The precast concrete (PC) method allows for simple assembly and disassembly of structures; however, ensuring airtight connections is crucial to prevent energy loss and maintain optimal building performance. This study focuses on the analytical investigation of the shear capacity of precast ultra-high-performance concrete (UHPC) ribs combined with standard concrete PC cladding walls. Five specimens were tested under static loading conditions to evaluate their structural performance and the thermal behavior of the UHPC rib shear keys. Test results indicated that the specimens exhibited remarkable structural performance, with shear capacity approximately three times greater than that of standard concrete. Numerical models were subsequently developed to predict the shear capacity of the shear keys under various loading conditions. A comparison between the experimental results and finite element (FE) models showed a maximum strength difference of less than 10% and a rib displacement error of up to 1.76 mm. These findings demonstrated the efficiency of the FE model for the simulation of the behavior of structures.

본 논문에서는 상용 프로그램 MIDAS GEN을 활용하여 플랜트 시설물의 특성을 반영한 골조와 단일 부재의 비선형 동적 해석을 수 행하였으며 이에 따른 결과를 분석하였다. 플랜트에 배치되는 일반적인 구조 부재의 크기와 재료적 특성을 고려하였으며, 수치해석 방법 중 뉴마크 평균 가속도법, 재료 비선형을 고려하기 위한 소성 힌지를 적용하였다. 플랜트 폭발의 대표적 유형인 증기운 폭발의 폭 발하중을 산정하였으며, 이를 골조 및 단일 부재에 적용하여 비선형 동적 해석을 수행하였다. 동적 거동의 결과는 고유주기와 하중지 속시간의 비율, 최대변위, 연성도, 회전각으로 정리하였으며 골조를 단일 부재로 해석할 수 있는 조건과 범위를 분석 및 확인하였다. 보-기둥 강성비가 0.5, 연성도가 2.0 이상인 NSFF는 FFC로 단순화할 수 있으며, 보-기둥 강성비가 0.5, 연성도가 1.5 이상인 NSPF는 FPC로 단순화하여 해석할 수 있다. 본 연구의 결과는 플랜트 시설물의 내폭설계 가이드라인으로 활용될 수 있다.

이 논문에서는 파랑 하중을 받는 부유식 구조체의 운동 해석에 있어서 시스템 식별 방법을 이용한 상태공간방정식 모델을 수립하 고 해석하는 방법을 제안하였다. 상태공간방정식 모델의 수립 방법으로는 주파수영역에서 하중-변위 입출력 관계에 대한 목표 전달 함수를 구하고 이에 가장 근접하는 상태공간방정식을 구하는 절차를 제시하였다. 전통적으로 부유식 구조체 운동의 시간영역 해석은 지연함수의 합성곱적분을 포함하는 Cummins 방정식을 시간적분하여 이루어진다. 상태공간방정식 모델은 이러한 시간영역해석을 효과적으로 수행하기 위한 방법의 하나로서 연구되어 왔다. 제안하는 방법에서는 시스템 식별방법인 N4SID 와 전달함수의 분모 및 분자 다항식의 계수를 설계변수로 하는 최적화방법을 사용하여 목표 전달함수에 상응하는 상태공간방정식을 구한다. 제안하는 방법 의 적용성을 보이는 예제로서 단자유도 수치모델 및 6자유도 바지의 운동을 해석하였다. 제시하는 상태공간방정식 모델은 주파수영 역 및 시간영역에서 모두 기존의 해석결과와 잘 일치하고 시간영역해석에서는 계산의 정확도를 확보하면서 계산 시간을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

Prestressed Concrete Containment Vessels(PCCV)는 중대사고 발생 시 방사능 누출을 막기 위한 최 후의 방벽이며 체르노빌 및 스리마일 섬 원전 사고 이후 PCCV의 내압성능에 대한 관심이 높아졌다. PCCV는 장비반입 및 작업자 출입 등을 위한 다양한 관통부가 존재한다. 이러한 관통부로 인해 PCCV는 비축대칭적인 변형을 보이며 관통부는 취약부위로 고려된다. 하지만 관통부의 거동은 전체모 델에서 정확히 모사할 수 없다. 따라서 PCCV의 내압성능 평가를 위한 규제지침인 Reguratory Guide(RG) 1.216은 관통부에 대한 내압성능 평가를 위해 상세국부모델을 작성하여 평가하도록 권고하고 있다. 하 지만 대부분의 국부모델을 이용한 PCCV의 내압성능 평가와 관련된 선행연구는 전체모델을 이용하여 관통부의 응답을 관측하고 보정인자를 사용하여 수행되었다. 따라서 본 연구는 내압을 받는 1:4 scale PCCV의 관통부에 대한 거동 분석과 내압성능 평가를 위해 관통부의 상세 국부 유한요소 모델을 구축 하였다. 미국의 Sandia National Laboratory의 실험적 연구 결과와 비교하여 구축된 모델을 검증하였 으며 관통부의 내압거동을 분석하였다.

본 논문에서는 시간 의존적 거동을 고려하기 위한 크리프 거동 해석과 비탄성 해석법을 통해 기존의 설계기준 보다 정확하고 전 시 간 단계에서의 CFT 기둥의 해석을 가능하게 하는 수치 해석 모델을 제안하고, 기존의 CFT 기둥에 수행된 실험 결과와 비교하였다. 그 결과 본 논문에서 제안된 수치 해석 모델의 결과가 기존의 설계 기준의 결과보다 정확한 추세를 나타낸다는 것을 파악 할 수 있었다. 검증 이후 세장비에 따른 수치 해석을 수행하여 전반적인 CFT 기둥 부재의 단기 및 장기 지속 하중 거동에 대한 극한 하중의 정도를 확인하였다.

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.

In general, the design response spectrum in seismic design codes is based on the mean-plus-one-standard deviation response spectrum to secure high safety. In this study, response spectrum analysis was performed using seismic wave records adopted in domestic horizontal design spectrum development studies, while three response spectra were calculated by combining the mean and standard deviation of the spectra. Seismic wave spectral matching generated seismic wave sets matching each response spectrum. Then, seismic fragility was performed by setting three damage levels using a single-degree-of-freedom system. A correlation analysis was performed using a comparative analysis of the change in the response spectrum and the seismic fragility concerning the three response spectra. Finally, in the case of the response spectrum considering the mean and standard deviation, like the design response spectrum, the earthquake load was relatively high, indicating that conservative design or high safety can be secured.

본 연구에서는 한옥의 해석모델 구축을 지원하고, 구축된 해석모델의 활용도를 높이고자 이를 활용한 가상현실 소프트웨어를 개발 하였다. 한옥의 구조해석 모델은 범용 구조해석 소프트웨어인 midas Gen으로 생성하고, 이를 문자기반 입력파일로 변환한 후 본 연구 에서 개발된 소프트웨어에서 한옥 해석모델의 검토에 필요한 자료들을 저장한다. 개발된 가상현실 소프트웨어 내에서 3차원으로 표 현된 한옥의 해석모델은 시점을 변경하며 살펴볼 수 있고 특정 부재를 선택하여 관련된 자료를 확인할 수 있다. 이러한 과정을 통해 해 석모델의 오류를 확인 및 수정하여 완결된 해석모델을 구축할 수 있다. 개발된 소프트웨어는 3개의 한옥 사례에 적용하여 그 적용성 과 효용성을 검증하였으며, 구조분야 이외의 타 분야에서도 활용될 수 있다.

우리나라 열병합 발전소에서 운영되고 있는 최신 증기터빈의 출력과 효율 향상을 위한 첫 번째 기술적인 진보는 고온, 고압의 증기를 사용할 수 있는 소재 개발의 진척이라고 할 수 있다. 소재의 발전과 더불어 증기터빈의 내부효율 향상을 위한 설계적 노력의 결실 로 높은 효율의 증기터빈이 제작되었다. 오랜 기간 운전 중인 증기터빈의 내부효율은 기계적 수명의 한계로 점차 손실이 발생하고 효율 과 출력이 떨어지게 된다. 이러한 이유로 본 연구에서는 상용프로그램을 이용하여 열병합 발전소용 고압(HP)-중압(IP) 증기터빈의 증기유 로 성능해석을 수행할 수 있는 모델을 개발하고 성능계산 방법을 제시하고자 한다. 증기터빈의 복잡한 성능계산방식으로 인해 증기터빈 실무자들에게 실질적으로 유용한 참고문헌이 될 수 있도록 주요 변수들을 제시하였다. 또한 증기터빈 성능계산에 필요한 열정산도 분석 과 증기터빈 성능계산 결과의 적합성을 성능시험 결과와 비교 확인하였다.

본 논문에서는 인장 좌굴 현상을 소개하고 이를 이용한 음의 포아송 효과를 가지는 구조물에 대한 분석을 다룬다. 일반적으로 널리 알려진 좌굴은 압축하중 하에서의 안정성 문제임에 반하여, 인장 좌굴은 인장에 의해 국소적으로 압축력이 생겨 발생하는 좌굴이다. 고전적인 좌굴에 비하여 비교적 최근의 연구이기 때문에 상대적으로 잘 알려지지 않았다. 이에 인장 좌굴 현상을 에너지 관점에서 고 찰하고, 해석을 위하여 비틀림 스프링을 가지는 비선형 트러스 유한요소의 정식화를 수행하였다. 비선형해석을 통해 후좌굴 거동을 분석하고 비틀림 스프링이 주요 인자임을 확인하였다. 이러한 후좌굴 거동은 음의 포아송 비를 가지는 구조물에 적용할 수 있으며, 기 계적 스위치 등의 장치에 적용할 가능성을 보였다. 얻어진 결과들의 정확성 확인을 위하여 해석해와 상용 유한요소해석 결과들과 비 교하여, 개발된 유한요소 모델이 기초 설계에 유용함을 보였다.

본 연구에서는 마찰모델에 따라 다른 마찰진자시스템(FPS)이 적용된 교량의 성능을 비교･분석하기 위해 구조해석을 수행하였다. 마찰해석모델 별 성능을 분석하기 위해 PVDF/MgO 마찰재의 마찰계수를 활용하여 쿨롱 마찰모델과 속도 의존 마찰모델을 구축했다. 쿨롱 마찰모델은 마찰속도와 관계없이 단일 마찰계수를 사용하며, 속도 의존 마찰모델은 마찰속도에 따른 마찰계수의 변화를 반영하 는 마찰모델이다. 지진해석으로 비선형 시간 이력 해석과 지진 취약도 해석을 수행하여 구조물의 응답을 확인하였다. 마찰모델에 따 른 바닥판과 교각의 지진 응답을 활용해 면진된 교량의 성능을 분석하였으며, 면진된 교량의 성능을 효과적으로 평가할 수 있는 마찰 모델을 분석했다.

과학과 기술의 발달로 복합재료, 합금, 고강도 탄소섬유, 고분자 재료 등 지능형 소재가 개발되고 있다. 다양한 엔지 니어링 분야에서 이러한 첨단 재료의 응용을 연구하기 위해 전 세계적으로 광범위한 연구가 진행되고 있다. 초탄성 형상기억합 금(SSMA)은 깃발 모양의 히스테리시스 거동을 가지며 추가적인 열처리 없이 응력 완화로 인한 잔류 변형이 거의 없는 신뢰성 이 높은 내진 재료이다. 그러나 공학 문제에서 SSMA 효율성을 연구하기 위한 수치 모델의 개발은 여전히 어려운 작업이다. 본 연구에서는 SSMA 인장시험의 실험결과를 통해 유한요소해석 프로그램인 Abaqus와 수치해석 프로그램인 OpenSEES를 이용하여 재료 모델을 구현한 후 해석결과의 거동 특성 및 에너지 소산을 분석하였다.

The recent earthquake in Korea caused a lot of damage to reinforced concrete (RC) columns with non-seismic details. The nonlinear analysis enables predicting the hysteresis behavior of RC columns under earthquakes, but the analytical model used for the columns must be accurate and practical. This paper studied the nonlinear analysis models built into a commercial structural analysis program for the existing RC columns. The load-displacement relationships, maximum strength, initial stiffness, and energy dissipation predicted by the three analysis models were compared and analyzed. The results were similar to those tested in the order of the fiber, Pivot, and Takeda models, whereas the fiber model took the most time to build. For columns subjected to axial load, the Pivot model could predict the behavior at a similar level to that of the fiber model. Based on the above, it is expected that the Pivot model can be applied most practically for existing RC columns.

본 연구는 신축이음장치를 설치하지 않고 상부구조와 교대를 일체화하는 무조인트 교량의 거동해석에 대한 것이다. 선행연구에서 는 민감도 해석을 통해 무조인트 교량의 최적 수치해석 모들은 상대오차에 의한 변위 형상의 유사성과 정밀도를 유지하면서 실용적 인 shell 요소 기반 모델이 가장 적합한 것으로 판단하였다. 따라서 본 연구에서는 shell 요소 기반 모델과 solid 요소 모델간의 벽체 깊 이별 거동 분석을 수행하였다. 또한 MIDAS Civil과 ABAQUS를 사용하여 해석 프로그램간 비교를 하였다. 반일체식 교대 교량인 A 교와 B 교의 경우 선형 스프링 조건인 Case 1, +30°C의 경우 지반반력으로 인해 벽체 깊이가 깊어질수록 변위가 감소하였다. -30°C의 경우는 지반반력이 작용하지 않으므로 변위 변화가 미소하였다. 완전일체식 교대 교량인 C 교와 흉벽일체식 교대 교량인 D 교의 경우 말뚝의 저항력으로 인하여 +30°C, -30°C 모두 벽체 깊이가 깊어질수록 변위가 감소하였다. 해석 프로그램간 비교는 Case 1의 경우 상 대오차는 미소하였으나 Case 2의 경우는 차이가 발생하였다. 이는 해석 프로그램에 따른 비선형 스프링의 적용 방식의 차이로 인한 것으로 판단된다.

PURPOSES : In this study, model-agnostic methods are applied for interpreting machine learning models, such as the feature global effect, the importance of a feature, the joint effects of features, and explaining individual predictions. METHODS : Model-agnostic global interpretation techniques, such as partial dependence plot (PDP), accumulated local effect (ALE), feature interaction (H-statistics), and permutation feature importance, were applied to describe the average behavior of a machine learning model. Moreover, local model-agnostic interpretation methods, individual conditional expectation curves (ICE), local surrogate models (LIME), and Shapley values were used to explain individual predictions. RESULTS : As global interpretations, PDP and ALE-Plot demonstrated the relationship between a feature and the prediction of a machine learning model, where the feature interaction estimated whether one feature depended on the other feature, and the permutation feature importance measured the importance of a feature. For local interpretations, ICE exhibited how changing a feature changes the interested instance’s prediction, LIME explained the relationship between a feature and the instance’s prediction by replacing the machine model with a locally interpretable model, and Shapley values presented how to fairly contribute to the instance’s prediction among the features. CONCLUSIONS : Model-agnostic methods contribute to understanding the general relationship between features and a prediction or debut a model from the global and/or local perspective, securing the reliability of the learning model.

본 연구에서는 토양-탄체 간 분리 및 재접촉을 고려한 IFL 기반 침투해석 기술을 개발하고 이를 기존 문헌의 실험결과와 비교하는 연구를 수행했다. 탄체를 강체로 가정한 후, 토양 내로 침투 시 발생하는 구형공동팽창 현상을 고려함으로써 탄체의 궤적을 예측할 수 있다. 토양에 대한 저항함수는 Mohr-Coulomb 항복 모델을 활용했으며, 입사각 혹은 AOA에 따른 J-hook 현상을 모사할 수 있다. 기존 문헌에서의 실험결과(총 6회)와의 비교 결과, 수치해석으로부터 예측한 탄체의 침투 깊이는 실험대비 약 13.4%의 평균오차를 나타냈 다. 일반적으로 탄체의 침투 경로를 예측하기 위해 유한요소법이 널리 활용된다. 하지만, 유한요소법 활용 시, 탄체의 모델링을 위해 많은 시간과 노력이 필요하며, 해석 수행을 위해 수 시간이 소요된다. 본 연구를 통해 개발한 모델을 활용할 시, 탄체의 치수 입력만 필 요하며 해석 시간도 수 초 이내이다.

본 논문에서는 폭발하중을 받는 부재의 저항성능 평가를 위한 모멘트-곡률 관계 기반 수치해석 기법을 소개한다. 직접전단 파괴 모 드를 고려하기 위하여 경험적인 직접전단응력-슬립양 관계를 기반으로 하는 무차원 스프링 요소를 도입하였다. 재료에 대해 정의된 동적증가계수 식을 바탕으로 단면의 모멘트-곡률 관계에 직접적으로 적용가능한 단면의 곡률 변화율에 따른 동적증가계수 식을 제작 하였다. 또한 부착슬립의 영향을 고려하기 위하여 소성힌지영역 내에 등가 휨강성을 도입하였다. 제안된 수치해석 모델의 타당성 검 증을 위하여 실험결과와의 비교연구를 수행하였으며, 단자유도계 모델의 해석결과와의 비교를 통해 본 수치해석 모델의 우수성을 확 인하였다. P-I 선도를 제작하여 부재의 휨 파괴 및 직접전단 파괴에 대한 저항성능을 평가하였으며, 매개변수 연구를 수행하여 P-I 선 도 및 저항성능의 변화를 확인하였다.