This study aims to develop a form-finding algorithm for a single-layered pneumatic membrane. The initial shape of this pneumatic membrane, which is an air-supported type pneumatic membrane, is to find a state in which a given initial tension and internal pneumatic pressure are in equilibrium. The algorithm developed to satisfy these conditions is that a nonlinear optimization problem based on the force method considering the deformed shape is formulated, and, it’s able to find the shape by iteratively repeating the process of obtaining a solution of the governing equations. An computational technique based on the Gauss-Newton method was used as a method for obtaining solutions of nonlinear equations. In order to verify the validity of the proposed form-finding algorithm, a single-curvature pneumatic membrane example and a double-curvature air pneumatic membrane example were adopted, respectively. In the results of these examples, it was possible to well observe the step-by-step convergence process of the shape of the pneumatic membrane, and it was also possible to confirm the change in shape according to the air pressure. In addition, the calculation results of the shape and internal force after deformation due to initial tension, air pressure, and self-weight were obtained.

우리나라는 지진에 대해 비교적 안전한 지역으로 인식되고 있었으나, 최근 경주지진과 포항지진이 발생하면서 시설물에 상당한 피해가 발생되면서 지진피해 저감장치를 적용한 내진설계 및 보강에 대한 연구와 개발이 수행되고 있다. 이미 건축된 구조물의 유지⋅보수에 대한 관심이 높아짐에 따라, 구조물의 감쇠, 강성 등을 국부적으로 변화시켜 지진 하중에 의한 에너지를 흡수하고 소산시키는 내진설계 방식인 제진기술이 활용되고 있다. 그러나 강한 지진이 발생할 때 제진 장치의 손상으로 인하여 사용성이 매우 떨어지게 되는 문제점이 발생되고 있다. 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해, 구조물의 가새 부재에 별도의 열처리를 하지 않고 응력 제거만으로 원형복원이 가능한 초탄성 형상기억합금을 적용하는 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 비좌굴 가새 부재에 초탄성 형상기억합금을 사용하여 자동복원이 가능한 프레임 구조물을 구성하여 비선형 정적해석을 수행하여 구조물의 내진성능을 평가하고, 초탄성 형상기억합금의 재료적 특성의 우수성을 검증하고자 한다.

This study investigates the optimization of sectional shape with two dimensions on the rubber gasket of electric vehicle battery in order to maintain the airtightness and watertightness. For the section optimization, the shape of protruding section was analyzed as design variables and the design point was composed by the design of experiment(DOE) for the selected protruding shape. The uniaxial tensile test was carried out for the analysis of rubber gasket and five parameters of Mooney-Rivlin hyperelastic model were derived from the test data in order to construct the strain energy function for nonlinear behavior. The rubber gasket compression analysis was performed by using ANSYS of a commercial software and the performance of optimal shape was verified by performing the tests of watertightness and airtightness on the 3D rubber gasket with the derived section.

Base Balance Technique은 건축물의 하중과 변위 및 가속도와 같은 응답들을 구하기 위한 기본적인 풍동실험기법으로 사용되어 왔다. 이 기법은 선형적인 형상함수의 내제된 가정으로 수행함으로써, 밑면 전도모멘트로 일반화된 하중을 추정할 수 있다. 그러나 초고층건물은 다수의 풍방향진동에 대한 형상함수들을 가지고 있다. 본래의 초고층건물의 기본적인 형상함수는 선형적이지 않으므로 풍동실험이나 선형적인 해석의 결과로부터 약간의 조정이 필요하다. 본 연구에서는 풍동실험의 데이터를 이용하여 풍방향응답의 보정계수를 제안한다. 그리고 건물의 높이와 너비, 건물주기 등으로부터 보정계수의 요인들을 이해할 수 있다.

A level set based topological shape optimization method for nonlinear structure considering hyper-elastic problems is developed. To relieve significant convergence difficulty in topology optimization of nonlinear structure due to inaccurate tangent stiffness which comes from material penalization of whole domain, explicit boundary for exact tangent stiffness is used by taking advantage of level set function for arbitrary boundary shape. For given arbitrary boundary which is represented by level set function, a Delaunay triangulation scheme is used for current structure discretization instead of using implicit fixed grid. The required velocity field in the actual domain to update the level set equation is determined from the descent direction of Lagrangian derived from optimality conditions. The velocity field outside the actual domain is determined through a velocity extension scheme based on the method suggested by Adalsteinsson and Sethian(1999). The topological derivatives are incorporated into the level set based framework to enable to create holes whenever and wherever necessary during the optimization.

이 연구에서는 프리스트레싱용 고강도 강연선의 정착장치 중 강연선을 직접 정착하는 앵커헤드(anchor head)에 대해 거 동특성을 분석하고, 앵커헤드의 제원을 결정하는 단계에 있어서 해석적 검토에 요구되는 프로세스에 대해 정립하였다. 앵 커헤드는 쐐기와의 접촉(contact)을 통해 강연선으로부터의 힘이 전달되고 거동변화에 따라 접촉상태 또한 변하게 된다. 이 를 고려한 상세 거동분석을 위해 쐐기와 헤드 사이의 접촉(contact)조건을 설정하였으며, 앵커헤드의 비선형 재료모델을 적 용하여 기하 및 재료 비선형성을 고려한 구조해석을 수행하였다. 해석결과로부터 다음의 결과를 얻을 수 있었다. 앵커헤드 의 거동은 앵커헤드와 쐐기 간의 상호거동에 크게 영향을 받기 때문에 초기 설계단계부터 상대 영향을 고려해야 한다. 쐐 기홀(wedge hole)의 배치는 층배열(layered) 보다는 원형배열(circular)이 보다 응력분배에 효과적이고, 쐐기홀의 간격을 증 가시키고 헤드 하면 구멍의 크기를 줄여 구멍사이 강재의 두께를 다소 늘이는 것이 구조거동에 효과적이다.

막 구조물은 연성의 막에 초기 장력을 주고 외관의 강성을 늘림으로써 외부하중에 안정된 형태를 유지하는 구조물로 두께를 얇게 하여 대공간 구조에 많이 채택된다. 이러한 막 구조는 자유로운 곡선을 표현할 수 있는 특성이 있어, 구조적 형태의 선정은 매우 중요하다. 이에 본 논문에서는 넙스를 기저함수로 하는 비정형 곡면으로 형상을 표현하고, 최적의 곡면 형상 탐색을 위한 대변형 결과값 도출을 위해 기하학적 비선형을 고려한 유한요소해석법을 제안하였다. 또한, 형상 탐색 결과로 나타난 곡면의 형상 근사화의 최소화를 위해 유한 요소망으로 표현된 최종 형상을 다시 넙스로 구현하는 인터페이스 기법을 제안하여, 비정형 막 구조물의 최적 곡면을 표현하였다.

연성구조시스템 중 하나인 막 구조물은 대공간 구조물에 많이 사용되어진다. 막 구조물은 축강성이 강하고 휨강성이 매우 작은 재료로서 구조물의 설계는 강성구조물과는 달리 형상해석, 응력-변형해석 그리고 재단도 등의 일련의 과정을 필요로 한다. 막 구조물의 형상해석은 일반적으로 초기 불안정 상태의 막 면에 초기강성을 부여함으로서 평형상태에 이르게 되는 역학적 메커니즘을 가지고 있으며, 이와 같은 곡면을 해석적으로 구하는 데는 해석상의 수렴 및 발산 그리고 오차 발생에 따른 문제를 해결해야만 한다. 본 논문에서는 막 구조물의 초기곡면을 형성하기 위한 형상탐색기법에 대한 수렴 및 오차에 관하여 연구하고, 적용된 예제의 해석 결과를 바탕으로 해가 수렴해 가는 과정 및 제어변수에 따른 수렴속도 및 효율성을 살펴본다.