비선형 유한요소해석 결과를 이용하여 철근콘크리트 부재를 설계를 하고자 할 경우 위험단면에서의 휨모멘트를 산정하여 야 한다. 본 논문에서는 연속체 요소를 사용한 철근콘크리트 유한요소해석 결과를 이용한 휨 모멘트 계산식을 제시하고 유한요소의 변위 함수의 차수에 따른 최적의 요소 크기를 제안하였다. 해석으로부터 산출된 응력을 적분하여 구한 휨 모멘트 와 정역학적 평형 조건을 이용하여 계산한 휨 모멘트를 비교하였다. 응력을 적분하는 방법에서는 철근에 의한 응력과 콘크 리트의 응력을 모두 고려하였다. 또한 유한요소해석으로 산출된 응력의 정확도에 영향을 주는 여러 요인들을 분석하고 적용 요소의 변위 함수와 요소 크기를 다르게 설정하여 그 영향을 확인하였다. 해석의 목적이 부재의 거동을 대략적으로 살펴보 는 목적이라면 1차 변위 함수를 사용하고 요소 크기가 해석 모델의 단면 높이의 25%정도라도 적절하다고 판단된다. 정확도가 높은 부재의 내력을 도출해야 할 경우에는 2차 변위 함수를 사용하고 요소 크기를 12.5%로 할 것을 제안한다.

본 논문에서는 고차미분 연속성을 가지는 형상함수에 기초하여 오일러-베르누이 보 유한요소모델을 정식화하였으며, 다 양한 경계조건들에 대하여 그 성능을 평가하였다. 이러한 유한요소 모델들은 새로이 개발되는 고차 보 이론들과 논로컬 탄 성이론에 기초한 보 이론들의 유한요소해석에 필요하다. 그러나 고차 연속성을 가지는 유한요소에 대한 성능평가는 문헌에 서 찾아보기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 C2 및 C3 두 종류의 고차 유한요소들을 정식화하여 외팔보, 단순지지, 고정-힌 지 등의 경계조건들을 적용하고 정적해석을 수행하였다. 고전적인 경계조건들 이외에도 고차 경계조건들이 보의 거동에 미 치는 영향을 비교분석하였다. 경계조건에 따라서는 처짐의 미분 값들이 경계주변에서 진동하는 현상이 관찰되었으며, 이는 기하학적 경계조건들에 대하여 뚜렷이 나타난다. 특히 고정단과 같은 경계에서의 변위의 고차미분 조건은 이러한 불안정한 현상을 유발한다. 본 연구에서 얻어진 결과들은 고차 미분 연속성을 가지는 유한요소 이용에 가이드라인으로서 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

스폿 용접 접합의 삼차원 모델링을 위하여 강한 불연속이 내장된 유한요소를 사용하였다. 스폿 용접의 기하학적 형상을 유한요소망 대신 요소에 내장된 불연속 면에서의 특수한 응집 법칙을 이용하여 표현하였다. 이를 통하여 기존의 적응적 유 한요소망을 이용하는 접근법과 달리 스폿 용접의 국부적인 형상에 독립적인 유한요소망을 구성할 수 있다. 또한, 스폿 용접 의 형상을 명시적으로 고려하여 모델링함으로써 기존의 점 구속조건을 이용하는 접근법과 달리 망 독립적인 해를 얻을 수 있다.

강화재의 복잡한 배열로 인하여 복합재 구조에 대한 유한요소 모델링은 상당히 까다로운 문제가 될 수 있다. 본 논문에서는 복합재 구조에 대하여 효율적으로 주기 격자망을 생성시킬 수 있는 기법을 제안한다. 먼저 육면체 유한요소로 구성된 규칙적인 격자망을 준비하고, 이를 복합재 내의 강화재에 대한 표면 정보에 맞추어 깎아낸다. 강화재와 기지재 사이에서 깎여진 육면체 유한요소는 임의의 절점과 면을 가질 수 있는 다면체 유한요소에 해당한다. 일관된 알고리즘을 이용하여 육면체 유한요소를 깎아내기 때문에 강화재와 기지재 사이의 요소는 자동적으로 적합한 형태로 구성된다. 또한 대표체적영역 내에서 강화재의 주기성을 추가적으로 고려하면, 대표체적영역에 대한 각각의 주기 경계 쌍에서 절점과 요소의 형태가 모두 일치하는 주기 격자망을 효율적으로 생성시킬 수 있다. 그러므로 별도의 처리 없이 대표체적영역에 주기 경계조건을 부여할 수 있다. 수치예제에서는 본 논문에서 제안한 기법의 효용성을 검증한다.

본 연구에서는 다면체 요소의 개발을 위하여 Wachspress 좌표계와 이동최소자승 근사를 기반으로하는 형상함수와 수치적분 방법을 제시하고 있다. 사면체 요소를 사면체 영역으로 분할하여 형상함수가 구성이 되고 이 영역을 사용한 일관성있는 수치적분이 수행되게 된다. 다면체 요소 면에서 Wachspress 좌표계를 사용하고 요소 내부에서 라플라스 방정식을 적용하여 이동최소자승 근사의 가중함수를 정의하게 된다. 본 연구에서 개발되는 다면체 요소의 형상함수와 수치적분 방법은 일반적인 유한요소와 유사한 특성을 갖게 되는데 수치 예제를 통하여 유효성을 보여주었다.

본 연구에서는 이동최소제곱 다절점 유한요소를 이용한 새로운 전역-국부해석기법을 제시하였다. 다절점 유한요소는 요소의 변에 임의의 수 절점을 가질 수 있으므로, 여러 개의 유한요소를 요소망의 재구성 없이 동시적으로 결합시킬 수 있다. 이는 응력구배가 집중되는 곳에 유한요소망을 구성하는 데에 있어 큰 편의를 제공한다. 또한 기존의 전역-국부해석기법처럼 중첩된 요소망을 사용하거나, 지배방정식을 두 번 해석할 필요가 없기 때문에 매우 간편하고 정확하다. 제시된 방법론의 성능을 검증하기 위해 응력 집중과 관련된 다양한 다중스케일 문제를 해석하였다.

본 논문에서는 적응적 h-유한요소 세분화에 의한 박스형 절판 구조물의 선형좌굴 유한요소해석법을 제안한다. 면내회전 자유도를 갖는 변절점 평판쉘유한요소를 사용하여 유한요소의 거동을 개선하고 6자유도를 갖는 다른 유한요소와의 자유도의 연결을 용이하게 한다. 이와 같이 개발된 평판쉘유한요소에 의하여 박스형 절판구조물의 정확한 구조해석이 가능한데, 변절점유한요소를 정식화함으로써 적응적 h-유한요소 세분화시에 발생하는 다른 패턴의 사각형 유한요소 세분화망의 연결을 용이하게 해결한다. 오차평가에 대한 개선된 응력장을 얻기 위하여 상위수렴 조각회복법을 적용한다. 이와 같이 상위수렴 조각회복법에 의한 개선된 응력장에 의하여 구성된 유한요소 세분화망을 이용하여 좌굴하중과 좌굴모드를 자동적으로 구할 수 있도록 한다.

본 논문에서는 유연체 동역학해석을 위하여 유한회전을 표현하는데 있어, 4원법의 대수학적인 표현을 도입하여 운동방정식이 에너지보존 조건을 만족하도록 이산화된 에너지 평형식으로 정식화되었다. 여기서 사용된 유한회전의 4원법은 로드리게스 매개변수를 이용하도록 하였으며, 구속력에 대한 일이 제거되도록 하였다. 수치해석의 예를 통하여 제안된 방법이 사다리꼴 방법과 비교할 때 비선형 문제에서도 무조건적으로 안정조건을 보장함을 검증하였으며, 향후 유연한 관절로 연결된 3차원 유연다물체에 대한 동역학 해석을 확장할 수 있는 토대를 마련하였다.

차량 충돌시 자동차의 시트는 승객 및 운전자를 보호해야 한다. 따라서 자동차시트는 충분한 강도를 가져야 하며 이것은 여러 가지 법규에 의해서 제재되고 있다. 물리적 실험 결과가 법규에 정한 규정치를 만족시키기 위해 과대설계 될 수 있다. 그러나 이것은 연비를 줄이기 위한 경량화의 만족이라는 설계요구에 상충한다. 본 논문에서는 헤드레스트 강도시험을 시뮬레이션하고 과대 설계되어 있다고 판단되는 어퍼암을 최적화 모델로 최적설계를 수행하였다. 순차 이차 계획법인 PLBA 알고리즘과 민감도 해석을 위하여 직접근사해석법을 사용하였다.

본 연구에서는 지하철구조물, 터널구조물 및 제방 등과 같은 2차원 지반-구조계의 지진응답해석을 위한 주파수영역 동적해석법을 제시하였다. 제시한 방법에서는 구조물과 구조물 주변 근역지반은 유한요소를 이용하고 원역지반은 주파수종속 동적무한요소를 이용하여 모형화하였다. 지진입력은 입력지진파를 수직으로 입사하는 P-파와 SV-파로 가정하여 자유장응답을 구하였으며 외부고정경계법을 적용하여 등가지진하중을 산정하였다. 본 연구기법의 검증을 위하여, 층상 자유장지반과 균질 반무한지반에 매입된 원동형 공동에 대하여 지진응답을 수행하였다. 이들을 다른 기법에 의한 해와 비교한 결과, 본 연구의 기법이 매우 정확함을 알 수 있었다. 마지막으로 지하철 역사의 지진응답해석 예제를 제시하여 본 연구의 적용성을 보였다.

지하터널은 그 경계가 반무한영역에서 설정되고 재료나 형상의 복잡성을 갖고 있기 때문에, 동적하중에 대하여 정확한 거동을 해석하기 위해서는 3차원 동적해석이 필요하다. 이때 일반적인 수치해석기법인 유한요소만을 이용한 방법은 인위적 경계에서의 파의 반사, 입력자료의 방대함 등으로 인하여 효율적이지 못하게 된다. 본 연구는 이러한 점을 고려하여 지하터널에 직접 가해지는 동적하중에 대한 효율적인 해석기법을 개발하는데 그 목적이 있다. 개발된 프로그램에서 지반의 반무한성은 3차원 경계요소로 고려되었으며, 구조물에는 3차원 동적해석을 수행한 결과 기존의 2차원 터널해석에서 고려가 곤란했던 차량의 진행하중으로 인한 반복효과가 합리적으로 반영되는 것으로 분석되었다.

본 연구는 拉列햇톰훨 .i훌빼의 훌훌훌B分의 효율적인 有限훌素흙析을 위한 보-윷換훌素 및 윷~部分의 요 소를 제시하고자 한다. 먼저 보-윷~훌훌는 보요소와 벽체요소사이의 변형 및 힘의 狗東條件을 근거로하여 보의 기본적인 거동을 동일하게 유지하면서 平面應力훌素의 개념으로 대치된 유사보요소로 간주될 수 있으 며， 이는 뺏뺏部分에서의 보요소와 벽체요소사이의 서로 다른 自由度에 기인한 윷形의 不홉음性을 합리척으 로 해결해준다. 또한 보-윷뺏훌素와 직접 연결되는 윷換部分의 요소는 보-뺑換훌素의 경우와 동일한 狗束 條件이 적용됩으로써 윷~部分에 대한 효율적인 훌훌分훌j方훗을 제시해 준다. 이와 같이 본 연구에서 제시된 요소들은 기본적으로 i호 flJ Ji lfli훌 _i훌~ 뿐만아니라 보요소와 벽체요소의 相효作用이 고려되는 모든 구조물 에 효율적으로 활용될 수 있다.

볼트 접합부의 정확한 해석을 위하여 접합 요소와 볼트 요소 및 쉘 요소를 사용한 방법을 개발하였다. 접합면을 단순하게 이상화시키는 접합 요소와 장력을 갖는 볼트 요소를 도입하였고, 전체적인 계산과정은 2단계, 즉 제안된 방법에 의한 초기 강성의 결정과 뉴턴-랩슨법에 근거하는 호장법을 이용한 비선형 거동의 추적으로 구분하여 행함으로써 계산의 효율성을 증대시켰다. 앵글을 사용한 반강접 접합부와 모멘트 판을 사용한 접합부를 해석하여 기존 실험 및 해석과 비교함으로써 제안한 방법의 정확성과 적용성을 입증하였다. 또한 볼트 접합부의 정확한 해석을 위해서는 접합면에서 발생하는 미끄럼짐의 고려가 반드시 필요하며 접합부를 구성하는 판재의 3차원적인 변형의 해석도 무시할 수 없는 역할을 하는 사실을 보여주었다.

본 연구에서는 쉘구조물의 해석을 위한 개선된 degenerated 쉘유한요소를 제시하였다. 본 연구의 개선된 degenerated 쉘요소는 shear locking 해결에 우수한 결과를 보인 가정된 전단변형도를 사용하고, membrane locking 현상을 제거하기 위해 평면내 변형도의 구성시 감차적분을 행하며, 쉘요소자체의 거동을 보완하기위해 비적합 변위형을 선택적으로 추가하였다. 본 요소는 기존 degenerated 요소계열에서 가장 큰 문제점중의 하나인 locking 현상과 전달가능한 거짓영에너지모드가 발생하지 않으며, 조각시험도 통과한다. 본 개선된 쉘요소의 거동을 알아보기위해 다수의 예제시험을 행하였다. 수치시험결과 본 요소는 빠른 수렴성과 안정성을 보여준다.

본 논문에서는 경계요소법과 비선형 유한요소법의 각 장점을 이용하여 반무한 영역을 가진 구조체의 해석방법을 논하였다. 여기서, 반무한 경계요소는 Melan의 반무한 평면에 대한 해로부터 구성하였다. 비선형 유한요소는 지하구조물에서 주로 접할 수 있는 탄소성 재료의 비균질성 또는 불규칙성을 모형화하기 위하여 사용하였다. 본 조합방법의 검증을 위하여 얕은 터널에 일정한 내압이 작용하는 경우를 택하여, 비선형 유한요소법과 조합방법의 결과를 비교하였다. 비교결과, 개발된 조합방법이 다른 해석방법에 비해 충분한 정확도를 가짐을 알 수 있었다.

이 연구에서는 새로운 웰要素分解의 方法을 定立하고， 이에 의거하여 간단하고， 효율성이 높고， 普遍性 이 큰 웰 有限要素룹 개발하고자 하였다. 實際의 要素는 廠念的인 Translational Element 와 Difference Element 로 分解되며， 要素의 영알f立벼힘훌t는 이 두 成分要-素의 變{立며힘~를 결합하여 얻는다. 要素分解의 基#ζ假定블 단리 함에 따라서 세 가지 의 基本形要素에 도달헬 수 있다 基本形要素칠 보완하여 Locking現像을 제가하고 수렴성을 높히는 방안으로서 減훌積分， 內部自有度의 追加및 Mixed Fomulation을 검토하였으며， 要素의 Spurious Mode를 힘j뼈하는 방법을 고안하였다. 혔植 分析을 통해서 要素의 有效性과 했率性을 검정하였다.

본 연구의 목적은 하도의 형상이 불규칙한 자연하천에서 2차원 흐름 특성을 해석하고 예측하기 위해 2차 요소를 이용한 정확하고 효과적인 상향가중 유한요소모형의 개발에 있다. 모형의 개발을 위해 선형 삼각형 요소, 선형 사각형 요소와 혼합요소를 적용하였고 2차 삼각형, 사각형 요소와 혼합요소를 적용하여 모형을 개발하였으며, 지배방정식의 수치적분식으로 Gauss Quadrature 방법을 사용하였다. 개발된 모형의 적용성 검증을 위해 하상융기가 있는 수로,