은 매우 다양하며 수식적으로 표현하기가 쉽지 않기 때문에 계측한 동적하중을 적용하는 것이 바람직하다. 그리고 판요소로 이루어진 경기장관람석의 정확한 진동해석을 위해서는 구조물을 조밀하게 나누어야 하기 때문에 해석시간이 길어지게 된다. 또한 경기장 전체 구조물의 진동해석에 있어서 경기장 전체 구조물을 세분화하여 모델링하는 것은 매우 어려울 뿐만 아니라 절점 수가 매우 많아지므로 절점수가 제한되어 있는 상용프로그램으로는 해석이 불가능할 수도 있다. 본 연구에서는 경기장 관람객의 여러 가지 움직임에 의하여 야기되는 다양한 동적하중을 계측하여 분석하였다. 그리고 판요소로 이루어진 경기장 관람석의 동적특성을 비교적 잘 표현할 수 있으면서도 절점을 줄일 수 있는 효과적인 해석방법을 제안하였다. 제안된 방법의 정확성과 효율성을 살펴보기 위하여 경기장 관람석의 진동해석을 수행하였다.

보행하중을 받는 바닥판 구조물의 진동해석을 위해서 일반적으로 계측한 보행하중을 적용하거나 Bachmann의 보행하중식을 사용하게 된다. 다양한 매개변수의 영향을 받는 보행하중은 계측이 쉽지 않으며 Bachmann 보행하중식은 보행진동수가 2.OHz와 2.4Hz로 제한적이기 때문에 다양한 보행진동수에 따른 보행하중을 적용하기가 곤란하다. 따라서 보행하중을 받는 구조물의 진동해석을 위해서 보행하중의 매개변수 분석과 다양한 보행진동수에 적용이 가능한 보행하중의 모형화가 필요하다. 본 논문에서는 로드셀이 장착된 계측 플레이트를 이용하여 바닥판에 가해지는 보행하중을 직접 계측하고 매개변수를 분석하였다. 그리고 퓨리에 변환을 이용하여 계측한 보행하중을 다양한 진동수를 가지는 조화하중으로 분해하였다. 분해과정을 거쳐 얻은 조화하중의 계수들을 보행진동수에 대한 일정한 함수관계로 유도하여 보행하중을 모형화하였다. 본 논문에서 제안한 보행하중식을 이용하면 다양한 보행진동수에 따라 다르게 나타나는 보행하중을 구조물의 진동해석에 용이하게 적용할 수 있다.

본 연구에서는 다층 층간분리된 적층보의 자유진동해석을 수행하였다. 적층보에 존재하는 다층 층간분리가 고유진동수에 미치는 영향을 고찰하기 위해 층간분리단에서의 연속조건을 유도하고, 층간분리된 각각의 분할보의 경계에서 유도된 연속조건을 이용하여 진동수 방정식을 유도하였다. 이론해석결과의 검증을 위해 범용 프로그램을 이용한 유한요소해석을 수행하였으며, 서로 잘 부합됨을 보였다. 고유진동수 변화는 다층 층간분리의 크기와 위치 및 형태에 따라 변하였다. 얻어진 결과로부터 다층 층간분리가 적층보의 동적특성에 미치는 민감도와 층간분리의 위치와 크기를 탐지하는데 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다.

본 논문에서는 비선형 추계적 구조시스템의 지진에 대한 동적응답 해석방법을 제안하였다. 부분구조합성법에 기초한 섭동법을 응용하여 지진외력에 의한 불규칙진동의 시간응답과 주파수응답 해석과정을 정식화하였다. 이 방법에서는 대형 .동적 시스템의 지배방정식인 비선형 미분방정식을 몇 개의 비선형 모달방정식으로 근사 변환한다. 각 분계는 비선형 복원력항을 모드좌표로 근사변환함으로써 선형화하여 합성되어진다. 모드좌표에서 섭동법을 이용하여 비선형 운동방정식의 불규칙 진동에 대한 해를 구함으로 해석과정이 축소되어진다. 제안된 방법의 적합성과 유효성을 평가하기 위하여 비선형성을 가진 기계구조 시스템을 해석하였다. 이 해석결과는 불규칙 진동 응답을 해석하는데 유효한 접근방법으로 판단되며 내진 설계에 기여할 것으로 예상된다.