This study investigated a bio-tensegrity structural system that combines the characteristics of a general tensegrity structural system with a biological system. The final research objective is to accomplish a changeability for the structural system as like the movement of the natural bio-system. In the study, we present a shape finding procedure for the two stage bio-tensegrity system model inspired by the movement pattern of animal backbone. The proposed system is allowing a dynamic movement by introducing the concept of “saddle” for the variable bio-tensegrity structure. Several shape finding analysis example and results are presented and shows a efficient validation and suitability.

쉘형 구조물은 외력에 대해 효과적으로 저항할 수 있어, 두께를 얇게하면서 대공간 구조물을 만들 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점은 구조형태에 크게 의존한다. 그러므로 많은 설계자들은 최적 형태를 설계에 반영하고자 하지만, 이는 간단치 않다. 지금까지 보다 최적의 형태를 얻기 위한 많은 기법들이 발표되어 왔고, 이들은 각각 장단점을 나타낸다. 본 논문에서는 최적의 곡면을 얻기 위해 기하학적 비선형을 고려한 유한요소법을 이용한 비교적 간단한 방법을 제안한다. 이러한 방법을 이용하여 다양한 쉘형 곡면에 적용하여 최적곡면을 얻고, 이를 비교한다.

There exists a structural problem for link structures in the unstable state. The primary characteristics of this problem are in the existence of rigid body displacements without strain, and in the possibility of the introduction of prestressing to change an unstable state into a stable state. When we make local linearized incremental equations in order to obtain knowledge about these unstable structures, the determinant of the coefficient matrices is zero, so that we face a numerically unstable situation. This is similar to the situation in the stability problem. To avoid such a difficult situation, in this paper a simple and straightforward method was presented by means of the generalized inverse for the numerical analysis of stability problem.

In this study, the 'force density method' for shape finding of cable net structures is presented. This concept is based on the force-length ratios or force densities which are defined for each branch of the net structures. This method renders a simple linear 'analytical form finding' possible. If the free choice of the force densities is restricted by further condition, the linear method is extended to a nonlinear one. The nonlinear one can be applied to the detailed computation of networks. In this paper, the general inverse matrix is introduced to solve the nonlinear equilibrium equation including Jacobian matrix which is rectangular matrix. Several examples for linear and nonlinear analysis applied additional constraints are presented. It is shown that the force density method is suitable for form finding of cable net and the general inverse matrix can be applied to solve the nonlinear equation without Lagrangian factors.

In general, the cutting pattern of the membrane structures is determined by dividing the complicated curved 3-D surface into several 2-D plane strip by using flattening technique. In this procedure, however, some discrepancies ore occurred between actual stresses of equilibrated state and designed uniform stresses because the material properties are not considered. These deviations can cause the critical structural problems, wrinkling or overstress, and thus a optimization process should be considered. In this paper, a new analytical method for determining an optimum cutting pattern considering material properties is presented. Here, iterative procedure is introduced to decrease the errors caused in numerical process. The optimization method proposed can diminish the deviations occurred by material properties and numerical errors, simultaneously. As a results, it is shown that the final stress distributions for the HP shell model are sufficiently near to design stress distributions, and it can be concluded that this method can be used to obtain the optimized cutting pattern of membrane structures.

막구조의 초기형상을 결정하기 위하여 막요소의 기하학적 비선형을 고려한 평형방정식을 유도하고, 등장력곡면(equally stressed surface)을 결정하기 위한 알고리즘을 정식화한다. 막구조는 대변형에 의한 기하학적 비선형성을 포함하고, 막구조의 특성상 초기장력에 의한 초기변형을 고려해야 하므로, 본 논문에서는 막구조와 같은 인장구조물의 비선형 수치해석을 수행하기 위한 해석기법으로써, 동적이완법(Dynamic Relaxation Method)에 대한 해석알고리즘을 적용하고, 이 방법에 의해 수행한 해석결과를 검토함으로써 막구조 해석에 적용 가능한 수치해석기법을 제시하고, 수치해석에 대한 예를 통해 본 해석법의 타당성을 검증한다.

케이블 구조물은 응력-변형도관계에서 비선형성이 강하고 대변위에 의해 기하학적 비선형이 도입되므로 해석이 복잡하다. 그러므로 케이블 구조물의 평형형태 탐색과 해석에 앞서 기하학적 비선형을 고려해야만 한다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 케이블, 네트, 전선, 현수케이블 지붕등에 적용될 수 있는 수치해석과정이 소개된다. 이 과정은 두 부분으로 나눌 수 있는데, 하나는 유연성반복과정에의해 등분포하중을 받는 케이블 구조물의 응력과 평형형태를 구하는 것이고, 다른 한 부분은 비선형 유한요소법에 의해 절점외력을 받는 평형형태를 해석하는 것이다.