PURPOSES: Implementation and verification of the simple linear cohesive viscoelastic contact model that can be used to simulate dynamic behavior of sticky aggregates. METHODS: The differential equations were derived and the initial conditions were determined to simulate a free falling ball with a sticky surface from a ground. To describe this behavior, a combination of linear contact model and a cohesive contact model was used. The general solution for the differential equation was used to verify the implemented linear cohesive viscoelastic API model in the DEM. Sensitivity analysis was also performed using the derived analytical solutions for several combinations of damping coefficients and cohesive coefficients. RESULTS : The numerical solution obtained using the DEM showed good agreement with the analytical solution for two extreme conditions. It was observed that the linear cohesive model can be successfully implemented with a linear spring in the DEM API for dynamic analysis of the aggregates. CONCLUSIONS: It can be concluded that the derived closed form solutions are applicable for the analysis of the rebounding behavior of sticky particles, and for verification of the implemented API model in the DEM. The assumption of underdamped condition for the viscous behavior of the particles seems to be reasonable. Several factors have to be additionally identified in order to develop an enhanced contact model for an asphalt mixture.

PURPOSES: A viscoelastic axisymmetric finite element analysis code has been developed for stress analysis of asphalt pavement structures. METHODS: Generalized Maxwell Model (GMM) and 4-node isoparametric element were employed for finite element formulation. The code was developed using C++ computer program language and named as KICTPAVE. For the verification of the developed code, a structural model of a pavement system was constructed. The structural model was composed of three layers: asphalt layer, crushed stone layer, and soil subgrade. Two types of analysis were considered for the verification: (1)elastic static analysis, (2)viscoelastic time-dependent analysis. For the elastic static analysis, linear elastic material model was assigned to all the layers, and a static load was applied to the structural model. For the viscoelastic time-dependent analysis, GMM and linear elastic material model were assigned to the asphalt layer and all the other layers respectively, and a cyclic loading condition was applied to the structural model. RESULTS: The stresses and deformations from KICTPAVE were compared with those from ABAQUS. The analysis results obtained from the two codes showed good agreement in time-dependent response of the element under the loading area as well as the surface deformation of asphalt layer, and horizontal and vertical stresses along the axisymmetric axis. CONCLUSIONS: The validity of KICTPAVE was confirmed by showing the agreement of the analysis results from the two codes.

본 연구에서는 풍하중을 받는 고층 구조물의 진동저감을 위하여 사용되어온 전단형 점탄성 감쇠기의 2D, 3D FEM 모델을 이용하여 정밀하게 해석하여 점탄성재료와 이들을 결합하는데 사용하는 재료의 특성이 에너지 소산에 미치는 영향을 평가하였다. 특히 점탄성재료와 강재의 접합방식 및 크기, 형상등이 에너지 소산능력에 미치는 영향을 분석하였다. 이러한 정밀해석과정을 통하여 점탄성 감쇠기의 이력거동을 고찰 분석하고 이를 댐퍼설계에 활용하기위한 설계식을 제안하는 기초자료로 사용할 수 있게 하였다.

원환균열과 원주균열을 지닌 축대칭 선형 점탄성 중실축과 중공축이 외력을 받을 때 파괴역학 변수로서 응력확대계수, 에너지방출률 그리고 균열개구변위의 수치해를 유한요소해법을 이용하여 구한다. 균열선단에서는 응력의 특이성을 지닌 1/4절점 삼각형 특이요소가 사용된다. 또한 수치해를 비교 검증하기 위해 탄성-점탄성 상응원리를 이용하여 선형파괴역학의 탄성해들로부터 점탄성 이론해가 유도 제시된다. 해석에 사용되는 점탄성 물성은 체적변형은 탄성적이고 전단변형은 표준선형고체처럼 거동한다고 가정한다. 제시된 수치해법과 이론해는 축대칭 점탄성 거동 연구에 중요한 자료가 된다.

본 논문에서는 패시브 진돈제어시스템을 설치한 실대물 K형 철골브레이스 골조의 실험결과를 다루었다. 패시브 진동제어시스템은 점탄성물질을 이용하여 새롭게 개발된 댐퍼를 사용하였다. 이 실험모델의 진동제어 효율성을 확인하고 철골조 브레이싱의 진동반응특성을 조사하기 위하여 일련의 실험을 행하였다. 자유진동실험결과 댐퍼를 설치시 설치하지 않은 경우와 비교하여 3배정도의 진동제어능력을 나타냈다. 점탄성물질 난류댐퍼의 효율성은 진동실험에 의하여 확인되었다.

본 논문에서는 축대칭 형상의 점탄성 구조물이 정적 하중을 받을 때에 대한 시간영역에서의 유한요소해법의 정식화 과정을 제시한다. 또한, 여러 가지 경계조건을 갖는 점탄성 중공구나 원통 문제들의 변위나 응력 이론해들을 탄성-점탄성 상응원리를 이용하여 유도하고 제시한다. 이때 점탄성 재료는 부피변형이 탄성적이고 전단변형은 3요소로 구성된 표준선형 고체처럼 거동한다고 가정한다. 구대칭, 축대칭 및 평면변형률 유한요소모텔을 이용한 수치결과들을 유도된 이론해들과 비교하여 제시된 유한요소해법과 이론해들의 타당성과 정확성을 보인다.

This thesis investigates vibration response characteristics of building frames in which dampers are installed. The frames belong to passively vibration-controlled. Structures which utilizes energy dissipation of mechanical dampers provided in the structure. In this thesis, a turbulent flow damper sealed by visco-elastic material was dealt with as the device of passive vibration control. To investigate the resisting force characteristics of the damper, harmonic vibratration tests were carried out. Based on the test results, a theoretical model of the damper resistance was presented and a method of identifying the model parameters was proposed. Shaking table tests of the frame with and without the dampers were carried out and the effectiveness of the damper was examined. The response of the frame with the dampers was reduced to 1/2 or 1/3 of the cases without the damper.

탄성 반도체 칩과 점탄성 접착제층의 계면에 존재하는 모서리 균열에 대한 응력확대계수를 조사하였다. 이러한 균열들은 자유 경계면 부근에 존재하는 응력 특이성으로 인해 발생할 수 있다. 계면 응력상태를 해석하기 위해서 시간 영역 경계요소법이 사용되었다. 작은 크기의 모서리 균열에 대한 응력확대계수가 계산되었다. 점탄성 이완으로 인해 응력확대계수의 크기는 시간이 경과함에 따라 작아진다.

본 연구에서는 철골조 건물의 내진 보강 방법으로 점탄성 감쇠기의 적용과 효과에 대하여 성능에 기초한 내진 설계의 관점에서 연구하였다. 먼저 단자유도계 구조물을 대상으로 입력된 지진에너지의 소산에 대한 감쇠기의 효과에 대하여 연구하였다. 설계하중으로 중력하중을 적용한 5층 건물과 중력하중과 풍하중을 적용한 10층과 20층 건물에 대하여 해석을 수행하였다. 비선형 시간이력해석을 수행하기 위하여 성능에 기초한 내진설계기준(안)에 제시된 표준 설계응답스펙트럼을 각 지반종류와 성능목표에 대하여 구성하고, 이를 바탕으로 인공지진을 생성하였다. 해석결과에 따르면 층간변위를 성능기준으로 적용하였을 때 모든 모델이 연약지반(기능수행 성능목표)을 제외한 대부분의 지반조건에서 기준안에 제시된 성능목표를 만족하였다. 또한 적당한 위치에 점탄성 감쇠기를 설치함으로써 내진성능을 향상시키고 구조물이 탄성적으로 거동하도록 유도함을 보였다.

건물의 진동에너지 소산능력을 향상하기 위하여 점탄성감쇠를 설치하게 되면 이른바 비비례 감쇠시스템이 되어 구조물은 복소수형태의 고유모드와 고유치를 가진다. 복소모드중첩법은 이러한 복소모드를 이용하여 중첩함으로써 비비례 감쇠시스템 구조물의 정확한 동적 거동을 얻을 수 있는 방법이다. 그러나 건물이 고층화되면 많은 자유도로 인하여 고유치해석 및 모드중첩과정에서 많은 시간과 노력이 필요하게 된다. 본 논문에서는 효율적인 구조물의 모형화를 위하여 강막가정과 행렬응축기법을 적용하였다. 또한 몇 개의 주요 모드만을 선택하여 중첩하는 방법에 대하여 연구하였으며 구조물의 진동에 영향을 주는 모드의 선택을 위한 복소모드 응답참여계수를 제안하였다. 제안된 해석방법의 정확성과 효율성을 검토하기 위하여 예제 구조물을 대상으로 해석한 결과, 응답의 정확성을 유지하면서 해석에 필요한 시간을 대폭 절감할 수 있었다.

본 연구에서는 점탄성감쇠기가 설치된 비비례 감쇠 구조물의 바람에 대한 확률적 응답을 진동수영역에서 구하였다. 복소수 고유치 및 고유백터를 바탕으로 모드중첩법을 이용하여 응답의 RMS 값을 구하고 그것을 근사적인 방법인 모드 변형에너지법에서 얻은 결과와 비교하였다. 또한, 가력 진동수에 따라서 변하는 점탄성감쇠기의 강성 및 감쇠 계수를 상수로 모형화하였을 때의 풍응답 해석 결과의 정확성을 진동수영역에서 검증하였다. 해석결과에 의하면 감쇠기의 진동수 의존 특성은 구조물의 1차 고유 진동수에 의해서 비교적 정확하게 표현되었고, 모드 변형에너지법은 대체로 정확한 결과를 도출하였지만, 가속도 응답을 구할 때에는 다소 큰 오차를 유발하였다.

이 논문에서는, 섬유가 보강된 직교 이방성 복합재료의 제작 과정에서 발생하는 잔류 응력을 조사하였다. 직교 이방성 복합 재료의 제작 과정은 경화 과정과 냉각 과정으로 나누어 지며 이 과정에서 발생하는 잔류 응력을 3차원 경계요소법을 이용하여 해석하였다. 모재는 선형 점탄성 거동을 한다고 가정하고, 종속 영역법을 도입하여 해석 모델을 섬유 영역과 모재 영역으로 나누었다. PATRAN을 사용하여 모재에서의 잔류 응력 분포를 도시하였으며 해석 결과를 검토하여 잔류 응력이 국부적으로 모재의 항복을 야기시킬 수 있음을 제시하였다.

점탄성감쇠기가 장치된 건물은 감쇠력과 강성이 증가하며 부가되는 감쇠력에 의하여 비고전적 감쇠시스템이 된다. 이러한 경우 비감쇠시스템에서 구한 고유값을 이용하여 감쇠행렬을 대각행렬로 변환할 수 없으므로 일반적으로 운동방정식을 2n크기 행렬의 1차 미분방정식 형태로 변환하여 해석하게 된다. 이러한 방법은 일반적인 고전적 감쇠시스템에 비해 복잡하므로 감쇠행렬의 비대각항을 무시하고 해석하는 방법이 이용되기도 한다. 본 논문에서는 이러한 근사적인 방법의 타당성과 이론적 근거를 검증하고 정해와 근사해법을 이용하여 3층 전단건물의 진동특성을 구하여 비교하였다. 결과에 따르면 부가되는 감쇠력이 작을 때는 근사해와 정해가 매우 근접하나 감쇠력이 커질수록 그 오차가 커지는 것으로 나타났다.

본 연구는 점탄성 감소기가 설치된 건물의 고유치 해석을 위하여 라그라란지 승수 방법(Lagrage multiplier formulating)을 이용하였다. 특성방정식은 건물의 고유진동수, 감소기가 설치된 층의 모드 성분, 감쇠기의 점성 및 강성에 관계된 식으로 나타났으며, 감쇠기의 점성으로 인하여 복소수의 형태로 표현이 되었다. 유도된 특성방정식은 고유치 해석을 위한 일반적인 형태의 식이 아니므로 본 연구에서는 그림 해석을 통하여 감쇠기의 설치로 인한 점성과 증가로 건물의 복소 고유진동수의 변화를 분석하는 방법을 제시하였다. 그림 해석으 결과에 따르면 감쇠기의 점성과 강성으로 인한 복소 고유진동수의 물리적인 의미를 확인할 수 있으며, 최소 및 최대값을 예측할 수 있다. 또한, 복소 고유진동수를 실수의 고유진동수와 모드 감쇠비로 변환하여 상태방정식에 의한 방법의 결과와 비교하여 정확성을 검증하였다.

본 논문은 점탄성 감쇠기가 설치된 고층건물의 효율적인 동적 해석방법에 대한 연구이다. 점탄성 감소기가 건물의 진동을 적절히 제어하기 위하여 사용되고 있으며 이러한 점타성 감쇠기가 설치된 건물의 동적거동을 예측하기 위하여 적절한 해석방법이 필요하다. 해석의 효율성을 높이기 위해서 강막가정과 행렬의 응축기법을 적용할 수 있는데, 점탄성 감쇠가가 설치된 건물은 강막가정을 고려한 행렬의 응축기법을 쉽게 적용할 수 없다. 따라서 제안된 해석방법에 감쇠행렬의 새로운 응축방법을 사용하였다. 그리고 예제 건물의 해석을 통하여 해석방법의 정확한 효율성에 대하여 살펴 보았다.

이 논문에서는, 균일한 횡방향 인장변형률이 작용하는 조건에서 강체모재들을 결합하고 있는 점탄성 접착재층의 계면모서리에 발생하는 응력 특이성을 조사하고있다. Williams방법을 응용하여 라플라스 변형공간에서 특성방정식을 구하였고, 주어진 점탄성 모델에 대해서 변형공간에서의 특성방정식을 시간공간으로 해석적으로 전환하였다. 시간 공간에서의 특이차수는 수치적으로 계산하였다. 계면을 따라 발생하는 응력의 특성을 조사하는데 시간영역 경계요소법을 적용하였다. 수치해석 결과에 의하면, 특이차수는 시간이 경과함에 따라 커지는 반면에, 자유모서리 응력확대계수는 시간에 따라 이완되는 특성을 보여주고 있다.

탄성 섬유와 점탄성 기지로 구성된 2차원의 단일방향 복합재료에서 발생하는 계면 응력 특이성을 시간영역 경계요소법을 사용하여 조사하였다. 먼저, 아무런 균열없이 섬유와 기지가 완전하게 결합되어 있는 단일방향 복합재료에 횡방향 인장변형이 작용할때 자유경계면 부근에 나타나는 계면 특이응력들을 조사하였다. 그러한 응력들은 섬유와 기지의 결합분리나 계면 모서리 균열을 야기 시킬수 있다. 다음에, 여러가지 크기의 모서리 균열들에 대한 응력확대계수가 계산되었다.

이 논문에서는, 탄성 섬유와 점탄성 기지로 구성된 2차원의 단일방향 복합재료가 높은 제작온도로 부터 실온으로 냉각될때 섬유와 기지사이의 계면에서 발생하는 특이 열응력을 조사하고 있다. 계면을 따라 발생하는 잔류 열응력의 특성을 조사하는데 시간영역 경계요소법을 적용하였다. 수치해석 결과에 의하면, 계면응력들은 자유경계면 근처에 이르러 급속히 커지는데, 이러한 특이 잔류응력들은 자유경계면 가까이에서 국부 항복을 일으키거나 섬유와 기지의 결합분리를 야기시킬수 있다.

준-정적 선형 2차원 열점탄성 문제들의 유한요소해석을 위하여 가상일의 원리를 근거로 하여 새로운 변분공식과 유한요소방정식을 유도한다. 이때 점탄성 재료는 열유동학적으로 단순한 물성을 갖는다. T=T(x)일 경우에 유전적 강성행렬들의 효율적이고 단순화된 계산과정을 소개한다. 몇몇 예제를 해석하고 기존의 발표된 수치결과들과 비교 검토하여 정확성 및 경제성을 입증한다.

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.