Stress on plates may increase in the neighborhood the edges or the holes for rivets or bolts. Excessive stress concentration may lead to severe breakage of the plates. Thus, it is important to conduct optimization of arrangement of holes at the design stage. In this paper, accuracy of FEM analysis was examined for such stress concentration . By changing the hole size on a narrow plate, change of the stress concentration factor(K) was investigated. Additionally, the same experiment was conducted about series of multiple holes on plate to investigate interaction between the adjacent holes. Then, the FEM results were compared to the reference predictions respectively. Finally, a method by which simple stress concentrating situations can be optimized, will be suggested. This method was examined by FEM, and showed similar tendency with the expectation. Therefore, this method can be valuable when arranging the holes on a plate.

본 연구의 전편에서는 이동최소제곱 유한차분법을 이용한 고체역학문제의 정식화 과정이 소개되었다. 후편에서는 수치예제를 통해 이동최소제곱 유한차분법의 정확성, 강건성, 효율성을 검증했다. 탄성론 문제의 해석을 통해 개발된 해석기법의 우수한 수렴률을 확인했다. 탄성균열문제에 적용하여 간편한 불연속면 모델링이 가능하고, 적응적 절점배치를 통해 특이 응력해를 정확하고 효율적으로 계산할 수 있음을 보였다. 국소화 밴드문제 해석결과를 통해 변위나 응력이 급격하게 변화하는 특수문제에 대한 정확성과 효율성을 확인했으며, 본 해석기법이 다양한 특수 공학적 문제로 확장될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 미분 가능한 함수가 Taylor 전개로 표현되고 그 계수들은 주어진 함수와 미분에 대한 근사값을 제공할 수 있다는 점에 착안하여 m차 Taylor 다항식을 구성하고 이동최소제곱법을 이용하여 그 계수들을 구했다. 계산된 근사함수와 미분을 콜로케이션 개념을 바탕으로 균열 문제를 포함하는 고체문제에 대한 지배 미분방정식에 적용하여 차분식 형태의 이산화된 계방정식을 구성하였다. 본 연구의 해석기법은 격자망(grid)에 의존적이고 근사함수가 없는 유한차분법과 형상함수의 미분과 약형식의 적분산정, 필수경계조건 처리가 어려운 Galerkin법 기반의 무요소법의 단점을 효과적으로 극복한 새로운 수치기법이다.

본 연구에서는 고변형된 이중 에피층에서 두 가지 종류의 반원 전위 루프 (60˚및 쌍격자 전위)의 생성 속도물 예측하는 모델을 제안한다. 모델링 시, 에피층 표면에서 발생하는 결함과 이곳에 집중되는 응력 효과를 고려하였으며, Matthew의 식을 발전시켜 에피층 두께에 따른 잔류 변형율을 변수로 사용하였다. 모델링을 통한 계산 결과에 의하면, 응력 집중 현상은 고변형된 이종에피층에서 전위 및 결정 결함 현상을 설명하는 데 매우 중요하였다. 또한,본 연구를 퉁하여, 응력 집중 현상이 에피층 성장 초기에 생성되는 전위 형태를 결정하는 주요한 인자 중 하나임을 단면 투과 전자 현미경 결과와의 비교를 통해 확인할 수 있었다.

기능경사재(FGM)는 구성 물질의 체적분율(volume fraction)이 복합재 전체에 걸쳐 연속적 그리고 기능적으로 분포되어 있어, 기존의 이종물질 접합식(bi-material-type) 복합재보다 현저히 우수한 열기계적 특성을 가진다. 하지만, 기능경사 내열복합재의 열-탄소성 거동은 체적분율의 분포형태와 경사층이 차지하는 상대두께비에 따라 절대적으로 좌우된다. 본 연구는 기능경사 내열복합재의 열-탄소성 특성의 이들 두 설계인자에 대한 파라메트릭 FEM해석을 다룬 것이다. 열-탄소성 이론과 유한요소 근사화에 따라 연구용 2차원 FEM 프로그램을 개발하고, 대표적인 3층 구조의 2차원 기능경사 내열복합재의 열-탄소성 특성을 설계변수의 다양한 조합에 따라 분석하였다.

본 논문에서는 요소를 사용하지 않은 수치해석기법인 무요소법 중에서 다중해상도(multi-resolution)특성이 내재되어 있는 Reproducing Kernel Particle Method (RKPM)의 이중스케일 분해기법을 사용하여 RKPM의 형상함수를 상단성분과 하단성분으로 분리하고 이를 3차원 선형탄성해석과정에 적용하여 von Mises 응력장의 상하단성분을 유도하였다. 유도된 응력장의 상단성분을 이용하여 후처리과정을 거치지 않고도 응력의 고변화도 부위를 손쉽게 파악할 수 있는 기법을 개발하였으며 이를 이용한 효율적인 적응적 세분화기법의 적용가능성을 연구하였다. 대표적인 2차원 및 3차원 응력집중 문제에 적용하여 응력집중부위를 파악하고 간단한 적응적 세분화과정에 따른 절점추가를 통하여 해의 정도 향상을 파악해 본 결과, 본 연구에서 개발된 기법이 응력집중부위를 정확히 판정할 수 있었으며 효율적인 적응적 세분화기법의 유용한 도구로서 활용될 수 있음을 검증하였다.

When steel members are corroded, both static and dynamic load carrying capacities are damaged. Static load carrying capacity is easily evaluated because it is only effected by the minimum cross sectional area. However, dynamic load carrying capacity is not easily evaluated because it is effected by distribution of stress and the distribution of stress is not easy to measure. To prevent fracture, it is important to investigate highly stressed region when corrosion occur. In this study, a simple evaluation method for stress concentration factor directly from corroded surface to simply evaluate dynamic load carrying capacity.

The transition piece of the offshore wind power support structure transmits the load of the tower stably to the support structure on the lower side. The transition piece of the offshore wind power support structure should solve the stress concentration problem in design. In this paper, in order to solve the stress concentration problem occurring at the transition piece of the offshore wind power support structure, the location and the mitigation of the stress concentration have been studied.