• Title, Summary, Keyword: 유한요소 해석

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Free Field Response Analysis Using Dynamic Fundamental Solution (다층반무한 기본해를 이용한 자유장응답해석)

  • 김문겸;임윤묵;김민규;이종우
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.5 no.2
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    • pp.83-91
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    • 2001
  • 본 연구에서는 2차원 평면상에서 자유장응답 해석을 위하여 유한요소-경계요소 조합에 의한 수치해석기법을 개발하였다. 전체 계를 외부영역과 내부영역으로 구분하였다. 외부영역은 동적 다층반무한 기본해를 이용한 경계요소로 모형화되고 내부영역은 유한요소로 모형화하여 조합하였다. 다층지반의 외부에서 입사하는 지진에 의한 지진응답해석을 수행하기 위하여 동적기본해를 이용한 자유장응답해석을 수행하였다. 지진응답해석에서는 지반의 전단병형률에 따라 변화하는 비선형특성을 모형화하기 위해 등가선형화기법을 적용하였다. 지진응답해석의 검증에 의하여 해석결과를 상용프로그램의 결과와 비교하였다. 결과적으로 지진응답해석을 효과적으로 수행할 수 있는 수치해석기법을 개발하였고 구조물이 있는 경우로의 확장돠 가능하게 되었다.

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Boundary/Finite Element Analysis of the Seismic Wave Amplifications Due to Inhomogeneous Alluvial Deposits (비균질 퇴적층으로 인한 지진파 증폭의 경계/유한요소 해석)

  • 김효건;손영호;김종주;최광규
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.12 no.4
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    • pp.591-597
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    • 1999
  • 본 연구에서는 비 균질 퇴적층으로 인한 지진파의 증폭에 대한 경계/유한요소 해석을 수행하였다. 수치해석을 위해, 비 균질 퇴적층은 8절점 등 매개 변수 유한요소 사용하여 모델링하였고, 그 주위의 균질 반무한 지반은 3절점 등매개 변수 경계요소를 사용하여 모델링하였다. 경계요소와 유한요소의 접촉면에서, 표면 력의 평형조건과 변위의 적합 조건에 의해 두 개의 요소를 결합하는 알고리듬을 개발하였다. 수치해석의 영향인자로서 SH파, P파와 SV파의 입사각, 무 차원 진동수 그리고 반무한 지반과 퇴적층사이의 전단 파 속도 비와 질량밀도 비를 고려하였다.

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Finite Element Modelling of a Submerged Cylindrical Structure Considering Fluid-Structure Interaction Effect and Dynamic Response Spectrum Analysis (유체-구조물 상호작용을 고려한 실린더형 수중 구조물의 유한요소모델링 및 동적 응답 스펙트럼 해석)

  • 이희남;신태명
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.14 no.1
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    • pp.1-9
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    • 2001
  • 유체-구조물 상호작용 효과를 고려하여, 실린더형 수중 구조물의 유한요소 모델을 상용 전산코드를 사용하여 작성하고 동적하중에 대한 응답해석을 수행하였다. 구조 유한요소에 부착되는 유체 유한요소로 인하여 발생하는 요소행렬의 비대칭성으로 인하여, 일반적으로 사용되는 유한요소 해석 전산코드로 유체-구조물 상호작용 모델에 대한 응답스펙트럼해석을 수행하는 것은 불가능하다. 이 문제의 해결을 위하여, 등가 비 유체-구조물 상호작용 모델을 구성하고, 등가비 유체-구조물 상호작용 모델에 대한 응답스펙트럼 해석 및 조화가진 응답해석 결과를 이용하여 유체-구조물 상호작용 모델의 스펙트럼 가진에 대한 동적 응답을 계산할 수 있는 효율적인 방법을 제시하였다.

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Finite Element Vibration Analysis of Structures with Cyclic Symmetry using Discrete Fourier Transform (이산푸리에 변환을 이용한 순환대칭 구조물의 유한요소 진동 해석)

  • 김창부;김정락
    • Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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    • pp.221-226
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    • 1995
  • 터빈 익렬, 펌프 익차, 원형 냉각탑, 치차 등과 같이 동일한 형상이 원주 방향으로 반복되어 있는 순환 대칭 구조물의 진동특성을 유한 요소법을 사용하여 해석하는 경우에 전체구조를 모델링하는 대신에 구조물을 동일한 형상의 부분구조로 분할하여 부분구조 한개만을 모델링하고 분할된 경계에서 적절한 경계조건을 부과하여 진동해석을 수행함으로서 컴퓨터 기억용량을 절감시키고 계산시간을 단축할 수 있는 방법이 널리 사용되고 있다. Orris and Petyt[1]는 부분구조의 양쪽 분할 경계면, 즉 연결 경계상에 있는 절점변위의 상관관계를 복소파동전파식을 이용해서 구하여 부분구조의 감소된 복소강성행렬 및 질량행렬을 만들고 실수부와 허수부를 분리하여 유한요소해석을 수행하는 방법을 제안하였다. 유한요소 프로그램 ANSYS[2]에서는 이와 같은 방법을 사용하고 있다. Thomas[3]는 순회 정규모드를 이용하였고, 참고문헌[4]에서는 순회행렬을 이용하였다. 또한 유한요소 프로그램 MSC/NASTRAN[5]에서는 푸리에 급수를 이용하고 유한요소 절점의 위치 및 변위를 원통 좌표계를 표현하여 순환대칭구조물의 유한요소해석을 수행할 수 있도록 되어있다. 본 논문에서는 순환 대칭구조물의 형상의 주기성과 순환성을 고려하여 이산퓨리에 변환을 이용함으로써 순환대칭구조물의 유한요소진동해석을 체계적으로 저용량의 컴퓨터에서 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.

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A Study on the Stochastic Sensitivity in Structural Dynamics (구조물의 동적 응답에 대한 확률 민감도 해석에 관한 연구)

  • 최찬문
    • Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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    • v.32 no.2
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    • pp.177-190
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    • 1996
  • 구조물의 동적 응답 해석 문제에 대해서, 확률 유한요소법을 논의코자, 기조의 유한요소 해석법에 수반 변수법(adjoint variable approach)과 2차 섭동법(second order perturbation method)을 적용한다. 동적 민감도의 시간 응답을 고려하기 위해서 모든 시간에 대해서 갖는 구속 조건의 범함수 형태를 취하고, 시간 적분에 있어서 중첩법(fold superposition technique)에 근거를 둔 수치 해석이 훨씬 더 효과적임을 보인다. 본 논문의 확률 유한요소 해석법은 기존의 유한요소 해석법은 기존의 유한요소 코드에 맞추어 쉽게 적용할 수 있는 이점이 있음을 보이며, 이의 검정을 위해서, 2차원과 3차원 프레임 구조물에 대한 수치 해석을 하고 그 결과를 검토해 보았다.

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유한요소법과 기초공학

  • 김용석
    • Computational Structural Engineering
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    • v.4 no.2
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    • pp.5-8
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    • 1991
  • 유한요소법의 도입과 Computer 산업의 발전으로 그동안 정확한 이론적 해석에만 의존하던 많은 구조해석 문제들이 유한요소법을 이용하여 근사해를 구할 수 있게 되었다. 그러나 유한요소법 S/W에 대한 정확한 이해와 구조에 대한 개념을 정확히 이해하지 못한채 범용 유한요소법 S/W를 이용함으로써 구조분야에 오랜 경험을 가진 사람들 마저도 자신도 모르는 사이에 종종 오류를 범하는 사례를 볼 수 있기 때문에 유한요소법 S/W 이용에 유의해야 한다. 유한요소법의 발전은 그동안 구조해석상 많은 어려움을 겪고 있던 기초공학 분야에도 많은 도움을 주어 요즘 이 분야에서의 유한요소법 이용이 날로 가속화되고 있다. 이런 시점에서 기초공학 분야에 필요한 유한요소법의 기본적인 개념을 소개하고자 한다.

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Geometrically Non-Linear Analysis of Space Frames Considering Finite Rotations (유한회전을 고려한 공간뼈대의 기하학적 비선형해석)

  • Chu, Seok Beom
    • Journal of Korean Society of Steel Construction
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    • v.9 no.1
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    • pp.81-94
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    • 1997
  • 본 연구에서는 유한 회전에 의한 효과를 고려한 곡선 보요소를 개발하고, 이 요소를 이용하여 공간뼈대 구조물의 기하학적 비선형 해석을 수행하였다. 이 곡선 보요소는 증분 변위장에 Rodriguez의 2차 유한 회전항을 포함시킴으로써, 유한 회전에 의한 기하학적 평형을 유지하도록 하였다. 대변형 해석을 위하여 Total Lagrangian 방법이 적용되었으며, 비선형 해석을 수행하기 위한 알고리즘으로는, 여러개의 임계점을 갖는 비선형 거동가지도 추적할 수 있도록 하중 및 변위 증분의 조합법이 사용되었다. 공간 뼈대 구조물의 해석 예제를 통하여, 기하학적 비선형 해석에서 발생하는 유한 회전에 의한 효과를 확인하고, 본 연구에서 제안한 유한요소의 효율성 및 비선형 알고리즘으로 선택한 하중 및 변위 증분의 조합법의 적용성을 입증하였다.

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Comparison of Two Methods for Analyzing Stress-Strain Behavior of Soil Beam (지반보의 응력-변형률 거동에 대한 해석법 비교)

  • Lee, Seung-Hyun;Han, Jin-Tae
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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    • v.19 no.12
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    • pp.294-302
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    • 2018
  • To analyze the behavior of a soil beam under pore water pressure, the results of analytical solutions and finite element analysis (FEM) were compared quantitatively. In contrast to the results of the analytical solution, the horizontal stress obtained from the FEM did not show a symmetrical distribution. On the other hand, the horizontal stress became closer to symmetrical distribution as the number of elements of the soil beam were increased. A comparison of the horizontal stresses from the analytic solution with those obtained from Gaussian points of FEM showed that the magnitude of the tensile stress from the FEM using 3 elements was 6% of the maximum value of the analytical solution and the compressive stress from the FEM using the same elements was 37% of the maximum value of the analytical solution. The magnitude of the tensile stress from the FEM using 6 elements was 61% of the maximum value of the analytical solution and the magnitude of the compressive stress from the FEM using the elements was 83% of the maximum value of the analytical solution. Vertical stresses, which were obtained from the analytical solution, showed a continuous distribution with the depth of the soil beam, whereas the vertical stresses from the FEM showed a discrete distribution corresponding to each element. The results also showed that the average value of the vertical stresses of each element was close to that of the pore water pressure. A comparison of the vertical displacements computed at the near vertical center line of the soil beam from the FEM with those of the analytical solution showed that the magnitude of the vertical displacement from FEM using 3 elements was 35% of the value of the analytical solution and the magnitude of the vertical displacement from FEM using 6 elements was 57% of the value of the analytical solution.

Comparative Study Between Finite Element Method and Limit Equilibrium Method on Slope Stability Analysis (사면안정해석에 있어서의 유한요소법과 한계평형법의 비교연구)

  • 이동엽;유충식
    • Journal of the Korean Geotechnical Society
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    • v.19 no.4
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    • pp.65-74
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    • 2003
  • This paper presents the results of a comparative study between FEM and LEM on slope stability analysis. For validation, factors of safety were compared between FEM and LEM. The results from the two methods were in good agreement. This suggests that the FEM with the shear strength reduction method can be effectively used on slope stability analyses. A series of analyses were then performed using the FEM for various constitutive laws, slope angles, flow rules, and the finite element discretizations. Among the findings, the finite element method in conjunction with the shear strength reduction method can provide reasonable results in terms of safety. Also revealed is that the results of FEM can be significantly affected by the way in which the type of constitutive law and flow nile we selected.

Development of Mesh Generator for 2D Hydraulic Analysis(IV) (2차원 수리해석을 위한 범용 Mesh Generator의 개발(IV))

  • Goh, Tae-Jin;Kim, Eu-Gene;Jang, Hyung-Sang;Kim, Hong-Sik
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.1634-1638
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    • 2008
  • 하천의 2차원 흐름 해석, 유사이동 해석, 오염확산 해석을 위한 유체의 수치해석법에는 유한요소법, 유한차분법, 유한차분법의 변형인 유한체적법, 경계적분법 등이 있다. 유체에 대한 수치해석 기법으로 전통적으로 가장 많이 사용되고 있는 방법은 유한차분법이지만, 비구조적 요소망(unstructured mesh)을 이용하여 복잡한 형상을 표현하기가 상대적으로 용이한 유한요소법이 다양한 형태의 하천 해석에는 더욱 적합할 것이다. 본 연구에서는 비구조적 요소망을 advanced front method를 이용하여 생성해 보았다. Advanced front method는 해석하고자 하는 영역에 적절한 절점들을 생성한 후 삼각 요소망을 구성하는 grid based advanced front method와 절점들을 생성하지 않고 해석 영역에 삼각 요소를 바로 구성하는 element based advanced front method로 나눌 수 있다. Grid based advanced front method에서 해석 영역에 적절한 절점을 생성하는 방법으로는 일반적인 격자 구조의 절점 생성 방법을 적용하였으며 경계와의 거리가 가까운 절점은 생성되지 않으며, 삼각 요소를 구성할 때에는 두 개의 인접 절점을 비교하여 최적의 삼각 요소를 구성하게 된다. 단 두 개의 인접 절점만을 비교함으로서 비교적 빠른 시간 안에 최적의 삼각 요소망을 구성할 수 있다. 삼각 요소망을 생성한 후에는 Laplacian smoothing을 이용하여 삼각 요소망의 형질을 개선하였다. Element based advanced front method는 외부 경계에서부터 시작된 Front가 내부 영역으로 확대되어지며 각 Front에서 적절한 절점을 직접 생성하여 바로 삼각 요소를 구성하게 된다. Front에서 생성된 절점은 인접 절점들이 있는지 검색하여 인접 절점이 있다면 생성된 절점은 삭제되어지며 인접 절점이 삼각 요소를 위한 나머지 한 점으로 채택되어진다. Front는 외부 경계와 교차되어지지 않아야 하며 또한 연속된 Front를 효율적으로 관리하기 위해 list 자료 구조를 활용하였다.

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