현재 우리나라에서 설계 및 시공되는 대부분의 철근콘크리트 벽식구조 공동주택은 상부벽체-하부골조 시스템으로 구성되어 있으며 서로 다른 상하부 구조시스템의 결합을 위해 전이보를 이용한다. 상부의 하중을 하부의 기둥 부재에 효율적으로 전달하기 위해 전 이보가 큰 강성을 지녀야하고 이로 인해 부재의 춤이 커져 많은 물량의 투입되고 전반적인 경제성이 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 기둥을 벽체요소로 대체하고 일반적인 콘크리트 전이보에 비해 규모가 작은 경계보를 수평 구조요소로 활용한 새로운 경계보-벽체 시스템을 제안한다. 제안된 시스템의 축하중에 대한 성능 평가를 위해 3차원 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 주요 설계변수로 상하부벽체 길이비, 경계보 부재의 전단보강근 간격, 하부벽체로 연속되는 상부벽체 수직근의 꺾임 비율, 슬래브 길이를 설정하고 제안된 시스템의 성능에 얼마나 기여하는지 분석하였다.

Boundary element solution method is introduced for radiation heat transfer problem with objects inside a 2-D enclosure, where shadow zone exists. Surfaces are assumed as diffuse gray in a transparent medium. Boundary integral and boundary element equations were derived from radiation transfer equation, and their theory is reviewed. Also the process of solution methods to implement the boundary element method is analysed and explained with consideration of shadow effects. BEM solution results are compared with two test problems and are found to be good agreements with the both analytic and ANSYS Fluent numerical solutions. Therefore the current BEM analysis for radiation heat transfer problem can be considered as verified, and their efficacy with engineering applicability is established as a result.

논문은 2차원 선형탄성 직접 경계요소법에서 저매개변수 요소를 사용할 때 Kernel의 적분방법에 대하여 논의하였 다. 일반적으로 등매개변수 요소의 경우 형상함수로 통칭되는 해의 기저함수와 요소의 적분을 위해 사용되는 사상함수를 동일하게 사용한다. 그러나 본 논문에서는 사상함수의 차수를 낮게 취하여 순수기저절점을 도입하고 그때 직접 경계요소의 Kernel을 적분하기 위한 방법이 모색되었다. 일반적으로 경계요소법의 적분 Kernel의 경우 Log수치적분과 코쉬주치 (Cauchy principal value) 등을 통해 해결하는데, 본 논문에서는 대수적 조작을 통해 적분값의 정확도를 높일 수 있도록 새 로운 수식을 유도하였다. 본 연구에서 저매개변수 기반의 직접 경계요소에 대한 강건성과 정확도를 검증하기 위해 2차원 타원형 편미분방정식으로 표현되는 평면응력과 평면변형문제에 대해 적용하였다. 적용 예제로는 단순연결영역(simple connected region)의 대표적 문제인 캔틸레버보와 다중연결영역(multiple connected region)의 대표적인 문제인 개구부가 있는 사각평면에 대해 각각 수치해석을 수행한 결과 대폭적인 자유도의 감소에 비해 정확도 측면에는 기존의 방법과 차이 가 없음을 볼 수 있었다. 본 논문에서 제시된 방법은 기저함수 고차화 저매개변수 직접 경계요소법(subparametric high order boundary element)과 이에 기초를 둔 저매개변수 고차 이중경계요소법(subparametric high order dual boundary element)의 초석이 될 수 있을 것이다.

트럭 축하중에 의한 도로포장체의 응력과 변형은 대부분 다층 탄성 이론에 의해 예측된다. 대부분의 다층 탄성 이론에 의한 이론적 계산값이 연성 포장 재료의 점탄성적 거동특성, 동적 트럭 축하중, 비균등 타이어 접지압 및 형상등을 해석에 고려하지 못하므로, 계측값에 비해 매우 작은 값을 예측하므로서 도로 포장 두께설계가 과소 설계될 우려가 크다. 이와 같은 도로 포장체 구조해석시 이용되는 중요한 변동요소를 포장 재료의 물성 모델 측면, 비균등 접지압 및 형상 측면, 동적 유한요소해석 측면에서 분석하여 이용 가능한 모델을 본 논문에서 제안하였다. 경계조건 및 민감도 분석을 수행을 통한 효과적인 3차원 연성포장의 유한요소해석모델을 결정하는 방법론을 제안하였으며, 최적 유한요소모델 분석결과와 현장에서 취득한 결과와의 상호비교를 통하여 모델의 유의성을 검증하였으며, 동적 접지하중조건, 점탄성물성 모델 등을 3차원 유한요소 모델에 접목하고, 최적 경계조건을 결정하였다.

본 논문은 로터 시스템의 디스크 회전운동을 표현하는데 있어 운동방정식을 통합하는 과정에서 기존 연구자들이 채택한 오일러 각 사용법이 일관성이 없음을 지적하였다. 기존 연구자들은 오일러 각 순서가 달라서 속도와 운동에너지도 달리 산정하였음은 물론, 운동방정식은 오직 선형 시스템만 취급해 왔다 이러한 오일러 각 사용법의 단점을 극복하기 위하여 회전운동을 더욱 단순하게 매개화할 수 있는 4원법(quaternion)과 구 좌표계를 적용하여 비선형 시스템을 도출하였다. 이를 바탕으로 수치해석을 통하여 기존 방법과 비교하여 제안한 방법의 신뢰성과 우수성을 보였다.

본 연구는 2차원 및 3차원 동적 탄소성 응력 해석을 위한 특수 적분해 경계요소법의 공식 개발을 제시한다 정적 탄성에 대한 기본식이 일반해를 구하는데 이용되었으며, 전체형상함수 개념을 이용하여, 변위율과 traction rate의 특수 적분해를 구함으로써 지배 방정식의 가속도 부분을 근사화시켰다. 시간 적분을 위하여 Houbolt 시적분 방법을 이용하였으며, Newton-Raphson 알고리즘을 이용하여 수치 연산을 행하였다. 제시된 공식에 따른 예제 해석을 통하여 그 방법의 유효성과 정확성을 설명하였다.

The boundary element alternating method is applied to two dimensional and axisymmetric racture mechanics problems. Different crack depths are considered with particular emphasis on cracks. Several methods of calculating the stress intensity factor are presented and applied to several practical examples to demonstrate their accuracy.

본 논문에서는 초기값을 갖는 비동질 반무한 평면문제를 비례경계유한요소법으로 해석하기 위하여 무한요소를 이 해석법에 도입하였다. 초기값을 갖는 반무한 평면의 자유면은 비례경계좌표계의 원주방향의 좌표를 이용하여 모델링하였고 무한요소는 이 자유면이 나타내는 무한한 영역을 모사하기 위해 사용되었다. 반무한 평면의 물성치(탄성계수)에 대한 초기값은 비례중심의 위치와 비례경계좌표계에서의 반지름 멱함수를 이용하여 나타내었다. 사상형 무한요소를 사용하여 일관된 정식화가 가능하였고, 제안된 해석법에 대한 적용성과 성능을 두 수치예제를 통하여 보였다.

무한영역에서 진행하는 탄성파를 유한영역에서 수치적으로 해석하기 위해 많은 흡수경계조건들이 제안되어져 왔다. Paraxial 경계조건은 흡수경계조건의 하나로서 스칼라 및 탄성파 방정식의 paraxial 근사화를 통해 얻어지며, 그 성능이 우수하고 수치해석시 계산적 부담을 주지 않는다. 그러나 경계조건이 복잡한 편미분 방정식으로 표현되어 있어 유한요소해석으로의 적용이 어렵다. 본 논문에서는 penalty function method를 이용하여 전체 에너지 범함수와 paraxial 경계조건을 함께 변분정식화 함으로써 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석에 가장 적용이 용이하며, 많이 사용되어지는 Lysmer-Kuhlemeyer의 흡수경계조건과 성능을 비교함으로써 연구결과의 타당성을 입증하였다.

본 논문에서는 비동질 반무한 평면에 대한 비례경계유한요소법의 식을 유도하고 수치예제를 해석하였다. 비례경계유한 요소법은 편미분 방정식을 경계방향으로는 유한요소와 같은 근사를 통해서 약화시키고 방사방향으로는 정확해를 사용하는 반 해석적인 방법으로, 방사방향으로 멱함수를 따라 탄성계수가 변화되는 반무한 평면에 대해서 관계식을 가상일의 원리에 근거하여 새로이 유도하였다. 이 과정에서 반무한평면의 거동이 Euler-Cauchy방정식을 따름을 보이고, 기존의 동질 반무한평면의 해석시 도입되던 로그모드가 비동질 반무한 평면의 해석에는 유효하지 않음을 보였다. 수치예제를 통하여 유도된 식이 타당한 거동을 보임을 증명하고 이 접근법이 실제 공학적 문제의 해결에 있어서 유용함을 보였다.

본 연구에서는 경계 요소법을 이용하여 2차원 비등방성 탄성체의 손상 규명을 수행한다. 경계에서의 적분항만을 포함하는 본 수치모델은 1차원으로 줄게된다. 이러한 장점은 특히 균열 역학과 같은 문제에 있어서 중요한 의미를 갖는다. 또한 일정 영역을 분할하는 기법을 피함으로서 수치해석 과정을 간편하고 효율적으로 수행할수 있기 때문에 역문제 해결에 있어서 장점을 갖는다. 본 연구에서는 기존의 등방성 재료에 대한 비파괴 추정기법을 복합신소재와 같은 비등방성 재료로 이루어진 탄성체의 해석에 대하여 확장한다. 먼저 경계요소법에 의한 수치모델의 타당성을 기존의 문헌과 비교 검증하며, 서로 다른 특성을 보이는 비등방성 형식의 변화에 따라 실제 측정시 발생하는 노이즈 영향을 분석한다. 수치예제는 적층 형태 및 하중조건에 대하여 수행하며, 결함 추정에 미치는 적층 형태의 영향을 시험한다.

본 연구에서는 비 균질 퇴적층으로 인한 지진파의 증폭에 대한 경계/유한요소 해석을 수행하였다. 수치해석을 위해, 비 균질 퇴적층은 8절점 등 매개 변수 유한요소 사용하여 모델링하였고, 그 주위의 균질 반무한 지반은 3절점 등매개 변수 경계요소를 사용하여 모델링하였다. 경계요소와 유한요소의 접촉면에서, 표면 력의 평형조건과 변위의 적합 조건에 의해 두 개의 요소를 결합하는 알고리듬을 개발하였다. 수치해석의 영향인자로서 SH파, P파와 SV파의 입사각, 무 차원 진동수 그리고 반무한 지반과 퇴적층사이의 전단 파 속도 비와 질량밀도 비를 고려하였다.

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.

터널 등과 같은 지하구조계를 유한요소법 등의 수치적 방법으로 해석할 경우 인위적인 경제에서 파의 반사가 발생하게 되어 실제 결과의 큰 차이를 발생시킨다. 따라서 동역학적 하중을 받는 지하구조계는 실질적인 반무한 구조계로 고려되어야 한다. 특히 지하구조계는 실제 다층구조로 구성되어 있으므로 이러한 다층문제를 고려할 수 있어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 외부영역 경제적문제로 해석하기 위한 동적 수치기본해를 개발하였다. 주파수영역의 정적인 경우에 대한 엄밀 적분해와 Bessel 함수의 점근식을 이용한 적분을 통해 축대치문제를 2차원 문제로 보다 쉽게 적용할 수 있도록 하였다. 이와 같이 개발된 동적 수치기본해를 경제 적분 방정식에 적용하여 해석한 결과와 기존 해석결과와의 비교를 통해 그 효율성을 입증하였다. 또한 다층지반내 지하구조물에 대해 지반매체의 각 물성 및 공동의 깊이에 따른 민감도분석을 수해하여 지하구조계의 동적 거동특성 파악의 적용성을 다루었다.

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.

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.

들보나 아치, 판재 그리고 쉘과 같은 박판구조물의 경계부근의 매우 좁은 영역에는 경계층이 존재하는데, 이 영역에서 해는 급격하게 변화하는 특이 거동을 나타낸다. 유한요소법을 이용하여 이러한 물체의 거동을 해석하는 경우, 이런 특이성을 묘사하기 위해 유한요소 체눈패턴이 대단히 중요한 역할을 한다. 이 논문은 경계층에 대한 이론적 해석과 최적의 체눈패턴을 형성하기 위한 가이드를 제시한다. 또한 이론적인 결과를 입증하는 예제도 소개하고자 한다.

본 논문은 경계요소법에 의한 콘크리트의 진행성 파괴해석에 관한 연구이다. 콘크리트의 파괴진행해석을 위하여 경계요소법에 의한 변위 및 표면력 경계 적분방정식으로부터 균열을 포함한 연속체의 균열 경계적분 방정식을 정식화하였다. 콘크리트의 균열진행을 해석하기 위하여 균열 선단에서의 파괴진행영역을 Dugdale-Barenblatt형 모델을 사용하여 모델링하였고 균열진행영역의 인장연화상태를 선형으로 가정하여 모델링하였다. 정식화된 경계적분방정식에 의한 콘크리트 보와 여러가지 하중상태에 있는 인장시편에 대한 진행성 파괴해석을 실시하였으며 해석치와 실험치의 비교로부터 경계요소법에 의한 진행성 파괴해석방법은 최대하중 및 최대하중 이후의 거동을 포함한 콘크리트 구조물의 비선형 거동을 잘 예측함을 보여주고 있다 .