본 연구는 3차원 비선형 유한요소해석을 이용하여 고속도로 2주형 교각 코핑부에서 철근을 유리섬유보강폴리머(GFRP) 보강 근으로 대체하는 경우를 평가하였다. 콘크리트의 균열, 손상 및 보강근 응답을 모사하기 위해 콘크리트 손상소성(CDP) 모델을 적용하 였다. 단조하중 조건에서 철근 기준 Case와 다수의 GFRP Case를 비교하였다. 주요 변수로는 GFRP의 강성, 콘크리트와의 부착계수 영향, 그리고 수직 전단보강근 상세 배근을 포함하였다. 수치해석 모델은 실험 경향과의 비교를 통해 검증되었으며 전반적인 거동이 일관되게 나타났다. GFRP로의 대체는 철근 대비 강성과 하중 전달 메커니즘을 변화시켰다. 또한 콘크리트 손상이 전체 응답과 파괴 진행을 지배하는 주요 요인으로 나타났다. GFRP 강성이 높고 부착성능이 우수할수록 구조 효율과 상세설계의 실현성이 향상되었다. 적절한 설계가 전제될 경우 전단보강근의 양은 전체 거동에 미치는 영향이 제한적인 범위에서 최적화가 가능하였다. 이상의 결과는 GFRP 적용의 실무적 가능성을 뒷받침하는 동시에, GFRP의 선형탄성ㆍ취성 거동과 국부 응력집중 가능성을 고려할 필요가 있음을 시사한다.

이 연구는 충격쇄파 하중에 대한 직립식 방파제의 동적 거동을 정밀히 분석하기 위해 유한요소 기반의 2차원 해석 모델을 구축하 였다. 기존의 단순화된 해석 방법이 지닌 한계를 극복하고자, 유체 요소, 비선형 지반 모델, 접촉 비선형성, 에너지흡수경계요소를 포 함한 정밀한 2차원 수치해석 모델을 구축하였다. 또한, 이론적 파압 공식을 기반으로 충격쇄파 하중의 시간이력을 모델링하여 방파 제의 활동량을 평가하였다. 해석 결과, 비선형 지반 모델은 탄성 지반 대비 더 큰 활동량을 유발하는 것으로 나타났으며, PML (Perfectly Matched Layer)은 고정 경계 조건과 비교했을 때 해석 안정성과 정확성을 크게 향상시키는 것으로 나타났다. 이 연구는 직 립식 방파제 설계 및 안전성 평가를 위한 정밀 동적 해석 기술 개발에 기여하며, 극한 조건에서도 방파제 성능을 예측할 수 있는 기반 을 제공할 것으로 기대된다.

This study proposes a surrogate model framework that integrates finite element analysis and deep learning to rapidly estimate equivalent material properties of patterned sheets. Conventional homogenization methods can only be applied after the pattern geometry has been finalized, requiring additional modeling and simulation. In contrast, the proposed approach establishes a surrogate model in advance, enabling the immediate estimation of equivalent material properties once the pattern geometry is defined. A dataset of 5,000 cases was generated using simulations, and Bayesian hyperparameter optimization was applied to improve model performance. The surrogate model achieved R² values above 0.99 for all target properties, confirming high internal consistency. Experimental validation with patterned STS304 specimens yielded meaningful results, with all errors remaining within 15%, which demonstrates the reliability of the proposed surrogate model despite minor deviations caused by fabrication imperfections and limited training data. Despite these limitations, the proposed system enables instant estimation of equivalent properties from pattern geometries, offering significant reduction in computational cost and design time. This approach enhances design reliability and provides a practical tool for the application of patterned materials in industrial engineering.

This study investigates the compaction behavior of anisotropic, plate-like powders used in axial flux motor cores through a combined FEM–DEM approach. A porous continuum FEM model captures stress and density evolution during die pressing, revealing strong gradients along the compaction direction, with higher stress and densification near the upper punch and reduced compaction in the lower region. Guided by these results, DEM simulations examine particle packing, orientation, and contact pressure in representative zones. The DEM analysis shows that higher local pressure promotes denser packing and in-plane particle alignment near the upper punch, while the lower region exhibits more random orientations and lower contact forces. As a result, the multi-scale FEM–DEM framework clarifies how anisotropic particle behavior governs local densification and offers practical guidance for die design and process optimization to achieve more uniform density and controlled magnetic-property-relevant particle alignment in axial flux motor cores.

This study investigates the thermo-mechanical behavior and residual stress characteristics of friction stir welding (FSW) in an aluminum inverter housing using finite element analysis (FEA). FSW experiments were first conducted under various tool rotation and traverse speed conditions, and temperature histories were measured using K-type thermocouples. The optimal process condition was identified through tensile testing, and the heat input was estimated by comparing experimental and numerical results. The estimated heat source was incorporated into a transient thermal elasto-plastic analysis to evaluate deformation and residual stresses in an inverter housing model. The results indicated that residual stress distributions varied depending on the welding start position. In particular, when welding started at P3 (near thick ribs and bosses) residual stresses were reduced by approximately 30% compared to P1, owing to the higher local stiffness and enhanced heat dissipation that mitigated temperature gradients. Conversely, welding initiated at P1, a flat region with insufficient reinforcement, resulted in higher stress concentrations. These findings confirm that the welding start position significantly influences residual stress behavior in inverter housings and provide fundamental insights for developing residual stress control strategies in FSW of large-scale components.

본 연구는 Abaqus/Explicit을 이용한 GFRP 볼트의 체결 거동을 해석적으로 평가하고, 마찰계수(0.15, 0.175, 0.20)와 제 조공법(Pultrusion, Filament Winding)이 손상 개시에 미치는 영향을 분석하였다. 손상 개시는 Hashin 파손 지수 중 하나라도 1 이상이 되는 시점으로 정의하였다. Pultrusion 볼트는 모든 조건에서 수지의 인장으로 손상이 개시되었고, 마찰계수가 증가할수록 개시 시간은 감소하였다(0.8369초, 0.6564초, 0.4998초). Filament Winding 볼트는 손상 개시 시간이 마찰계수에 상대적으로 둔감 (0.5143–0.6026초)한 반면, 인장 관련 지수는 마찰계수 증가에 따라 상승하여 0.175에서 최대를 보였다. 마찰계수 0.15에서는 두 공법 모두 수지의 인장으로 손상이 개시되며 Filament Winding이 Pultrusion보다 더 이르게 개시하였다. 0.175에서는 Filament Winding의 손상이 다소 빠르게 개시하였으나 섬유-인장 지수가 1에 도달하였을 때, 수지-인장, 수지-압축에 대한 지수가 1에 근접하 는 양상이 나타났다. 0.20에서는 두 공법 모두 수지의 인장으로 손상이 개시되며 Pultrusion이 소폭 더 빨랐다. 응력–시간 그래프에서 Pultrusion은 횡방향 인장 상승과 면내 전단의 결합에 좌우되고, Filament Winding은 전단 지배 거동이며 마찰계수에 따라 손상 거동이 전환될 수 있음을 보여준다. 이러한 결과는 마찰 관리와 나사산의 구조가 GFRP 체결부 신뢰성의 핵심 설계 변수임을 시사하며, 예정된 실 규모 체결력 실험으로 시뮬레이션을 검증⋅보정할 계획이다.

This study presents the results of compression, drop impact, and vibration durability analyses conducted to evaluate the mechanical reliability of Battery Pack Cases (BPCs) in electric vehicle (EV) systems. BPCs are essential structural components that must endure compressive loads, impact forces, and vibrational fatigue. Finite Element Analysis (FEA) was applied to a representative BPC model to assess deformation, impact resistance, and vibration endurance. The results indicate that the BPC maintained integrity within yield strength limits under compressive loading and effectively absorbed energy under drop impact. Furthermore, Power Spectral Density (PSD) analysis identified stress concentration regions, providing insights for structural optimization. Overall, the findings support the development of lightweight and reliable BPC designs for advanced EV applications.

This study investigates the vibration characteristics of an aluminum subframe for small and high-speed vessels through modal and resonance analysis using the finite element method (FEM). Due to the low stiffness and damping of aluminum, concerns arise over structural resonance and fatigue. A 3D model based on actual design drawings was analyzed to extract six natural frequencies and corresponding mode shapes. Significant deformation was observed in the first and second modes (90.65 Hz, 110.60 Hz), which may overlap with operational frequencies. The fifth mode (263.70 Hz) showed high amplitude with Y-axis concentration, indicating lateral resonance vulnerability. Deformation ratios were used to identify dominant vibrational directions. Based on the findings, design strategies such as structural reinforcement, RPM adjustment, and damping device application were proposed to improve vibration safety in the early design stage.

In this study, structural analysis was performed to select the optimal design shape through failure identification and design changes in turbine housing. Damage in the inlet flange is considered to be high cycle fatigue due to the vibration excitation in the engine full load test. Therefore, the FE analyses were performed natural vibration analysis and frequency response analysis for the initial shape and design change models. The stress magnitudes were obtained as a function of frequency through frequency response analysis according to engine vibration excitation. As a result, the dynamic stiffness of Case (1) increased by approximately 3.6% compared to the initial model, and Case (2) increased by 4.6%. In addition, the stress magnitude was greatly reduced in the design improvement. Therefore, the model with only the flange thickness increased is thought to be optimal design for securing the durability of the turbine housing.

In apartment buildings in Korea, irregular walls, such as T-, L-, and U-shaped walls, are commonly used. However, in practical design, the geometric irregularities of walls are often neglected when determining the length of the lateral confinement region. Further, although earthquake loads apply from various directions, the lateral confinement region is typically determined for the in-plane direction of the web. Thus, using finite element analysis, this study investigated the structural performance of irregular walls subjected to various loading directions. As the design parameters, wall shape, cross-sectional aspect ratio, and loading direction were addressed. According to the parametric analysis results, as the length of flange in tension increased, the lateral confinement region should be evaluated with consideration of the geometric irregularity. Further, for the L- and U-shaped walls, it is recommended to evaluate the lateral confinement region for various loading directions. Based on these results, a design method to determine the lateral confinement region of irregular walls was suggested.

The purpose of this study is to evaluate by experiments and 3-D finite element predictions of strain-hardening cementitious composite(SHCC) structural walls. The specimen of concrete wall used shear reinforcements to satisfy with design shear strength, while the specimen of a SHCC wall used minimum shear reinforcement. The finite element prediction is based on the total strain crack model, and appropriate tensile models were applied according to the material characteristics of concrete and SHCC. The accuracy of the finite element prediction was verified by comparison with experimental results, and the SHCC wall showed superior structural performances in overall load-carrying capacity as well as in reductions of damages caused by crack localizations, even with minimum use of shear reinforcements.

This study proposes an improved method for updating finite element models (FEM) by incorporating the random field characteristics of concrete material properties in reinforced concrete structures. Traditional FEM often assumes homogeneous material properties, which can lead to significant discrepancies between predicted and actual dynamic responses, especially in structures where the Young’s modulus (E) of concrete varies due to factors like curing conditions, material composition, and construction methods. We employed a Gaussian random field model and a system identification (SI) technique to address this limitation to optimize sensor placement. We developed an FEM updating method that incorporates the spatial variability of concrete elasticity. This optimization allowed for a more accurate capture of dynamic properties across various structural locations, resulting in FEM updates that reflect concrete’s inherent heterogeneity. The proposed method was validated through numerical examples, comparing dynamic response accuracy in models before and after updating. Results demonstrated that error values, measured in terms of maximum value error and normalized root mean squared Error (NRMSE), were significantly reduced in the updated models compared to the pre-update model. This approach effectively addresses the limitations of homogeneous assumptions in FEM.

Our study develops a finite element analysis (FEA) model to evaluate the seismic performance of a two-story reinforced concrete (RC) school building and validates it through experiments. We developed a methodology that reflects failure modes from past experiments and validated it by comparing results at both the member (columns) and system (beam-column joints) levels. We created an FEA model for seismic-vulnerable RC moment frames using this methodology. This model incorporates bond-slip effects using three methods: Merged Nodes, Constrained Beam in Solid Penalty (CBISP), and Constrained Beam in Solid Friction (CBISF), which model the interaction between reinforcement and concrete. The approach provides a reliable tool for evaluating seismic performance and improves the accuracy of reinforced concrete frame evaluations.

이 연구는 다목적 선박(MPV)의 공기역학적 구조물 설계, 분석 및 향상을 통해 그린 워터 압력에 의한 구조적 안전을 보장하고, 탈탄소화 및 에너지 효율성에 이바지하는 방법을 기술하였다. 유한 요소 분석(FEA)을 통한 초기 평가에서 좌굴 발생에 대한 잠재적인 취약점 이 있음을 확인하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해 보강재(Carling stiffener)와 두께 증가를 통하여 응력을 재분배하고 국부적인 좌굴 발생의 위험을 최소화하였다. 보강 후 분석 결과, 한국선급(KR)의 안전 기준인 항복 강도, 미국 선급(ABS) 좌굴 강도 및 노르웨이 표준(NORSOK) 변 위 기준을 모두 충족하는 것이 확인되었다. 결과적으로 고유치 좌굴 해석 결과가 안전 기준을 초과하고 최대 변위가 허용 한계 내에 있는 등 중요한 개선이 이루어졌다. 이러한 개선은 극한의 해양 조건에서 운영 신뢰성을 보장할 수 있다. 이 연구는 공기역학적 항력 감소와 구조적 안전성의 이중적인 이점을 강조하며, 국제 해사 기구(IMO)의 2050 탈탄소화 목표에 부합하는 연료 효율성 및 온실가스 배출 감소에 이바지할 수 있다. 연구 결과는 다양한 선박 유형에 걸쳐 항력 감소 기술을 확장하기 위한 기초 자료를 제공하며, 지속 가능하고 탄력적인 해양 운영을 위한 대안을 제시하였다. 향후 연구는 구조적 안전 평가를 가속할 수 있는 단순화된 모델링 기술 개발에 집중할 것이다.

본 연구에서는 반복 하중에 의한 철근 및 GFRP로 보강된 교각 기둥부의 비선형 거동을 수치해석적으로 모사하기 위하여 Parabolic 함수와 Weibull 함수가 적용된 콘크리트 손상 소성모델 및 운동학적 경화모델을 적용하였다. 3차원 유한요소 모델링을 구현하였으며, 고속도로용 교각 기둥부의 실제 설계 제원을 기반으로 GFRP 보강근의 축방향 배근 개수를 변화하였을 때 하중-변위 곡선 및 포락선을 도출하여 각 변수해석 결과를 비교 분석하였다. 본 연구의 수치해석 결과로부터, 교각 기둥부와 같은 압축부재에 기존의 국외기준에서 GFRP 보강근의 압축성능이 무시된 것은 보수적이고 과다한 설계로 판단되며, 본 연구결과는 GFRP 보강근의 압축부 설계에 대한 가이드라인이 될 수 있을 것으로 기대된다.

대한민국에 인접한 일본은 2024년 8월 규슈의 미야자키현에서 규모 7.1에 달하는 지진이 발생하고 일본 정부에서 ‘거대 지 진 주의보’를 발령할 만큼 많은 지진이 일어나고 있다. 이와 같이 지진에 대한 대비책으로 많은 내진설계가 대두되고 있지만 고층 구 조가 다량 분포한 대한민국에서는 제진구조가 내진설계에 적합하다. 따라서 본 연구에서는 편심가새골조에 아치구조를 대입한 쌍타원 형 가새를 제안한다. 쌍타원형 가새는 구조물을 연성구조로 최적화하며 아치구조가 적용되어 가새의 파단도 줄일 수 있을 것으로 기대 된다. 이에 대한 특성을 평가하기 위해 유한요소해석을 수행하였으며 아치를 형성하는 타원의 이심률을 변수로 두어 11가지 종류의 쌍 타원형 가새를 모델링하였다. 이후 힘-변위그래프, 최대하중, 에너지소산과 같은 결과를 도출하여 쌍타원형 가새의 특성을 평가하였다. 이를 통해 쌍타원형 가새가 적용되는 빔의 안정성을 고려하고 적용하면 구조물을 안전하게 지진으로부터 보호할 수 있을 것으로 기대 되었다.

Recently, high-rise residential buildings in Korea have adopted slender shear walls with irregular section shapes, such as T-shape, H-shape, and C-shape. In the seismic design of the slender shear walls, the transverse reinforcement for lateral confinement should be provided in the boundary elements to increase deformation capacity and subsequent ductility. However, in practice, the irregularity of the shear walls is not adequately considered, and the lateral confinement region is calculated for the rectangular wall segments. This study investigated the proper design method for lateral confinement regions using finite element analysis. The lateral confinement region was considered in analysis for two cases: 1) as a typical rectangular wall segment and 2) as an irregular wall. When the irregularity of the walls was considered, the compression zone depth was increased because the vertical reinforcement in the flange was addressed. The effect of lateral confinement design methods on the structural performance of the walls was directly compared under various design parameters, including the length of the flange, concrete compressive strength, vertical rebar layout, axial load ratio, and loading direction. According to the results of the parametric analysis, the peak strength and deformation capacity could be significantly increased when the lateral confinement region was calculated based on irregularly shaped walls, regardless of the design parameters. In addition, the effective compression zone was located within the lateral confinement region. Thus, it is recommended that the lateral confinement region of T-shaped walls is calculated by addressing the irregularity of the walls.