본 연구에서는 내연적 시간적분법과 비선형 정적해석에서 발생하는 선형 시스템을 효율적으로 해결하기 위한 자체 솔버 프로그램 을 개발하고 이를 평가하였다. 희소행렬 연산에 유용한 반복법과 전처리기(preconditioner) 알고리즘을 구현하였으며, 자체 개발을 통 해 프로그램 코드의 수정 및 활용을 용이하게 하였다. 또한 메모리 사용량 절감 및 계산 효율성 향상을 위해 CSR(compressed sparse row) 형식 기반의 행렬 및 벡터 연산을 구현하였다. 개발된 솔버 성능 검증을 위해 Voronoi-cell 격자 모델 기반 선형시스템을 대상으 로 개별 반복법 알고리즘을 적용하였다. 아울러 선형/비선형 정적 구조 거동을 모두 고려하여 관련 대칭/비대칭 시스템 행렬을 도출 하고 이를 활용하였다. 보의 처짐 문제를 대상으로 각 반복법의 결과를 수렴성, 계산 시간, 행렬의 대칭성 및 크기에 따라 비교 분석하 였다. 이를 통해 자체 개발한 반복법 솔버의 수치적 성능을 검증하였고 내연적 구조해석 등에 수반되는 선형 시스템의 근사해 계산에 개발 코드를 효과적으로 활용할 수 있음을 확인하였다.

구조물의 진동에 의해 유발되는 사용성, 안정성 저하를 방지하고, 성능을 개선하기 위하여 많은 진동제어시스템이 사용되어 왔다. 제어기 설계가 H2-norm, H∞-norm 으로 분리되어 독립적으로 이루어지다가 LMI 기법에 의하여 보다 효율적인 제어기 설계가 가능하게 되었다. 본 연구에서는 관심지점의 구조물 응답을 특정한 값 이하로 보장한 상태에서 제진장치 구동에 필요한 변수를 최소 화하는 제어알고리듬을 개발하여 능동형뿐만 아니라 수동형제진장치에도 적용하는 방안을 제시하였다. 관심지점의 구조물 응답의 제한은 요구 등가감쇠비와 H∞-norm을 연계하여 구속조건으로 설정하고 목적함수는 제진장치의 이송거리 또는 댐퍼 용량은 H2-norm으 로 표현하는 혼합제어를 구성하였다. 본 연구에서 제안된 혼합제어 기법을 능동질량감쇠기와 등가치환 점탄성 댐퍼가 설치된 구조물에 적용하여 수치적으로 검증하였다. 수치해석결과, 혼합제어문제를 LMI표준형으로 전환하면 능동형, 수동형 제진장치 설계를 보다 용이하게 적용 가능함을 알 수 있었다.

불확실성을 가지는 하중의 변동성을 고려한 구조제어시스템의 최적설계방법에 관하여 연구하였다. 일반적인 제어시스템의 설계 문제가 구조물과 제어시스템간의 상호작용 고려하여 구조-제어 시스템을 최적화이나, 이 연구에서는 하중-구조물-제어 시스템간의 상호작용에 대한 최적설계방법에 관하여 다루었다. 구조물의 응답을 최대화하는 하중과, 이를 최소화하는 구조제어시스템을 동시에 구하는 최대-최소문제(Min-max Problem)를 정식화하고, 최적설계변수를 효율적으로 찾는 방법으로 병렬진화 알고리즘을 이용하여 불확실성이 존재하는 선형구조제어시스템의 최적설계방법을 제시하였다. 지진하중을 받는 구조물의 제진시스템 설계 예 및 수치해석을 통하여 연구한 방법의 타당성을 검증하였다.

  Ultra-high voltage transformer industry has characteristic of small quantity batch production system by other order processing unlike general mass production systems. In this industry, observance of time deadline is very important in market competitive

이 연구에서는 인접한 두 빌딩의 진동제어를 위한 방법으로 선형 점성 감쇠기의 위치별 용량의 최적설계방법을 제시하고자 한다. 기존 연구들에서는 감쇠기의 균등분포 또는 층별 감쇠비의 민감도에 비례하는 분포의 가정 하에서의 준최적(suboptimal) 설계문제를 다룬 반면, 이 연구에서는 감쇠기의 위치별 용량을 독립적인 설계인자로 고려함으로써 전역 최적해를 결정하는 최적화기법을 다루었다. 이를 위하여 넓은 영역에서 다수의 설계변수를 효율적으로 검색할 수 있는 유전자 알고리즘(genetic algorithm)을 도입하였으며, 제어 성능 및 감쇠용량에 대한 목적함수의 정의를 달리함으로써 얻어지는 여러 최적설계 결과를 상호 비교하여 보다 최적의 해를 구할 수 있는 목적함수를 정립하였다. 기존 연구결과와의 제어성능 및 감쇠용량의 비교를 통하여 제시하는 방법의 효율성을 검증하였다. 아울러 서로 상이한 주파수 성분을 띄는 실제 역사지진에 대한 시간이력해석을 통하여 제시하는 방법이 인접 구조물의 효과적인 제진설계방법이 될 수 있음을 입증하였다.

이 논문에서는 서로 다른층 높이를 갖는 인접한 두 빌딩의 내진성능을 효율적으로 향상시킬 수 있는 선형 점성 감쇠기의 최적 설계방법을 제시하고자 한다. 이를 위하여 층간 대각 브레이싱 형태의 에너지 소산장치 연결방법과 인접 구조물간 에너지 소산장치 연결방법을 고려하였으며, 두 가지 연결방법을 적용한 시스템에 대한 감쇠용량별 주파수응답함수 비교를 통하여 구조물간 연결방법의 효율성을 확인하였다. 아울러 구조물간 연결방법에서 주파수응답함수를 최소화하는 최적 감쇠용량이 존재하는 것을 보이고, 최적 설계된 시스템에 대하여 감쇠용량별 구조물의 고유주파수 및 등가감쇠비의 민감도를 분석하였다. 민감도 분석 결과로부터 고층부에 설치되는 에너지 소산장치가 구조물의 등가 감쇠비를 효율적으로 증가시키는 것을 확인하였다. 따라서 민감도에 비례하는 새로운 감쇠기 설계방법을 제시하고, 대각 브레이싱 연결방법과 구조물간 연결로서 균등분포 및 제시하는 민감도 기반 분포에 따른 연결방법을 적용한 시스템들의 내진성능을 비교 분석하였다. 지진응답의 비교결과, 제시하는 방법이 인접 구조물의 효과적인 내진설계방법이 될 수 있음을 입증하였다.

In this study, equivalent linear damping and stiffness of a single-degree-of-freedom(SDOF) structure with a rotational friction damper are estimated using the result of experiments and compared with those obtained from non-linear time history analyses. First, the transfer function of the test model is constructed and then the equivalent stiffness and damping are calculated, using the half-power bandwidth (HPB) method. For comparative study, those properties are estimated based on stochastic theory in the time domain. Both equivalent linear systems identified from experiments and numerical analyses correspond well. Further, it is observed that there exists an optimal clamping force on the rotational friction damper from estimated equivalent damping.

This paper presents equivalent linear system for 76-story benchmark building with nonlinear tuned liquid column damper (TLCD). The response characteristic of benchmark building for the deterministic wind loads is investigated. And then, the equivalent linear system is obtained first in terms of equivalent linear damping and second in terms of equivalent single degree of freedom system. Numerical results show that these equivalent linear systems can almost exactly predict the controlled structural responses when compared with the nonlinear TLCD system. Finally, an equation for estimating the peak response of structure subjected to harmonic load is derived. This equation does not require any iteration process which is essential in the analysis using equivalent linear system for TLCD.

본 연구에서는 추계론적 동적시스템의 응답거동을 예측할 수 있는 반해석적 절차를 개발하였으며, 이를 이용하여 구분적선형시스템의 동적거동특성을 확률적 영역에서 분석하였다. 반 해석적 절차는 시스템의 추계론적 미분방정식에 상응하는 Fokker-Planck 방정식을 path-integral solotion을 이용하여 풂으로써 구할 수 있다. 결합확률밀도함수의 시간에 따른 전개과정을 통하여 시스템의 동적 응답거동 특성의 예측과 분석을 하고 시스템의 거동에 미치는 외부노이즈의 영향 또한 조사하였다. 반 해석적 방법은 위상면 상에서 결합확률밀도 함수를 통하여 응답거동의 예측은 물론 거동특성에 대하여 적절한 정보를 제공하는 것을 밝혔다. 혼돈거동의 특성은 외부노이즈가 존재하는 상황에서도 시스템의 응답 안에 잔재하는 것을 밝혔다.

해양계선시스템(offshore mooring system)의 거동을 구분적선형시스템(piecewise-linear system)을 이용하여 분석하였다. 계선시스템의 복원력을 유도하고 거기에 상응하는 근사치 구분적선형시스템의 복원력을 구하여 두 시스템의 복원력을 비교하였다. 다양한 파력 하에서의 계선시스템의 응답거동을 분석하였다. 시스템의 비선형정도 및 매개변수의 영향에 대하여 집중적으로 연구하였다. 시스템의 응답거동의 특성은 포인케어맵(Poincare map)을 통하여 확인하였다. 구분적선형시스템을 이용하여 분석한 결과, 계선시스템은 일반 조화, 열조화 및 복잡한 비선형거동인 chaos를 포함한 다양한 응답거동을 갖음을 알아냈다. 여러 값의 매개변수를 적용하여 시스템의 응답거동에 미치는 영향을 알아냈으며, 매개변수지도를 통하여 응답거동의 영역을 확인하였다.

랜덤하중 하에서의 구분적선형시스템이 갖는 노이즈의 영향으로 인해 그 특성이 많이 감소되거나 소멸된 응답거동으로부터 chaos거동을 검출하는 방법을 개발, 분석하였다. 해양에서 구조물이 받는 파력은 결정론적이 아닌 추계론적이다. 바람, 파도 그리고 조류 등에 의한 파력은 유한도의 랜던성을 갖으며, 이러한 파력은 지배적인 조화가진하중과 정규 백색노이즈를 더함으로써 표현할 수 있다. 외적 동요를 받는 시스템의 응답거동은 그 거동이 방해를 받으며, 이로 인해 chaos응답거동을 확인하기가 어려우며, 그 거동의 특성이 일반적인 랜덤거동과 다를 바가 없다. 이러한 경우, 평균 포인케어맵을 이용하여 랜덤노이즈에 의해 발견되지 않는 chaos응답거동을 식별할 수 있다. 본 연구에서는 직접수치시뮬레이션상에서 이러한 평균 포인케어맵을 만드는 방법을 개발하였으며, 얻어진 평균 포인케어맵의 적용범위에 대하여 분석하였다. 평균 포인케어맵은 노이즈가 포함된 조화가진하중을 받는 시스템의 chaos응답거동을 확인하는데 있어서 노이즈의 강도가 높을 때 일반적인 포인케어맵만으로는 놓칠 수 있는 chaos응답거동을 성공적으로 확인할 수 있음을 알아내었다. 또한 시스템의 응답거동에서 chaos의 특성이 완전히 사라지는 노이즈의 강도를 얻을 수 있음도 알아내었다.

대부분의 동적계는 기진력 및 계 인자들에 있어서 다양한 불확정 특성올 갖고 있다. 본 연구에서는 기진력의 불 확정성과 계 인자들의 불확정성을 모두 갖는 선형 동적계에 대한 웅답해석 과정을 제안하였다. 확률특성올 갖는 계 인자와 웅답은 섭동법에 의해 모델링되였으며， 웅답해석은 불규칙 진동 이론에 의하여 정식화 되었다 또한 제안된 웅답 모텔에 의해 계산되기 어려운 웅답의 평균에 대한 해석은 확률유한요소법을 사용하였다. 적용 예로서 정상 백색잡음 기진력을 받으며 불확정 질량과 스프링 상수를 갖는 1 자유도

이상과 같은 제어계의 구성방법으로 제어계를 설계할 경우에는 오차신호에 대한 PI제어기와 플란트의 상태피이드백을 아울러 행하는 제어계로 됨을 알 수 있으며, 또한 응답 시뮬레이션 결과로부터 알 수 있듯이 본 연구에서 제안하는 방법으로 제어기를 구성할 경우 양호한 제어가 가능하다. Fig.3의 플로우챠트의 그림에서 점선으로 표시된 실시간제어실험의 프로그램은 구성은 되어 있으나 실제로 실험을 행하지 못한 아쉬움이 있으며, 다음 기회에 이 부분의 실험도 행하고자 한다.

본 연구에서는 선형시스템 가정에 근거하여 하도구간에 대한 Muskingum 하도추적모형의 매개변수 결정방법을 제안하였다. 제안된 모형은 충주댐 유역에 적용되어 검토되었다. 추가적으로 영춘-충주댐 유역에 대해 총 7개의 호우사상을 대상으로 유출해석을 실시하고 그 결과를 검토하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 먼저, 유역분할에 의해 발생하는 하도의 집중시간 및 저류상수는 상류 분할유역과 상류 분할유역을 포함한 하류 유역의 집중시간 및 저류상수의 차로써 표현 가능하다. 이와 같은 방법으로 산정된 하도구간에서의 저류상수는 Muskingum 하도추적모형의 저류상수와 동일하며, 가중인자 역시 집중시간과 저류상수와의 비를 이용하여 간단히 산정할 수 있다. 둘째, Russel 계수와 Muskingum 모형의 가중인자는 서로 반비례 관계에 있으며 일반적으로 적용되고 있는 Russel 계수의 범위에 해당하는 가중인자의 범위는 0.4166-0.625이다. 마지막으로, 영춘-충주댐 구간을 대상으로 한 적용에서는 관측자료의 불확실성과 같은 한계에도 불구하고 제안된 방법의 유효성을 확인할 수 있었다.