본 연구에서는 적층된 중앙개구부를 갖는 CNTFPC 복합재 판에 대하여 기하학적 비선형 동적 해석을 수행하였다. Hewitt and Malherbe 멀티스케일 모델을 기반으로 MWCNT의 함유 비율과 중앙개구부의 크기 변화에 따른 영향을 분석하였다. 1차전단변형 판이론에 근거하여, Newmark 방법과 Newton-Raphson 반복기법이 비선형 동적해석을 위하여 적용되었다. 본 연구에서 제안한 방법은 기존 문헌으로부터 도출 결과와 비교 검증하였다. 수치해석 예제는 MWCNT의 적절한 함유량 및 적층된 CNTFPC 구조의 구조성능의 향상시킬 수 있는 상호 관계를 상세 규명하였다.

앏은 패널 형태의 구조물은 그 형상의 특성상 좌굴이 발생하기 쉽다. 등방성 재료에 대한 좌굴의 해석은 그동안 많은 연구가 이루어졌다. 그러나 복합재의 경우는 좌굴 현상의 거동이 매우 복잡하고 난해하기 때문에 많은 연구가 이루어지지 않았다. 적층복합재의 좌굴거동을 수치적으로 해석하기 위하여 3D 쉘요소를 적용하여 해석을 수행하였다. 본 연구에서는 3가지 종류의 layup에 대하여 비선형 좌굴 현상을 계산하였고 좌굴거동의 하중-변위 특성 관계를 규명하였다. 적층복합재의 경우 좌굴 거동이 극심한 비선형 현상을 나타내며, 또한 수치적으로 수렴하기 어렵다. 3가지 layup 적층복합재의 좌굴 거동을 해석하기 위하여 arc-length 방법을 사용하였다. 비선형 좌굴 거동의 힘-변위 곡선을 계산 하였고 또한 Tsai-Wu 파괴이론에 의하여 좌굴거동이 발생하면서 복합재의 파괴를 계산하였다.

본 논문은 Ni - Al2O3로 구성된 금속-세라믹 이종 입자복합재의 2차원 미세구조(microstructure) 생성과 미세구조 스케일 (scale)에 따라 정의되는 계층적 모델들의 역학적 특성 분석에 관한 내용이다. 이종 입자복합재의 미세구조는 수학적인 RMDF(random morphology description functions) 모델링기법을 복합재의 2차원 RVE(representative volume element) 영 역에 적용하여 생성하였다. 그리고 미세구조 생성에 필요한 가우스 함수들의 개수에 따라 미세구조의 계층적 모델을 정의하였다. 한편 임의 미세구조 내 금속과 세라믹 입자가 차지하는 체적분율(volume fraction)은 RMDF 함수의 레벨을 조정함으로서 설정하였다. RMDF기법에 의한 미세구조들은 가우스 함수들의 개수가 일정할지라도 랜덤하게 생성된다. 이렇게 랜덤 하게 생성되는 미세구조들을 2차원 보(beam) 모델에 적용하여 미세구조의 스케일에 따른 수직응력과 전단응력의 계층적 변 동을 수치 해석적으로 고찰하였다. 또한, 균열해석을 통해 RMDF의 랜덤성과 가우스 함수들의 개수가 균열선단에서의 응력 값에 미치는 영향을 고찰하였다.

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

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.

In the present study, an Element-Based Lagrangian Formulation for the nonlinear analysis of shell structures is presented. The strains, stresses and constitutive equations based on the natural co-ordinate have been used throughout the Element-Based Lagrangian Formulation of the present shell element which offers an advantage of easy implementation compared with the traditional Lagrangian Formulation. The Element-Based Lagrangian Formulation of a 9-node resultantstress shell element is presented for the anisotropic composite material. The element is free of both membrane and shear locking behavior by using the assumed natural strain method such that the element performs very well in thin shell problems. The arc-length control method is used to trace complex equilibrium paths in thin shell applications. Numerical examples for laminated composite curved shells presented herein clearly show the validity of the present approach and the accuracy of the developed shell element.

We report on the NO gas sensing properties of Al-doped zinc oxide-carbon nanotube (ZnO-CNT) wire-like layered composites fabricated by coaxially coating Al-doped ZnO thin films on randomly oriented single-walled carbon nanotubes. We were able to wrap thin ZnO layers around the CNTs using the pulsed laser deposition method, forming wire-like nanostructures of ZnO-CNT. Microstructural observations revealed an ultrathin wire-like structure with a diameter of several tens of nm. Gas sensors based on ZnO-CNT wire-like layered composites were found to exhibit a novel sensing capability that originated from the genuine characteristics of the composites. Specifically, it was observed by measured gas sensing characteristics that the gas sensors based on ZnO-CNT layered composites showed a very high sensitivity of above 1,500% for NO gas in dry air at an optimal operating temperature of 200˚C; the sensors also showed a low NO gas detection limit at a sub-ppm level in dry air. The enhanced gas sensing properties of the ZnO-CNT wire-like layered composites are ascribed to a catalytic effect of Al elements on the surface reaction and an increase in the effective surface reaction area of the active ZnO layer due to the coating of CNT templates with a higher surface-to-volume ratio structure. These results suggest that ZnO-CNT composites made of ultrathin Al-doped ZnO layers uniformly coated around carbon nanotubes can be promising materials for use in practical high-performance NO gas sensors.

본 연구는 평면선형과 종단선형이 겹친 복합선형 구간에서 복합선형요소와 교통사고와의 특성을 파악하기 위한 목적으로 진행되었다. 이를 위해 설계속도 및 제한속도가 100km/h인 4차로 고속도로 중 평면곡선부를 대상으로 연구를 진행하였다. 기하구조자료는 한국도로공사 "지리도형정보시스템" 자료를 이용하였고 교통사고자료는 "고속도로 교통사고 통계' 자료를 활용하였다. 분석결과, 종단곡선이 없는 경우가 종단곡선이 있는 경우보다 사고율이 높게 나타났으며, 종단곡선이 1개인 경우가 종단곡선이 2개 이상인 경우보다 사고율이 높게 나타났다. 종단곡선이 1개인 경우, 오목종단곡선(SAG) 구간이 볼록종단곡선(CREST) 구간보다 사고율이 높게 나타났으며, 평면곡선부 이전 선형이 직선부인 경우가 곡선부인 경우보다 사고율이 높게 나타났다. 특히 노면상태가 습기(강우)일 때에는 평면곡선내 오목종단곡선인 경우이거나 평면곡선방향이 좌향구간의 경우 교통사고와 관련성이 높음을 확인하였다. 본 연구에서는 도로의 안전성을 높이기 위해 3차원적인 복합선형 조건을 고려한 도로 선형 설계의 중요성을 제시하였다는 점에서 의미가 있을 것이다.

재료적으로 강한 비선형성을 나타내는 FRP 복합적층판을 진동해석을 수행하였다. 적층판의 적층각도와 순서에 따른 선형해석의 결과와 비선형해석의 결과를 비교, 검토하였다. 본 연구는 FRP 복합적층판의 비선형해석시 동적거동 특성을 예측하기 위한 기초적 연구로써 변위를 비교, 분석한다.

등방성 혹은 비등방성 적층복합판 및 쉘의 선형 정적 문제와 자유진동 해석이 새로운 변형률 변위 관계가 도입된 개선된 9절점 쉘 요소에 의하여 수행되었다. 그 관계에서 새롭게 추가된 휨 변형률과 변위사이의 관계 항들에 의한 효과는 비틀어진 보 문제에서 검토되었다. 정식화의 전 과정을 통해, 식들의 모든 항들은 자연 좌표계에 기초하고 있다. 가정 자연 변형률 방법이 막 잠김과 전단 잠김 거동을 제거하기 위하여 사용하였다. 적층 복합판 및 쉘의 고유치의 계산을 위해 Lanczos방법을 사용하였고 질량행렬을 구성하기 위하여 Gauss적분법을 사용하였다. 정식화의 유효성을 평가하기 위해 수치 예제를 해석적 해와 비교하였으며, 제시된 결과는 자유진동 조건하에서 적층체의 거동을 이해하는데 유용할 것이다.

본 논문에서는 가압경수로(PWR) 고준위폐기물을 깊은 지하 500m에 처분 시 사용되는 처분용기 및 이를 보호하기 위하여 50㎝ 두께로 처분용기 주위를 감싸고 있는 벤토나이트 버퍼의 복합구조물에 지진 등의 지각 변동에 의하여 갑작스럽게 10㎝의 수평한 암반 전단력이 대칭적으로 가해졌을 때, 처분용기의 안전성(붕괴)을 예측하기 위하여 처분용기+벤토나이트 버퍼복합 구조물에 대한 비선형 구조해석을 수행하였다. 복합구조물을 구성하고 있는 물질들은 탄소성체로 가정하였으며, 대변형 발생 시 항복을 예측하는 항복조건식으로는 처분용기를 구성하고 있는 금속물질(구리, 주철)에 대하여 von-Mises 항복조건식을, 벤토나이트 버퍼물질에 대하여는 Drocker-Prager 항복조건식을 적용하였다. 해석 결과들을 분석하면 비록 10㎝의 수평한 대칭 암반 전단력에 대하여 벤토나이트 버퍼에는 항복점을 훨씬 상회하는 대변형이 발생하였지만, 내부의 처분용기를 구성하고있는 주철 및 구리에는 여전히 매우 작은 탄성변형 및 항복응력보다 작은 응력이 발생하고 있음을 알 수 있었다. 따라서 갑작스런 10㎝의 수평한 암반 전단력에 대하여 50㎝ 두께의 벤토나이트 버퍼는 안전하게 내부의 처분용기를 보호하고 있음을 알 수가 있다. 해석결과는 또한 벤토나이트 버퍼의 전단변형에 의하여 처분용기에 휨변형이 발생함을 보여주고 있다.

구조물의 내진 성능을 정확히 평가하기 위해서는 비선형 시각 이력 해석이 필요하지만 실용성과 단순성 측면에서 약산법이 대안이 될 수 있으며, 다층 구조물을 등가 단자유도계로 치환할 때 다층 구조물의 모드벡터는 구조물이 탄성 또는 탄소성 상태에 상관없이 탄성 상태에서의 모드 형상으로 가정되지만, 항복이 발생한 후 증가하는 하중단계에서 구조물은 비탄성으로 되기 때문에 변위 모드 특성들도 변화된다. 본 논문은 항복 이후의 구조물의 모드 변화를 고려한 비선형 변위모드를 이용하여 다자유도계를 등가 단자유도계로 변환하는 방법을 제시하였으며, 변환된 등가 단자유도계의 변위응답을 근거로 추정한 복합 구조물의 최상층 변위와 실제 지진교란을 받는 복합 구조물의 비선형 동적해석에 의한 최상층 변위를 비교함으로서 복합구조물의 지진응답예측을 위한 비선형 변위모드법의 적용성과 신뢰성을 검토하였다.

이 논문에서는 비선형 지반-구조물 상호작용해석을 위한 새로운 시간-주파수영역 복합법을 제시하였다. 제안한 방법은 등가선형 지반-구조물 상호작용해석 프로그램과 범용 비선형 유한요소해석 프로그램을 동시에 사용하는 실용적인 방법이다. 이 방법에서는 먼저 주파수영역에서 등가선형 지반-구조물 상호작용해석을 수행하여 유한요소 영역의 경계면에서 응답을 구한 다음, 이를 범용 비선형 유한요소해석 프로그램에 의한 비선형 동적해석의 시간의존 경계조건으로 입력한다. 제안된 방법의 검증을 위하여 2차원 지하철 정거장 구조물에 대한 지진해석을 수행하였다. 이를 위하여 등가선형 지반-구조물 상호작용해석 프로그램 KIESSI-2D와 비선형 유한요소해석 프로그램 ANSYS를 사용하였다 수치적인 해석결과로부터 이 연구에서 제안한 방법의 타당성을 확인할 수 있었다.

대부분의 구조물들은 강한 지진을 받을 경우, 비선형 거동의 변형이 예상된다. 구조물의 내진평가는 구조물에 가해진 지진력에 대한 변위요구와 같은 구조물의 성능평가를 필요로 한다. 여러 가지 비선형해석법 가운데 구조물의 내진역량을 계산하기 위한 가장 정확한 방법은 비선형 시각이력해석(NRHA)이긴 하나 많은 시간과 노력이 요구되고 있다. 따라서 구조물의 비선형 거동을 보다 간편하게 예측하기 위한 정확하고 실용적인 비선형 약산해석법에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 일부 약산적 방법 중 능력스펙트럼법(CSM)은 개념적으로는 간단하나 반복적인 계산과정과 함께 때로는 해가 없거나 중복적인 해를 갖는 약점을 갖고 있다. 본 연구에서는 강성골격곡선으로부터 산정한 구조물의 초기 탄성진동주기 T와 응답스펙트럼으로부터 산정한 비선형 유사가속도 h_{y} /g 및 연성비 \mu를 사용하여, 반복적인 계산과정 없이 복합구조물의 내진성능을 평가하는 비선형 직접스펙트럼법(NDSM)을 고려한다. 다양한 지진과 복합구조물에 대한 NDSM의 신뢰성과 실용성을 비선형 시각이력해석(NRHA) 결과와 비교함으로써 검토하였다.

본 논문에서는 지진하중을 받는 사장교의 진동제어 기법 개발을 위해 제공된 벤치마크 사장교에 복합제어 기법을 적용하였다. 이 벤치마크 문제는 2003년 완공 예정으로 미국 Missouri 주에 건설중인 Cape Girardeau 교를 대상 구조물로 고려하였다. Cape Girardeau 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고 Mississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계 단계에서부터 내진 문제를 중요하게 고려하였다. 벤치마크 문제에는 사장교의 상세한 설계도면에 기초해 교량의 복잡한 거동을 나타낼 수 있는 3자원 선형모델과 각 제어기법의 성능을 평가하기 위한 18개의 평가기준이 제시되어 있다. 본 연구에서 적용한 복합제어 기법은 지진하중으로 인해 구조물에 발생되는 하중을 줄이기 위한 수동제어 기법과 상판변위와 같은 구조물의 응답을 추가적으로 제어하기 위한 능동제어 기법이 결합된 제어 방법이다. 수동제어 장지로는 납고무받침을 사용하였고 Bouc-Wen 모델을 사용하여 비선형 거동을 고려 할 수 있도륵 모델링 하였다. 능동제어 장치로는 이상적인 hydraulic actuators 가 사용되었으며 제어 알고리듬은 H_2/LQG 를 적용하였다. 수치해석 결과 제안방법의 성능은 수동제어 방법에 비해 매우 효과적이며, 능동제어 방법에 비해서는 약간 좋은 제어성능을 나타내었다. 복합제어 방법은 수동제어 부분 때문에 능동제어 방법에 비해 보다 신뢰할 수 있는 제어 방법이다. 따라서 제안된 제어방법은 지진하중을 받는 사장교의 제어를 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

상부벽식-하부골조 구조(복합구조)는 일반적으로 전이층을 중심으로 상부는 주거공간의 전단벽식의 고층아파트이고 하부는 상업공간의 보-기등의 골조구조이다. 이러한 구조물은 구조형식의 특성상 강성비정형, 질량비정형, 기하학적 비정형 등 비정형 형태의 특징을 갖고 있다. 본 연구에서는 하부골조 구조물의 층수가 변화할 경우에 대해 복합 구조물의 비선형 거동특성과 내진성능을 파악하였다. 비선형 해석결과로부터 얻은 결론은 다음과 같다. 1) 비선형 정적해석의 최상층변위각과 밑면전 단력계수로부터 하부구조의 층수가 증가할 경우 구조물의 밑면전단력계수는 감소하였으나 최상층변위각은 증가하였다. 2) 하부구조의 층수가 증가할 경우 상부벽식구조의 층간변위각과 소성율은 감소하였으며, 상부벽식은 탄성상태에 가까운 거동을 하였다. 3) 하부구조의 층수가 증가할 경우 하부구조에서 층간변위각이 집중적으로 증가하였다.