선박 및 해양구조물에서 사용하고 있는 고강도 알루미늄 합금들은 스틸과 비교해서 많은 이점을 가지고 있다. 최근 고강도 알루미늄 합금들은 육상 및 해양에 폭넓게 사용되고 있으며, 특히, 특수목적 선박의 선체 외판구조에 많이 이용되고 있고, 교량 구조물에 사용되는 상자 구조물, 그리고 고정식 해양플랫폼의 상부구조에서 소비율이 증가하고 있다. 알루미늄 재료는 스틸보다 1/3의 중량 구성비를 통하여, 구성 중량을 줄이게 하여 연비 절감을 가능하게 한다. 일반적인 강구조물의 응력-변형률 관계와 비교하면, 용접가공에 따라 발생하는 열영향부의 존재로 인하여 상당히 다르게 나타난다. 왜냐하면, 강구조물과 비교하면 열전도율이 높아서, 열영향부(heat affected zone, HAZ)가 남아 있어 구조 강도 저하를 가져온다. 본 논문에서는 MIG(Metal inert gas) 용접 때문에 발생하는 열영향부를 고려하고, 종방향 압축 하중에 대한 알루미늄 보강판의 좌굴 및 최종강도 특성을 분석하였다. MIG 용접에 따른 열영향부를 고려한 경우, 좌굴 및 최종강도 모두 감소하며, 열영향부의 범위가 15 mm부터 항복 이후 에너지 소실률이 크게 나타나며, 25 mm 이상부터는 그 차이가 크지 않다. 따라서, 알루미늄 합금재료를 적용한 보강판의 구조 거동을 파악하기 위해서는 열영향부 영향에 대한 검토 및 분석이 중요하다.

교량의 교각과 같은 원형기둥구조물의 성능과 강도을 향상시키기 위해 최근 콘크리트 충전강관(CFT: concrete-filled steel tube)의 적용이 점차 증가하고 있다. 이러한 콘크리트 충전강관 구조물의 정확한 소성설계를 위해서는 사용된 재료인 강재 및 콘크리트의 대변형 거동을 구현할 수 있는 소성모델이 필요하다. 본 연구에서는 사용강재의 실험을 통하여 제안된 소성모델을 적용한 탄소성 대변형 해석을 개발하였으며 콘크리트 충전강관 기둥 해석과 실험 결과에 비교하여 그 정도 및 타당성을 검증하였다. 그리고 개발된 프로그램을 이용하여 콘크리트 충전강관 기둥의 초기처짐이 극한장도에 미치는 영향 및 상관관계를 명확히 파악하였다.

최 등1)은 total lagrangian formulation에 근거한 증분 평형방정식을 적용하고, 강도행렬 산정시 회전각의 2차항을 포함시켜 기하학적 비선형 해석시 해의 수렴성을 향상시켰다. 또한 등매개 쉘 유한요소의 단점인 전단구속 현상과 제로 에너지 모드가 발생하는 문제를 극복하기 위하여 가정 변형률장을 적용하여 보강된 판 및 쉘 구조의 비선형 해석법을 개발하였다. 본 연구에서는 잔류응력을 고려한 쉘구조의 극한강도 해석을 수행하기 위하여, 대변형거동과 함께 소성붕괴거동을 추적할 수 있는 알고리즘을 제시한다. 잔류응력을 고려한 증분평형방정식에 return mapping algorithm을 이용한 탄소성 해석법을 결합시켜서 보강된 판 및 쉘구조의 극한거동을 파악한다. 수치해석 예제를 통하여 본 연구에서 제시된 유한요소 및 비선형 해석 알고리즘에 대한 효율성 및 적용성을 확인하였다.

본 연구는 철근콘크리트 뼈대구조물의 실제적인 단부경계조건을 고려한 철근콘크리트 기둥에 대한 인접부재의 강성을 비선형거동과 부합시켜 해석하고, 인접부재의 단부구속효과를 고려한 중심축하중을 받는 장주의 극한강도를 해석하고저 해석모델을 정립하여 보-기둥의 2차강성매트릭스 해석법에 의하여 이론적으로 해석하는데 있다.

본 연구에서는 이상화구조요소법을 적용하여 골조구조물의 비선형해석을 높은정도로서 짧은 계산시간에 수행할 수 있는 해석이론과 컴퓨터프로그램을 개발하였다. 이를 위해 골조구조물을 구성하는 보-기둥(Beam-Column)부재에 대한 이상화구조요소를 부재에 존재하는 초기결함의 영향도 고려하여 정식화한다. 요소의 접선탄성강성행렬은 에너지원리를 적용하여 명시적인 형태로 도출하며, 최종강도조건은 요소에 소성붕괴메카니즘이 형성될때를 기준으로 정식화한다. 또한, 요소의 최종강도후 강성행렬도 근사적인 방법을 이용하여 명시적인 형태로 도출한다. 본해석법의 정도와 유용성은 단위부재 및 골조구조모형에 대한 기존의 실험 및 수치해석결과등과 비교하여 확인한다.

This study focused on the ultimate behaviors(ultimate strength and fracture mode ) of single shear bolted connection with austenitic sainless steel(STS201) and curling effect on the ultimate strength using finite element analysis based on test results. Main variables are end distance in the parallel direction to loading and edge distance in the perpendicular direction to loading. The validation of finite element analysis procedures was verified through the comparisons of ultimate strength, fracture mode and curling(out-of-plane deformation) occurrence between test results and numerical predictions. Curling was observed in both test and analysis results and it reduced the ultimate strength of single- shear bolted connections with relatively long end distances. Strength reduction ratios caused by curling were estimated quantitatively by maximum 19%, 32%, respectively for specimens with edge distance, 48 mm and 60 mm compared with strengths of uncurled connections with restrained out-of-plane deformation. Finally, analysis strengths were compared with current design strengths and it is found that design block shear equations did not provide the accurate predictions for bolted connections with strength reduction by curling.

This study focused on the ultimate strength and curling effect on the strength of single shear bolted connection with austenitic sainless steel (STS201) using finite element analysis. The validation of finite element analysis was verified through the comparisons of ultimate strength and fracture mode between existing test results and numerical predictions. Curling (out-of-plane deformation) was observed in both test and analysis and it reduced the ultimate strength of single shear bolted connections with relatively long end distances. Strength reduction ratio caused by curling was estimated quantitatively by maximum 19%, 32%, respectively for specimens with edge distance, 48mm and 60mm compared with strengths of uncurled connections with restrained out-of-plane deformation.

콘크리트 구조물에 대한 설계법이 현재의 한계상태 설계법에서 성능기반 설계법으로 전환되고 있는 추세이며, 이에 대한 연구가 미국, 유럽 및 일본 등에서 이루어지고 있다. 성능기반 설계법은 현행의 설계규준에서의 많은 불확실성(uncertainty)을 합리적으로 고려함으로서, 구조물이 일정한 신뢰성과 안전성을 확보하도록 하기 위한 연구로서, 신뢰도 높은 비선형 해석기술의 확보와 함께 이를 직접 설계에 적용하기 위한 방안에 대한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 저자 등에 의하여 개발된 비선형 유한요소 해석 프로그램(RCAHEST)을 신뢰성 있는 철근콘크리트 기둥 실험체 적용하여 그 적용성과 타당성을 검증하였고, 신뢰성 이론을 바탕으로 파괴에 대한 목표 신뢰지수를 확보할 수 있도록 하는, 비선형 유한요소해석으로부터의 해석결과에 적용할 안전계수를 산정하여 현행의 설계 기준등과의 비교분석을 수행하였다.

일반적으로 선박 및 해양구조물에서 사용하고 있는 고강도 알루미늄 재료들은 일반 강재에 비해서 많은 이점들을 가지고 있다. 이러한 알루미늄 재료들은 여러 분야에 걸쳐서 폭넓게 사용되고 있으며, 특히, 초고속 선박의 선체와 갑판부에 많이 이용되어지고 있고, 교량구조물에 사용되는 박스 거더, 그리고 해양구조물의 갑판부와 선측구조에도 널리 이용되고 있다. 이러한 알루미늄 구조는 전체적인 구조부재의 중량을 감소하게 하면서 선속의 증가를 가져온다. 일반적인 강구조물의 응력-변형률 관계와 비교하여 보면, 용접가공에 의하여 발생되는 열영향부의 존재로 인하여 상당히 다르게 나타난다. 왜냐하면, 강구조물에 비해 열전도율이 높아서, 열영향부(heat affected zone, HAZ)의 영향이 크게 작용하기 때문이다. 본 논문에서는 종방향 압축하중을 받는 알루미늄 보강 판넬의 최종강도 특성에 대하여, 열영향부의 범위를 변화한 유한요소해석을 통하여, 열영향부의 범위와 파굴 및 최종강도 거동의 관계에 대해서 고찰하였다.

For the rational and economic design of the structural elements of ships which is built using welding, the ultimate strength analyses of the plates having initial imperfections, such as welding residual stresses and strains, are needful. The welding deformation usually relied on approximative equations or based on expert's experience. But in this paper, for the thermal elasto-plastic analysis of plates, the finite element analysis was performed, based on initial strain method. In formulating the incremental analysis, unbalanced force terns were included. In the plastic domain during the incremental process, the 2nd order terns stress increment and yield stress increment were considered, so that time increment could be controlled for a more stable solution. The ultimate strength analysis program of the plates having initial imperfections was made. The ultimate strength analysis was carried out based on the results of the welding deformations of this paper. In the ultimate strength analysis the Rayleigh-Ritz method based on the minimum potential theory was used.