일반적으로 적합직교분해(proper orthogonal decomposition, POD) 기반의 침습적(intrusive) 차수축소모델(reduced order model, ROM)을 활용하면 구조 시스템의 전체 자유도를 크게 줄이고 외연적 시간 적분법에서 해의 안정성을 만족하는 임계 시간 간격을 증가 시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 POD-ROM을 활용하여 Voronoi-cell 격자 요소로 이산화된 구조 시스템의 축소와 이에 따른 외연 적 시간 적분법의 임계 시간 간격 및 해석 정확도 변화를 살펴보았다. 또한 지진하중과 같은 불규칙한 하중 이력을 받는 구조물 응답 해석에 POD-ROM을 적용하였다. 해석 결과 ROM을 통해 해의 정확도를 충분히 확보하면서 연산 시간을 크게 단축할 수 있음을 확인 하였다. 또한 POD-ROM과 VCLM의 연계 방안의 적절성을 확인하였다. 향후 해당 연구는 고정밀 대용량 동적 구조해석의 실용성을 높이고, 설계 변수에 따른 구조물 동적 거동의 실시간 예측을 위한 기반 연구로 활용될 수 있다.

선박은 박판으로 구성되어 있는 판구조물이며 사고하중을 받으면 압괴, 마찰접촉, 찢김, 대변형 등 같은 복잡한 비선형 거동을 경험하게 된다. 이런 구조물의 붕괴거동을 해석적인 방법으로 평가하기란 매우 힘들며 일반적으로 실험 및 외연적 시간적분을 이용하여 구조물의 압괴·충돌강도를 추정하고 있다. 이 논문에서는 내연적 시간적분, 외연적 시간적분 결과를 비교하여 합리적이고 효과적인 해석기법을 제안하고자 한다. 이번 수치 시뮬레이션 간 범용 유한요소해석

고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법을 이용하여 3층 3경간 철근콘크리트 골조구조물을 수치해석모형과 물리적 분구조모형으로 나누어 실시간 하이브리드실험을 실시하였다. 물리적 부분구조모형으로는 1층 내부 비연성기둥 1개소가 선택되었고, 수치해석모형에 일축 방향의 지진하중을 시편이 심한 손상에 의하여 파괴에 이를 때까지 작용시켰다. 비선형 유한요소해석 프로그램인 Mercury가 실시간 하이브리드실험을 위하여 새로이 개발 및 적용되었다. 실험결과는 물리적 부분구조모형의 상부 수평방향 층간변위비를 OpenSees에 의한 수치해석시뮬레이션과 진동대실험의 그것과 비교하였다. 본 실험은 가장 복잡한 실시간 하이브리드실험 중의 하나이고, 하드웨어, 알고리즘 그리고 모형에 대한 기술적인 내용을 본 논문에 자세히 설명하였다. 수치해석모형의 개선, 물리적 부분구조 모형 접선강성행렬의 유한요소해석 프로그램에서의 평가 그리고 하중기반 보-요소의 요소상태결정의 연산시간을 줄이기 위한 소프트웨어의 개선이 이루어진다면 실시간 하이브리드실험과 진동대실험결과의 비교는 권장할 만하다. 그리고 "지진과 같은 동적하중하의 복잡한 구조물의 수치해석시뮬레이션"이라는 목적을 위하여 실시간 하이브리드실험은 동적하중에 대한 실험적 검증을 점진적으로 수치해석모형으로 대체하기 위한 저비용-고효율 실험법으로서의 가치를 충분히 가지고 있다고 할 수 있다.

이 논문에서 소개되는 실시간 하이브리드 실험 시스템은 유사동적실험법을 근거로 하고 있으며, 실제 실험과수학적 모델을 이용한 수치해석을 결합한 실험법이다. 이 시스템은 종래의 유사동적해석법에 비해 지진하중을 받는 구조물의 실시간 반응에 근접하는 현저히 높은 하중재하 속도를 고려할 수 있도록 설계되었다. 또한 다자유도 구조물에 대해 안정적인 해석환경을 제공하기 위해 이 시스템은 implicit 시간적분법을 이용하여 수치해석을 수행한다. 이 논문은 연구를 통해 개발된 시스템의 전반적인 개요와 구성요소 그리고 이 시스템에서 사용하는 수치 해석법의 성능을 평가하기 위해 수행된 수치해석을 소개한다. 연구 결과 개발된 시스템에 적용된 수치해석법은 성능이 매우 우수하다는 것이 증명되었다.

일반적으로 운동방정식을 풀기 위해 많이 이용되는 선형근사모델은 계산이 용이한 반면에 큰 변형상태에서는 그 오차가 커지는 단점이 있다. 따라서 엄밀한 구조물의 응답해석을 위해서는 물성과 기하에 대한 비선형성을 고려해야 한다. 또한, 강과 같이 연성이 큰 재료는 소성 변형을 일으키면서 소산되는 에너지의 대부분이 열로 변하게 되며, 이 열은 열역학 제1 법칙과 2 법칙에 따라 다른 부분으로 전달된다. 이렇게 전달된 열은 온도를 상승시켜 재료의 강도를 약화시키는 역할을 하며, 이것이 다시 구조물의 응답에 영향을 미친다. 본 논문에서는 지진 등의 큰 하중을 받거나 화재로 인한 열 하중을 받는 강구조물의 비선형 대 변형 현상을 적절히 해석할 수 있는 열-탄소성 물성모델을 제안하고 3차원 유한요소해석을 수행하려다.

불연속 갤러킨 정식화에 기초를 둔 시간적분법에 대하여 시간을 변수로 한 유한요소적 접근법을 시도하였다. 단일 형상함수와 두 형상함수 정식화에 대해 각각 선형, 이차 형상함수를 적용하여 모두 네 종류의 시간적분법을 유도하였으며, 각 방법에 대하여 시간시텝의 증가에 따른 변위와 속도의 관계를 나타내는 증폭행렬을 계산하였다. 유도된 방법들의 성능을 평가하기 위하여 부하가 갑자기 변화는 진동 문제를 해석하고 변위의 오차를 비교하였다. 네 가지의 방법에 대하여 국부 오차 추정치를 개발하였으며, 오차 추정치의 정확도를 수치예를 이용하여 평가하였다. 단일 형상함수 정식화에서 이차 형상함수를 이용한 오차 추정치가 실제 국부오차를 잘 나타내었으며 유도된 오차 추정치는 시간간격제어 기법에서 시간간격의 크기를 결정하는 척도로 이용 가능하다.