본 논문에서는 구조물에 작용하는 하중의 크기와 진동수에 따른 거동의 비선형성을 확인하고 정확한 예측을 위한 방법을 모색하기 위하여 외팔보의 정적 및 동적해석의 수행에서 선형, 비선형 해석의 결과를 비교하는 연구를 진행하였다. 우선 보의 자유단에 수직방향의 정적 및 동적 하중을 가한 상황을 예측하였다. 선형 해석방법으로 고전 외팔보 이론을 적용하였고, co-rotational dynamic 유한요소해석 기법을 개발하여 비선형 해석방법으로 사용하였다. 먼저 정적해석에서 외력의 크기가 달라질 때 선형 및 비선형 해석 예측이 어떠한 차이를 보이는지 비교하였다. 그리고 동적해석을 통해 가진 진동수의 변화에 따른 보 끝단의 무차원화된 변위의 양상을 연구하였고, 공진진동수 근방에서의 상당한 변위가 발생함을 보였다. 마지막으로 주파수 지연현상을 조사하기 위해 특정 진동수에서의 시간 경과에 따른 보의 변위를 확인하였다.

Reinforced concrete shear walls are effective for resisting lateral loads imposed by wind or earthquakes. Observed damages of the shear wall in recent earthquakes in Chile(2010) and New Zealand(2011) exceeded expectations. Various analytical models have been proposed in order to incorporate such response features in predicting the inelastic response of RC shear walls. However, the model has not been implemented into widely available computer programs, and has not been sufficiently calibrated with and validated against extensive experimental data at both local and global response levels. In this study, reinforced concrete shear walls were modeled with fiber slices, where cross section and reinforcement details of shear walls can be arranged freely. Nonlinear analysis was performed by adding nonlinear shear spring elements that can represent shear deformation. This analysis result will be compared with the existing experiment results. To investigate the nonlinear behavior of reinforced concrete shear walls, reinforced concrete single shear walls with rectangular wall cross section were selected. The analysis results showed that the yield strength of the shear wall was approximately the same value as the experimental results. However, the yielding displacement of the shear wall was still higher in the experiment than the analysis. The analytical model used in this study is available for the analysis of shear wall subjected to high axial forces.

For small-size reinforce-concrete buildings, Midas Gen, OpenSees, and Perform-3D, which are structural analysis programs that are most popularly used at present, were applied for nonlinear static pushover analysis, and then difference between those programs was analyzed. Example buildings were limited to 2-story frames with irregular shaped walls. Analysis result showed that there were more differences than for frames only and frames with rectangular walls, but it was not so significant. Nevertheless, the capacity curve were different in some buildings, which is attributed to shape and location of walls, and feature of the analysis program. Especially, selection of automatic or manual input in Midas Gen, or nonlinear wall elements in Perform3D can affect the capacity curve and performance of the buildings. Therefore, the program users should understand the feature of the program well, and then conduct performance assessment. The result of this study is limited to low-story buildings so that it should be noted that it is possible to get different results for mid- to high-rise buildings.

For small-size reinforce-concrete buildings, Midas Gen, OpenSees, and Perform-3D, which are structural analysis programs that are most popularly used at present, were applied for nonlinear static pushover analysis, and then difference between those programs was analyzed. Example buildings were limited to 2-story frames only and frames with one or more rectangular walls. Analysis results showed that there was not much difference for frames only based on capacity curves. There were some differences for frames with rectangular walls, but it was not so significant. The global behaviors represented by the capacity curve were not so different, but the feature of each analysis program appeared when the results were analyzed in more detail. Therefore, the program users should understand the feature of the program well, and then conduct performance assessment. The result of this study is limited to low-story frames only and frames with rectangular walls so that it should be noted that it is possible to get different results for frames with non-rectangular walls or mid- to high-rise buildings.

Pneumatic cylinder actuators are significantly utilized for industry automatic systems in the fields of mechanical applications. We propose a novel control method for pneumatic cylinder actuator systems including stochastic friction dynamics. The proposed control mechanism is linearly composed of nominal control and auxiliary control variables. The former is designed from linear system model without friction terms by using a previous linear system theory and the latter is constructed as a function of friction estimation which is carried out by a well-known least square algorithm for reducing the control error due to random friction dynamics. We accomplish numerical simulation to demonstrate reliability of the proposed control method and conduct a comparative study to improve its superiority.

본 논문에서는 CFT 구조의 강관과 내부 충전 콘크리트 간 복합거동을 유한요소해석 시 적절하게 반영하기 위해 강관과 콘크리트 간 부착 슬립관계 묘사를 위한 알고리즘을 제시하였다. 내부 충전 콘크리트에 축방향 하중 발생 시, 강관과 콘크리트 간 마찰로 인해 강관으로 하중이 전달되며, 이에 따른 강관 슬립량과 힘의 평형관계를 통해 등가강성을 통해 부착관계를 파악할 수 있다. 실제 원형 CFT 부재의 부착응력 실험을 통해 측정된 수직 및 수평 방향 응력 분포 결과와 제안된 해석 기법을 통해 산정된 응력 분포의 비교를 통해 제안된 해석 기법의 타당성을 검증하였다. 또한 비선형 유한요소해석 시 강관과 콘크리트의 부착 거동 묘사에 따라 CFT 기둥의 거동 특성에 영향을 미치게 되므로 축방향 하중이 작용하는 CFT 부재 실험결과와 제안된 부착-슬립 모델을 반영한 유한요소해석 결과의 하중-변위 곡선 관계 비교를 통해 제안된 기법의 적합성을 검증하였다.

In this study, we performed non-elastic dynamic analyses using LS-DYNA for plate structures made of laminated composite materials. It was used mat_59_composite_failure_shell_model providing from LS-DYNA as material model of composite material The material which is applied in the analysis as CFRP and GFRP, were compared by performing the dynamic analysis in accordance with various layup sequences. Numerical results show structural resistance against impact loading for different materials. In addition, The significance of the layup sequence in analyzing composite structures under impact loading is enunciated in this paper

In recent years, technology has been developed the way the volume of the portable communication device is reduced but its performance is maintained. The COF(Chip On Film) packaging method is used due to the densification of the lead pitch, especially for the display driver IC. During COF packaging, lead break and film detachment could occur by the high bonding temperature and pressure, and possibility for lead interference can emerge by deformation of leads. In this study, a new double-column arrangement of leads is considered to increase lead density further than the existing zigzag arrangement of leads, and nonlinear structural analysis was carried out to examine whether the interference can occur. The results showed that stress and deformation of the corner region appear relatively higher than those of central region, and interference did not occur by the lead strain for the double-column arrangement of leads with pitch of 25μm. Therefore, double-column lead arrangement can improve lead density by about 176% compared to the zigzag lead arrangement

This paper presents a detailed procedure for a nonlinear soil-structure interaction of a seismically isolated NPP(Nuclear Power Plant) structure using the boundary reaction method (BRM). The BRM offers a two-step method as follows: (1) the calculation of boundary reaction forces in the frequency domain on an interface of linear and nonlinear regions, (2) solving the wave radiation problem subjected to the boundary reaction forces in the time domain. For the purpose of calculating the boundary reaction forces at the base of the isolator, the KIESSI-3D program is employed in this study to solve soil-foundation interaction problem subjected to vertically incident seismic waves. Wave radiation analysis is also employed, in which the nonlinear structure and the linear soil region are modeled by finite elements and energy absorbing elements on the outer model boundary using a general purpose nonlinear FE program. In this study, the MIDAS/Civil program is employed for modeling the wave radiation problem. In order to absorb the outgoing elastic waves to the unbounded soil region, spring and viscous-damper elements are used at the outer FE boundary. The BRM technique utilizing KIESSI-3D and MIDAS/Civil programs is verified using a linear soil-structure analysis problem. Finally the method is applied to nonlinear seismic analysis of a base-isolated NPP structure. The results show that BRM can effectively be applied to nonlinear soil-structure interaction problems.

In order to perform a soil-isolation-structure interaction analysis of seismically isolated nuclear power plant (NPP) structures, the nonlinear behavior of a seismic isolation system may be converted to an equivalent linear model used in frequency domain analysis. Seismic responses for seismically isolated NPP containment structures subjected to a simple artificial acceleration history and different site class earthquakes are evaluated for the equivalent-linear and nonlinear models that have been applied to lead-rubber bearing (LRB) modeling. It can be observed that the maximum displacements of the equivalent linear model are larger than that of the nonlinear model. From the floor response spectrum analysis for the top of NPP containment structures, it can be observed that the spectral acceleration of an equivalent linear model at about 0.5 Hz frequency is about 2~3 times larger than that of a nonlinear model.

본 논문에서는 질점계 비선형 지진응답해석을 통한 역량스펙트럼 도출방법을 소개한다. 일반적인 건축물의 손상도 평가는 비선형 등가정적해석(Push-over Analysis)을 통하여 건축물의 역량스펙트럼을 도출하고, 역량스펙트럼과 요구스펙트럼의 교차점을 성능점으로 평가하고 있다. 등가정적해석은 지진의 영향을 등가의 정적하중으로 환산한 후 이를 이용하여 정적해석을 수행함으로써 구조물의 지진에 의한 거동을 예측하는 방법이다. 이 방법은 고차모드 및 층별 동특성의 영향을 고려할 수 없다. 따라서 건축물의 동특성이 반영된 역량스펙트럼을 산출하기 위하여 질점계 비선형 지진응답해석을 진행하여 건축물의 역량 스펙트럼을 제안하고자 한다.

이 논문에서는 곡선 프리스트레스트 콘크리트 사장교의 풍하중에 의한 정적 횡방향 휨거동 해석에 비선형 해석 모델 특성들이 미치는 영향을 검토하여 곡선 프리스트레스트 콘크리트 사장교의 풍하중에 의한 정적 휨거동을 정당하게 예측할 수 있는 해석방법을 제시하였다. 곡선 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 사장교의 시공단계별 풍하중에 의한 횡방향 휨거동 해석 시 재료의 비선형성은 물론 기하학적 비선형성을 모두 고려하였고 재료의 시간의존적 특성의 영향으로 콘크리트의 크리프, 건조수축, 강도증가와 프리스트레싱(PS) 강재와 케이블의 이완을 고려하였다. 곡선 PSC 사장교의 풍하중에 의한 휨거동을 다양한 비선형 해석 모델 특성들을 조합해서 고려하여 해석을 수행한 결과, 교량 상판의 인장균열 및 이에 따른 처짐의 증가를 정확히 예측하기 위해서는 재료의 비선형 응력-변형률 관계는 물론 콘크리트의 인장균열을 모두 포함한 재료 비선형성과 기하강성도 매트릭스는 물론 대변위에 의한 변형률의 비선형항 및 부재의 위상변화를 모두 포함하는 기하학적 비선형성을 고려한 해석이 반드시 필요함을 확인하였다. 부가적으로, 콘크리트의 인장증강효과 및 뼈대요소의 축력에 의한 기하강성도 매트릭스의 고려여부는 교량의 풍하중에 의한 정적 휨거동을 예측하는 데 영향을 크게 미치지 않는 것으로 나타났다. 또한 풍하중에 의한 곡선 PSC 사장교의 횡방향 휨거동은 상판의 횡방향 변위의 상당한 증가 및 거더 단면의 인장균열로 인해 상판이 폐합되기 직전단계가 폐합된 이후 단계보다 크게 불리함을 확인하였다.

A progressive failure analysis procedure for composite laminates is completed in here. An anisotropic plastic constitutive model for fiber-reinforced composite material is implemented into computer program for a predictive analysis procedure of composite laminates. Also, in order to describe material behavior beyond the initial yield, the anisotropic work-hardening model and subsequent yield surface are implemented into a computer code, which is Predictive Analysis for Composite Structures (PACS). The accuracy and efficiency of the anisotropic plastic constitutive model and the computer program PACS are verified by solving a number of various fiber-reinforced composite laminates with and without geometric discontinuity. The comparisons of the numerical results to the experimental and other numerical results available in the literature indicate the validity and efficiency of the developed model.

본 논문은 철근콘크리트 구조물의 지진해석에 관한 국제 벤치마크 프로젝트인 SMART-2013을 통해 3차원 비대칭 철근콘크리트 건물의 고유진동수와 재료 비선형성을 고려한 지진응답을 계산한 결과를 제시한다. 이를 위해 콘크리트와 철근의 비선형 재료모델을 구성하고 대표부피요소에 대한 국부테스트를 수행하여 비선형 모델의 성능을 평가하였다. 이러한 SMART-2013 철근콘크리트 건물의 비선형 유한요소모델에 대해 모드해석과 저강도 지진하중에 대한 선형 시간이력해석을 수행한 결과, 구조물의 고유진동수, 변위 및 가속도 시간이력이 SMART-2013 프로젝트에서 제시한 실험값들과 유사하였다. 또한 Northridge 지진에 대한 변위 및 가속도 응답의 시간이력과 최대층간상대변위의 응답스펙트럼을 계산하여 고강도 지진 하중에 대한 이 철근콘크리트 건물의 거동을 평가하였다.

The purpose of this study is to investigate the seismic performance of hollow RC bridge columns with reinforcement details for material quantity reduction. The proposed reinforcement details provide economy, are rational and shorthen the construction periods. The accuracy and objectivity of the assessment process can be enhanced by using a sophisticated nonlinear finite element analysis program. Solution of the equations of motion is obtained by numerical integration using Hilber-Hughes-Taylor (HHT) algorithm. The adopted numerical method gives a realistic prediction of seismic performance throughout the input ground motions for several test specimens investigated. As a result, the proposed reinforcement details for material quantity reduction develop equal performance to that required for existing reinforcement details.

Base Balance Technique은 건축물의 하중과 변위 및 가속도와 같은 응답들을 구하기 위한 기본적인 풍동실험기법으로 사용되어 왔다. 이 기법은 선형적인 형상함수의 내제된 가정으로 수행함으로써, 밑면 전도모멘트로 일반화된 하중을 추정할 수 있다. 그러나 초고층건물은 다수의 풍방향진동에 대한 형상함수들을 가지고 있다. 본래의 초고층건물의 기본적인 형상함수는 선형적이지 않으므로 풍동실험이나 선형적인 해석의 결과로부터 약간의 조정이 필요하다. 본 연구에서는 풍동실험의 데이터를 이용하여 풍방향응답의 보정계수를 제안한다. 그리고 건물의 높이와 너비, 건물주기 등으로부터 보정계수의 요인들을 이해할 수 있다.

본 연구에서는 비선형 유한요소 해석 기법을 적용한 격납건물의 내압취약도 평가를 수행하였다. 대상 구조물은 국내 대표적인 가압경수로형 원전 격납건물 중 하나로 하였다. 비선형 극한내압 해석을 위해 대규모 개구부를 고려한 격납건물의 3차원 유한요소 모델을 도출하였다. 재료 특성 및 구조적 성능에 내포된 불확실성을 고려하기 위하여 각 변수들의 변동성에 대한 극한내압 성능의 민감도 해석을 수행하였다. 민감도 해석 결과를 통해 확률론적 내압 취약도 평가를 위한 불확실성 변수 및 분포 특성을 도출하였다. 현재의 텐던 긴장력 상태를 고려하기 위하여 가동 중 검사 보고서에 기록된 텐던 긴장력 값을 중앙값으로 적용하였다. 누설(leak)과 파단(rupture)을 파괴모드로 정의하고, 각각에 대한 극한내압 취약도 평가를 위하여 한계상태를 정의하였다. 각 파괴모드에 대한 대상 격납건물의 내압취약도를 내압 성능 중앙값, 고신뢰도 저파괴확률 성능값, 신뢰도 수준에 따른 취약도 곡선을 통하여 제시하였다. 누설 및 파단 파괴모드에 대한 고신뢰도 저파괴확률값은 각각 0.7991 MPa, 0.8691 MPa로 평가되었다.

이 논문에서는 경계반력법을 이용한 비선형 지반-구조물 상호작용 해석을 위해 LS-DYNA나 MIDAS/Civil 등의 유한요소해석 프로그램과 연계하는 방법을 제시하였다. 경계반력법 적용시 유한요소프로그램에서 구조물과 지반은 선형 또는 비선형 유한요소를 이용하여 모델링하였다. 유한요소의 해석모델 외부의 무한영역으로 전달되는 탄성파를 최대한 흡수하기위해 유한요소 모델의 외측에 LS-DYNA의 경우에는 PML(Perfectly Matched Layer) 요소를, MIDAS/Civil의 경우에는 점성감쇠-스프링 요소를 적용하였다. 비선형 유한요소는 구조물영역에만 적용되는 것으로 가정하였다. 이 연구에서는 입사지진파에 의한 경계반력은 KIESSI-3D 프로그램을 이용하여 계산하였다. 선형 지반-구조물 상호작용 문제에 대해 일반적인 KIESSI-3D의 해석결과와 BRM해석결과를 비교하여 제시된 방법의 효율성을 제시하였다. 또한 수치적 비교를 통해 비선형 구조에 대해 보수적인 응답을 보이는 선형 SSI문제에 대하여 얻은 경계반력이 비선형 지반-구조물 상호작용해석에 효과적으로 적용 가능함을 알 수 있었다.

본 논문에서는 범용 유한요소프로그램 ANSYS와 ABAQUS를 이용하여 냉간성형강으로 조립한 조립기둥의 전체좌굴과 뒤틀림좌굴에 대한 비선형해석을 위한 모델링 기법을 소개한다. 냉간성형강의 경우 두께가 얇아서 국부좌굴 등 비선형거동을 보이기 때문에 좌굴에 대한 해석에 매우 섬세한 모델링이 필요하다. ANSYS의 내연적정적모델링에 의한 해석은 좌굴 극한점 부근에서 수렴의 문제를 발생하였지만, ABAQUS의 외연적동적모델링의 경우에는 좌굴 및 좌굴이후의 부재 거동에 대해서 안정적인 결과를 제공하였다. 또한 수치해석 결과는 좌굴실험을 통해 얻어진 축내력에 비해 높은 내력을 보여주고 있다. 이는 실험과정에서 발생하는 편심에 의한 영향으로서 수치해석에 의한 좌굴내력에 적정한 보정치의 적용이 필요하며 본논문에서는 기존 실험데이터와의 비교를 통해 0.88의 값을 제시한다.

In this study, the capability of an existing analysis method for the fluid-structure-soil interaction of an offshore wind turbine is expanded to account for the geometric nonlinearity and sea water drag force. The geometric stiffness is derived to take care of the large displacement due to the deformation of the tower structure and the rotation of the footing foundation utilizing linearized stability analysis theory. Linearizing the term in Morison’s equation concerning the drag force, its effects are considered. The developed analysis method is applied to the earthquake response analysis of a 5 MW offshore wind turbine. Parameters which can influence dynamic behaviors of the system are identified and their significance are examined.