본 논문에서는 변단면 기능경사재료 보에서 중립면 탄성계수가 축방향을 따라 공간적 불확실성을 가질 경우에 대한 구조응답변화도 산정을 위한 정식화에 대해 논한다. 기능경사재료는 두 이질재료의 체적비가 두께방향으로 연속적으로 변하며 고체화되는 과정으로 제작되는 재료로서 온도 및 응력 등에서 연속적인 변화를 가능하게 하여, 전통 복합재료에서 나타나는 층분리나 균열 발생 등이 제거되는 장점을 가지고 있다. 그러나 이론적으로 설정된 기능경사에 맞는 재료의 제작이 어려우며, 이에 따라 내재적인 불확실성을 가지고 있다. 이를 모사하기 위하여 중립면 탄성계수에서의 불확실성을 추계장으로 모델링하고, 추계적분에 의한 확률변수를 도입하여, 변위의 1, 2차모멘트를 산정할 수 있는 방법을 제시하였다. 제안된 해석 방법은 스펙트럼모사법을 적용한 몬테카를로 해석으로 검증하였다. 추계장의 상관관계거리에 따른 분산계수의 변화, 재료지수 및 기하인수가 변위의 분산계수에 미치는 영향 등을 고찰하였고, 몬테카를로 해석 대비 제안 해석법의 효율성에 대해서도 논하였다.

본 연구에서는 역학적 특성이 우수하여 다양한 구조에 적용되고 있는 복합적층판에 대한 추계론적 유한요소해석 정식화를 제안한다. 정식화의 제시는 추계론적 수치해석기법 중 그 정확도가 매우 높은 것으로 알려져 있는 가중적분법에 기초하였다. 공간적 불확실성을 가지는 인수로는 두 재료축에 대한 탄성계수와 면내 전단탄성계수가 고려되었다. 이들 재료인수들은 독립적인 추계장함수로 모델링 되었으며, 이들 추계장이 구조거동에 미치는 영향은 지수함수형태의 자기 및 상호상관함수를 적용하여 산정하였다. 수치예제를 통하여 복합적층판이 등방성 및 이방성의 재료에 의한 판 구조에 비하여 거동의 변동계수가 낮음을 보여주었으며, 제안된 해석법의 검증을 위하여 몬테카를로 해석을 동시에 수행하고 그 결과를 상호 비교하였다.

본 논문에서는 구조의 재료물성치와 기하학적 인수의 공간적 불확실성에 의한 구조 응답변화도 산정을 위한 정식화를 제안하였다. 정식화는 추계론적 유한요소해석의 해석법 중의 하나인 가중적분법을 기본으로 하였다. 해석 대상 구조는 전단변형을 포함하는 평판구조로서, 평판구조에 나타날 수 있는 불확실 인수로는 재료적 측면에서는 재료탄성계수와 포아송비가 있으며, 기하학적 인수로는 평판의 두께를 들 수 있다. 선형탄성 영역에서 선형성을 나타내는 재료탄성계수와는 달리 평판의 두께는 3차함수로 강성에 기여하고, 포아송비의 경우 분수의 형태로 강성에 기여하므로 직접적으로는 이를 추계론적 해석에 고려할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 적합행렬내의 포아송비를 Taylor전개하여 사용하였다. 제안된 정식화에 의한 결과는 기존 연구결과는 물론 몬테카를로 해석에 의한 결과와도 비교하여 제안한 정식화를 검증하였다.

Response variability of reinforced concrete frame subjected to material property randomness has been evaluated with the aid of the finite element method. The spatial variation of Young's modulus is assumed to be a two-dimensional homogeneous stochastic process. Young's Modulus of concrete material has been investigated based on the uiaxial strength of concrete cylinder. Direct Monte Carlo simulation method is used to investigate the response of reinforced concrete frame due to the variation of Young's modulus with the Neumann expansion method and the pertubation method. The results by three analytic methods are compared with those by deterministic finite element analysis. These stochastic technique may be an efficient tool for evaluating the structural safety and reliability of reinforced concrete structures.