• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.593-604
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• 2007

합성형 사교는 비합성형 사교에 비해 역학적 측면에서 큰 장점을 지니고 있는 것이 사실이지만 사각이 심한 사교들의 경우 합성형 사교에 매우 큰 상판응력이 유발될 가능성이 있어 종종 이들 사교들에 대한 비합성형 설계가 검토되어지곤 한다. 본 연구에서는 동적해석이 가능한 비합성형 사교의 해석모델을 제안하고 이 해석모델들을 이용하여 사교들에 대한 비합성형의 적용 타당성을 검토하였다. 또한 주형과 상판과의 세 가지 상호작용(합성작용, 부분합성작용, 비합성작용)이 단순 판형사교들의 동적특성과 동적거동에 미치는 영향을 조사하였다. 주형간격, 사각, 상판 종횡비를 매개변수로 총 27개의 판형 사교들에 대한 일련의 연구를 수행하였다. 상판과 주형 경계면에서의 미끄러짐은 고유진동주기가 길어지는 현상을 유발하여 사교의 교축직각방향에 작용하는 전체밑면전단력의 크기를 감소시킬 수도 있지만 모드형장과 강성분포에 큰 영향을 미쳐 바람직하지 않은 사교 거동을 유발할 수도 있다. 부분합성작용의 최소 규정에 따라 설치된 전단연결재는 주형응력과 상판응력을 감소시키는 효과가 있다. 즉, 몇몇 사교의 경우를 제외하고는 전반적으로 부분합성형으로부터 구한 주형응력과 상판응력의 크기는 합성형 사교로부터 구한 관련 응력들의 크기와 유사하거나 약간 크게 나타난다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.251-260
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• 2003

원형단면의 깊은 테이퍼봉과 보의 진동수와 모드형상을 결정하는 3차원 해석방법이 제시되었다. 수학적으로 1차원인 전통적인 봉과 보이론과는 달리, 본 연구에서는 3차원 동탄성방정식을 근간으로 하였다. 반경방향(r), 원주방향(θ), 축방향(z)으로의 변위성분인 u/sup r/, u/sub θ/, u/sub z/를 시간에 대해서는 정현적으로, θ에 대해서는 주기적으로, r과 z방향으로는 다수다항식의 형태로 표현하였다. 봉과 보의 위치(변형률)에너지와 운동에너지를 정식화하고, 고유치문제를 해결하기 위해 Ritz법을 사용하였으며, 진동수의 최소화과정을 통해 엄밀해의 상위경계치의 진동수를 구하였다. 이때 다항식의 차수를 증가시키면 진동수는 엄밀해에 수렴하게 된다. 봉과 보의 하위 5개의 진동수에 대해서 유효숫자 4자리까지의 수렴성 연구가 이루어졌다. 축방향으로 1차 직선적, 2차 및 3차 곡선으로 테이퍼된 9가지 형상의 봉과 보의 수치결과를 3차원 이론을 이용하여 최초로 계산하였다. 또한 선형 테이퍼 보의 예를 통해 3차원 Ritz법과 고전적인 1차원 Euler-Bernoulli 보이론과의 비교가 이루어졌다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.263-269
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• 2013

본 논문에서는 건물의 횡방향 구조반응을 평가하기 위한 변형률 기반의 모니터링 기법이 제시되고, 이에 대한 기초 연구로써, 구조해석을 통해 제안된 기법을 검증한다. 광섬유 격자 센서(fiber Bragg grating, FBG)는 일반 변형률 센서와 비교하여 내구성이 뛰어날 뿐 아니라 높은 샘플링 수와 여러 지점을 동시에 계측할 수 있는 장점이 있다. 이러한 특성 때문에 FBG 센서는 구조 모니터링을 위해 많은 센서가 요구되는 건물의 모니터링에 적합하다. 본 연구에서 FBG 센서는 수직 부재의 변형률을 계측하며, 이는 해당 부재의 곡률을 평가한다. 이러한 곡률은 횡변위와 횡가속도를 평가하는데 사용된다. 추가적으로 횡방향 가속도는 frequency domain decomposition(FDD) 기법을 이용하여 구조물의 고유진동수와 모드형상을 추정하는데 사용된다. 9층 철골모멘트 골조 예제의 적용을 통해, 제시된 기법이 건물의 다양한 횡방향 구조 반응과 동적 특성을 평가하는데 적절함을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권3호
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• pp.276-284
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• 2019

국내의 사회기반시설물인 교량이나 댐, 원전에 대한 내진 연구는 일찍부터 활발한 연구가 진행되어왔지만 화력발전소 구조물의 경우 사회적 중요성에 비해 지진에 대한 안전성 평가기술에 대한 연구가 미비한 실정이다. 이에 본 논문에서는 16개의 실제 발생한 지진파와 12개의 PGA에 대해 총 192회의 동적해석을 수행하였다. 그 결과 콘크리트의 압축강도와 연돌 구조물의 상대변위의 경우 적용한 지진파별로 PGA값이 증가함에 따라서 파괴확률이 증가하는 양상을 보여주었지만 지진파 별로 상이하였다. 이는 연돌의 고유치 해석 결과 주된 모드와 유사한 장주기 성분이 많은 지진파에서는 취약하기 때문인 것으로 분석되었다. 이를 바탕으로 취약도 곡선을 도출하여 우리나라 지역계수 0.22G를 기준으로 분석한 결과 콘크리트 압축이 한계상태에 도달한 비율은 25%이고 상대 변위가 한계상태에 도달한 비율은 13%이다. 따라서 지진이 발생했을 경우 상대 변위에 의해 붕괴될 확률보다 압축파괴에 의한 붕괴 확률이 높다. 이에 본 연구대상인 연돌에 대한 취약도 곡선은 지진이 발생했을 때 대상 구조물에 대한 한계상태를 판별하는 정량적 근거가 되고 화력발전 연돌 구조물의 지진에 대한 안전설계시 활용될 수 있다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.503-514
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• 2006

FBG 센서는 기존의 전기저항식 게이지에 비해 구조물의 변형율 계측이 용이하고, 내구성이 우수하여 구조물의 응답 모니터링이나 비파괴손상평가 분야의 적용성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 구조물 단면의 상 로의 치환이 가능하며, 이 곡률을 이용하여 수직변위를 계산할 수 있다. 본 연구에서는, FBG 센서를 이용하여 I 형의 강재 단순보에서 충격에 의한 동적 변형율을 측정하고, 이를 이용하여 동적 변위를 추정하여 측정된 동적 변위와 비교 평가하였다. 또한, 추정된 변위와 측정된 변위 및 변형율 시간이력을 이용하여 단순보의 동특성( 고유진동수, 감쇠비 및 모드형상)을 추정하여 해석모델의 동특성과 비교하였다. 변형율을 이용한 변위의 추정은 측정 변위보다 최대 약 10% 정도 크게 나타났다. 그러나 추정된 변위 또는 변형율 이력을 사용하여 추정한 동특성은 측정된 변위를 사용하여 추정한 동특성과 거의 일치하였고, FBG 센서를 이용한 동특성 추정 결과는 양호한 것으로 나타났다. 특히, FBG 센서 변형율은 변위에 비해 고주파 특성이 증폭되기 때문에 고차모드의 동특성 추정에 유리하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.243-248
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• 2022

본 논문에서는 1차원 오일러 보 요소(Euler-Bernoulli Beam Element)를 이용한 회전익기 축계에 대한 중량 최적설계를 수행하였다. 회전 축계의 특성을 고려해 비틀림(Torsion)과 베어링과 같은 축지지 강성 및 플랜지(Flange) 질량을 모두 고려하였고, 동적 안전성 확보를 위해 고유치 해석을 수행하여 임계속도(Critical Speed)와 기어박스로부터 오는 치 변형 가진을 회피할 수 있도록 하였다. 축의 길이는 고정된 상태에서 두께와 반경을 조절하여 중량 최적화를 수행하였으며, 최적화 과정은 2단계로 나누어 진행하였다. 1단계에서는 비틀림 강도를 제약조건으로 하여 중량을 최적화한 후 2단계에서는 축계 안정성 확보 기준(Headquarters, U.S. Army Material Command, 1974)에 따라 축의 비틀림 강도에 대한 제약조건을 만족시키며, 축의 1차 모드가 임계속도를 회피할 수 있도록 축 1차모드와 임계속도의 차이가 최대가 되도록 최적화를 진행하였다. 주어진 1차원 보 요소를 이용하여 최적설계를 한 결과를 3차원 유한요소 모델과 실제 제작된 축게의 시험결과와 비교하여 제안된 방법을 검증하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제29권5호
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• pp.436-441
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• 2009

광섬유 센서는 구조 건전성 감시 분야에 적용되는 유망한 센서 시스템이다. 특히 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서는 본 분야에 있어 가장 각광받는 센서들 중에 하나이다. 이러한 FBG 센서는 브래그 파장의 이 동량을 알아내는 방법에 따라 다양한 시스템 구성이 가능하다. 또한 센서 시스템의 동특성은 이러한 시스템에 의해 결정된다. 본 논문에서는 FBG 센서의 브래그 파장 스팩트럼 최대 경사부에 단일 파장 레이저의 중심 파장을 맞춰 놓을 경우, 센서의 경사도가 센서 감도로 작용할 수 있다는 측정 원리를 이용하였다. 이러한 원리는 전체 측정 범위의 한계는 있지만 높은 민감도를 보장한다. 본 측정 원리의 적용 예로서, FBG 센서를 삽입한 복합재 평판을 오토클래이브를 이용해 제작하고 앞서 설명한 측정 원리를 적용하였다. 첫째로 삽입된 FBG 센서를 이용해 충격 망치로 가격된 복합재 평판의 고유 진동수를 성공적으로 측정하였다. 둘째로 고출력 스피커를 이용해 앞서 측정된 고유진동수 중 하나의 특정 주파수로 복합재 평판을 강제 가진 시켰다. 이때 발생하는 구조 진동을 FBG 센서로 측정하였고 동시에 ESPI 측정 시스템을 이용해 진동 모드 형상 역시 성공적으로 측정하여 복합재 구조물의 동특성을 파악하였다. 따라서, 이러한 두 실험을 통해 FBG 센서 시스템과 ESPI 측정 시스템이 복합재 구조물의 동특성 측정에 매우 유용한 기술임을 증명하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.124-135
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• 2011

연속교의 교대부와 교각부에 설치되는 받침 용량은 통상적으로 각 지점에 작용하는 최대수직반력의 크기에 따라 결정되며 교각부에 더 큰 용량의 받침이 위치한다. 본 연구에서는 지진격리장치가 적용된 세 가지 받침배치에 따른 사교의 지진거동 변화를 비교 분석하여 연속 사교의 지진성능 향상 가능성을 검토하였다. 기존 받침배치(Case A)를 기준으로 교각부에 설치되는 납고무받침(LRB)의 수평강성에 변화를 주어 세 가지 받침배치(Case A, Case B, Case C)를 선정하였다. 납고무받침 자체의 감쇠효과가 고려된 hybrid response spectrum을 이용한 응답스펙트럼 해석을 수행하여 총 36개의 연속 플레이트 거더 사교들의 지진거동을 조사하였다. 해석결과 교대부에 설치된 LRB와 유사한 수평강성 또는 작은 수평강성을 가진 LRB를 교각부에 설치할 때 훨씬 바람직한 사교의 지진거동이 유발되었다. 즉, 교각부에 설치되는 LRB의 수평강성 변화는 사교의 고유진동주기를 길게 하고 모드형상에 변화를 유발시켜 전체밑면전단력과 교각부에서의 최대밑면전단력 그리고 거더에 걸리는 응력을 크게 감소시킨다. 비록 하부구조의 유연성이 증가할수록 받침배치 변경에 따른 지진거동의 긍정적인 효과가 다소 감소되지만, 10m 미만의 교각 높이를 가지면서 지진격리받침(LRB)이 설치된 연속 플레이트 거더 사교의 경우 제안된 받침배치는 지진성능 향상을 가져온다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.113-120
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• 2021

무한 매질에서의 파전파 현상은 공학과 자연과학의 여러 분야에서 다양한 물리적 현상을 서술하는데 활용되고 있고, 이 문제에 대한 해를 얻기 위하여 해석적 방법 또는 수치적 방법이 개발되어 사용되고 있다. 이 문제에 대한 정확한 해를 얻기 위해서는 무한 영역으로의 에너지 방사를 정확히 고려해야 하고, 이를 위해 다양한 수치적 또는 역학적 모형 또는 경계조건이 개발되었다. 이 연구에서는 층상 waveguide에서의 scalar wave 또는 SH파 전파 문제에 적용할 수 있는 새로운 경계조건을 제안하고자 한다. 이를 위해 waveguide의 수직방향으로 유한요소 이산화를 적용하여 얻은 SH파의 지배방정식을 변형하여 waveguide의 무한 영역의 영향을 나타내는 경계조건을 유도한다. 층상 waveguide에서의 SH파에 대한 고유모드의 직교성을 이용하여, 새로운 경계조건은 기존의 root-finding absorbing boundary condition와 동등함을 보이고, 이로부터 새로운 경계조건의 차수가 증가할수록 정확성이 증가하고, 또한 이산화된 수준에서도 안정함을 유도할 수 있다. 제안된 경계조건을 층상 waveguide에서의 파전파 문제에 적용하여 그 정확성과 안정성을 검증한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권1호
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• pp.69-78
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• 2011

본 연구에서는 스마트 TMD를 효과적으로 제어할 수 있는 퍼지제어알고리즘을 개발하기 위하여 다목적 유전자알고리즘을 이용한 최적화기법을 제안하였다. 예제구조물로는 풍하중을 받는 76층 벤치마크건물을 선택하였다. 스마트 TMD를 구성하기 위하여 100kN 용량의 MR 감쇠기를 사용하였고, 스마트 TMD의 진동주기는 예제구조물의 1차모드 고유진동주기에 맞추어 조율되었다. MR 감쇠기의 감쇠력은 예제구조물의 풍응답을 최소화할 수 있도록 퍼지제어기를 통해서 조절된다. 퍼지제어기의 입력변수는 75층의 가속도 응답과 스마트 TMD의 변위응답으로 하였고, 출력변수는 MR 감쇠기로 전달되는 명령전압으로 하였다. 퍼지제어기의 최적화를 위하여 다목적 유전자알고리즘인 NSGA-II 기법이 사용되었고, 이때 75층의 가속도 응답과 스마트 TMD의 변위응답을 목적함수로 사용하였다. 최적화 결과, 구조물의 풍응답과 STMD의 변위응답을 동시에 적절히 제어할 수 있는 다수의 퍼지제어기를 얻을 수 있었다. 수치해석을 통해서 스마트 TMD의 성능이 수동 TMD에 비하여 월등히 뛰어남을 알 수 있었고 경우에 따라서는 샘플 능동 TMD보다 더 우수한 제어성능을 발휘하였다.