Recently, in newly constructed apartment buildings, the exterior wall structures have been characterized by thinness, having various openings, and a significantly low reinforcement ratio. In this study, a nonlinear finite element analysis was performed to investigate the crack damage characteristics of the exterior wall structure. The limited analysis models for a 10-story exterior wall were constructed based on the prototype apartment building, and nonlinear static analysis (push-over analysis) was performed. Based on the finite element (FE) analysis model, the parametric study was conducted to investigate the effects of various design parameters on the strength and crack width of the exterior walls. As the parameters, the vertical reinforcement ratio and horizontal reinforcement ratio of the wall, as well as the uniformly distributed longitudinal reinforcement ratio and shear reinforcement ratio of the connection beam, were addressed. The analysis results showed that the strength and deformation capacity of the prototype exterior walls were limited by the failure of the connection beam prior to the flexural yielding of the walls. Thus, the increase of wall reinforcement limitedly affected the failure modes, peak strengths, and crack damages. On the other hand, when the reinforcement ratio of the connection beams was increased, the peak strength was increased due to the increase in the load-carrying capacity of the connection beams. Further, the crack damage index decreased as the reinforcement ratio of the connection beam increased. In particular, it was more effective to increase the uniformly distributed longitudinal reinforcement ratio in the connection beams to decrease the crack damage of the coupling beams, regardless of the type of the prototype exterior walls.

본 논문은 균열선단 그리드 세분화기법을 소개하고 자연요소법을 이용한 균열해석에 이 기법을 적용함으로서 그 유효성을 고찰하였다. 유한요소법에 있어서의 국부적 h-세분화와 같이 높은 응력 특이성을 보이는 균열선단 주위를 따라 자연요소법 그리드를 국부적으로 세분화하였다. 본 논문에서 소개되는 그리드 세분화기법은 2단계로 구성되며, 1단계에서는 그리드 점들이 추가되고 2단계에서는 균열선단 절점을 공유하는 델라우니 삼각형들이 나뉘게 된다. 제안하는 그리드 세분화기법의 타당성과 균열해석에서의 유효성을 입증하기 위해 대칭 엣지 균열을 갖는 평면 변형률 상태의 사각 평판을 해석하였다. 수치해석 결과의 상대비교를 위해 균일한 자연요소 그리드를 이용한 균열해석도 수행하였으며, 균열선단이 세분화된 그리드는 균일한 그리드와는 달리 이론해와 조밀한 그리드와 유사한 균열선단 응력분포를 나타내었다. 또한, 총 그리드 절점수에 대한 해석결과의 전역 상대오차에서도 세분화된 그리드가 균일한 그리드에 비해 높은 수렴율 나타내었다.

본 논문에서는 재생 커널 기법을 사용하여 혼합모드 균열진전 문제에 대한 연속체 기반의 형상 설계민감도 해석을 수행하였다. 재생 커널 기법은 기존의 유한요소법과 달리 요소망을 재구성할 필요가 없어, 커널 함수의 연속성을 증가시켰을 때 높은 정밀도의 형상함수를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 균열선단 주변에서 J-적분을 수행하기 위해 선형탄성 조건이 고려되었다. 변위장과 응력 확대 계수의 설계변수에 대한 감도해석을 위하여 물질도함수를 도입하였으며 직접 미분법보다 효율적인 애조인 방법을 사용하여 설계민감도를 유도하였다. 수치 예제들을 통해서 재생 커널 기법을 이용한 균열진전 해석결과의 타당성을 확인하였으며 애조인 방법을 이용한 형상 설계민감도 해석 결과를 유한차분법과 비교하여 매우 정확하고 효율적인 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 이를 바탕으로 간단한 모델에 대하여 형상 최적설계를 수행하여 균열이 발생될 수 있는 구조물에 대해서 균열에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 균열을 제어할 수 있는 최적의 형상을 도출하였다.

이 연구의 목적은 두 가지로 대별할 수 있다. 첫째는, 베리오그램 모델링에 기초를 둔 정규크리깅 보간법의 p-적응적 유한요소법으로의 적용성이다. 둘째는, 수정된 초수렴 팻취복구 기법을 사용한 사후오차평가기와 연계된 계층적 p-체눈 세분화의 적응적 유한요소 과정을 제시하는 것이다. 가중치를 부여한 보간기법중의 하나인 정규크리깅 방법은 가우스 적분점에서의 응력데이타로 부터 소위 준정해를 얻는데 적용된다. 가중치를 동일하게 가정하는 종래의 보간기법과는 달리 실험적 및 이론적 베리오그램을 작성한 후 보간을 위한 가중치를 결정하게 된다. 한편, 적응적 p-체눈 세분화는 해석영역의 각 체눈에서 p-차수를 만족할만한 정확도를 얻을 수 있도록 프로그램내에서 자동으로 사후오차평가를 통해 불균등 또는 선택적으로 증가시킨다. 수정된 초수렴 팻취복구기법을 검증하기 위해 극한치를 사용한 새로운 오차평가기가 제안된다. 제안된 알고리즘의 정당성은 선형탄성파괴역학의 대표적 문제들인 중앙균열판, 일변균열 및 양변균열 해석을 통해 테스트되었다.

선형탄성 파괴해석은 균열을 갖는 변형률 경화재료의 파괴거동을 예측하는데 불충분하기 때문에 최근에는 균열 선단 부에서 대규모 소성 역을 갖는 균열 체에 적용할 수 있는 많은 파괴역학개념이 제안되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 대규모항복 조건하의 연성파괴를 보이는 평판을 정확하게 해석할 수 있는 새로운 유한요소모델을 제시하고자 한다. 균열 선단 부의 응력 장을 정의하는데 가장 지배적인 파괴매개변수인 J-적분 값과 소성 역의 크기 및 형상을 J-적분법과 등가영역적분법을 통해 파괴거동을 설명할 수 있도록 증분소성이론에 기초를 둔 p-version 유한요소해석이 채택되었다. 제안된 유한요소모델에 의한 수치해석결과는 이론 해와 h-version 유한요소해석과 비교되었다.

본 논문에서는 혼합모우드형의 공학적 파괴역학을 위한 두가지 방법의 p-version유한요소모델을 사용한 응력확대계수 산정을 목적으로 연구되었다. 두 가지 방법은 COD와 CSD방법에 의한 변위외삽법과 분해법에 기초한 J-적분법이다. 즉, p-version 유한요소해석을 통해 얻어지는 변위장을 균열선에 대해 대칭 및 역대칭 변위로 분리함으로써, 앞에서 언급된 두가지 방법에 의해 모우드-I과 모우드-II 응력확대계수를 결정할 수 있다. 제안된 방법들의 검증을 위한 예제는 인장력을 받는 중앙균열판과 중앙 경사균열판 문제이다. 균열판의 경사각의 변화와 균열길이와 평판 폭의 비에 따른 수치해석결과는 기존 문헌에 있는 이론값과 경험식에 의한 결과와 비교되어 높은 정도를 보여주고 있다 .

서로 다른 두 재료의 접합면에 균열이 수직으로 위치하고 있을 때, 균열에서의 응력특이성차수는 두 재료의 재료특성치에 따라서 변화하게 된다. 이와 같은 균열문제를 해석하기 위하여 다영역경계요소법을 사용하였다. 균열을 포함하는 등매개 경계요소 중간절점의 위치를 적절히 이동하여 놓음으로써 변위에 대한 정확한 형상함수를 나타내었으며, 아울러 트랙션에 대해서도 정확한 보간차수를 나타내도록 시도하였다. 3절점 경계요소를 이용하여 수치해석을 수행하였으며, 이의 결과를 기존의 해석결과와 비교 검토하였다.

이 논문에서는 탄성-점탄성 복합재료의 공유면에 존재하는 계면균열에 대한 해석방법을 제시하고 있다. 먼저 탄성-점탄성 대응원리를 이용하여 탄성해석식으로부터 응력확대계수에 대한 식을 유도하였다. 다음으로 시간영역 경계요소법을 이용하여 균열선단에서의 응력을 계산한 다음 응력확대계수의 값을 구하였다. 수치해석의 결과는 본 논문의 정확성과 응용가능성을 보여준다.

이 논문에서는 경계요소법을 사용하여 횡방향의 인장변형률을 받는 단일방향 graphite/epoxy 복합재료의 섬유와 기지의 공유면에 존재하는 모서리 균열에 대한 응력확대계수를 계산하였다. 그러한 균열은 복합재료의 자유경계면에서 발생하는 특이 응력들에 의해 야기될 수 있다. 응력확대계수의 크기는 균열길이가 작은 경우에는 균열길이에 따라 조금씩 증가되다가, 균열길이가 커지면 일정한 값에 이르게 된다.

지하 방사성 폐기물 저장소의 오핸기간동안의 거동은 지반의 파괴와 변형에 영향과 암염의 비선형변형의 예 측은 어려운 실정이다. 따라서 본 연구는 암염의 비선형파괴 메커니즘과 비선형 연속체거동의 유한요소모 델 을 개발하였다.

The purpose of the analysis is the numerical simulation of structures strained to the limit loads. The finite element calculations and experiments with cracked structures have been carried out yielding over limit strains between 10% and 15% by single peak load. Load versus displacement-diagrams and J-diagrams up to the limit load are calculated. By this way the influence of geometric parameters may be assessed in the post yield region. It is proposed to use such calculations to correlate experiments carried out with small specimens to experiments simulating the true dimensions of the design structure.

철근 콘크리트 구조물은 여러가지 복합적인 원인으로 균열이 발생한다. 이러한 균열은 내구성의 저하와 일체식 구조물의 외관을 손상시킬 뿐 아니라 철근이 공기중이나 해수에 노출되어 철근의 부식으로 콘크리트 구조물에 치명적인 구조적 문제를 야기시킨다. 본 연구에서는 서해안 A 항만 건설현장 케이슨 구조체의 일부 균열현상에 대하여, 유한요소법을 이용 Computer Modelling을 하고, 제작 및 진수, 예인, 가거치 등 시공단계별 구조해석을 통해, 균열발생원인을 규명하고, 올바른 시공법을 제안하였다.

혼합 유한 요소 기법을 이용하여 STEEL과 같은 강체와 접합된 RUBBER에서의 계면 균열을 해석한다. 먼저 비압축성 물질의 유한 요서 해석을 위해 혼합 유한요소(Mixed Finite Element) 정식화를 한다. 이때 RUBER를 Mooney-Rivlin Material로 가정한다. 다음으로 대변형에 있어서 J-적분이 포텐셜 에너지 방출률로서의 의미를 갖는가를 확인하고 유한 요소 해석 결과를 검증한 후 여러 균열 길이에 대해서 에너지 방출률을 계산하고 균열 성장 안정성을 검토한다.

선형탄성파괴역학에서 특히 균열 쉘의 응력집중계수 산정을 위해 p-version 유한요소법에 기초한 선진유한요소기법이 제안되었다. 세가지 균열된 쉘 예제를 통해 응력집중계수 산정은 종래의 h-version 유한요소모델에 비하여 p-version 유한요소 모델이 수렴성과 정확도 면에서 훨씬 더 적합함을 보여주고 있다. 이 기법의 주요 이점은 근사해의 정확도가 요소분할이나 균열선단요소 또는 혼합형 변분원리등의 특별고려가 없이 확보될 수 있다는데 있다.

본 연구에서는 3차원 이산 균열망 수치모형을 이용하여 균열망을 구성하는 균열요소의 길이분포가 유체 흐름 특성이 미치는 영향에 대해 수치적으 로 분석하였다. 균열요소의 길이분포의 생성을 위해 절단멱분포법칙을 적용하였으며, 지수 β₁을 1.0에서부터 6.0까지 변화시키면서 유체 흐름 모의를 수행하였다. 모의결과 지수 β₁이 증가함에 따라 균열요소들의 길이분포는 점차적으로 작아지며, 이로 인해 균열망의 투수성에 영향을 미치는 균열요소들 간의 연결성은 취약해지는 것으로 나타났다. 각각의 지수 β₁에 대해 균열요소 각각에서 계산된 유량분포를 분석하였을 때 β₁= 1.0에 서의 평균유량이   6.0에 비해 약 447배 크게 산정되었으며, 균열망의 유출경계에서 계산된 유량의 경우 β₁일 때가 6.0에 비해 약 6,440배 크게 산정되었다.

In this study, the unique material characteristics of steel fiber-reinforced concrete were introduced to extend the application of the compression field models to evaluations of shear capacity and behavior of steel fiber-reinforced concrete (SFRC) members. To achieve this purpose, nonlinear finite element program is developed using secant stiffness-based formulations, and the proposed numerical model was verified using basic experimental results of SFRC shear panels.