• Title/Summary/Keyword: 선형 유한요소 기법

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A Computational Platform for Nonlinear Analysis of Totally Prefabricated Bridge Substructure Systems (완전 조립식 교량 하부구조의 비선형해석을 위한 전산플랫폼)

  • Kim, Tae-Hoon;Shin, Hyun-Mock
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • 2011.04a
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    • pp.639-642
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    • 2011
  • 이 연구에서는 완전 조립식 교량 하부구조의 비선형해석을 위한 전산플랫폼을 개발하였다. 완전 조립식 교량 하부구조의 비선형거동을 정확하게 파악하고 합리적이면서 경제적인 설계기준의 개발을 위한 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 사용된 부착 또는 비부착 텐던요소는 유한요소법에 근거하며 프리스트레스트 콘크리트 부재의 콘크리트와 텐던의 상호작용을 구현할 수 있다. 그리고 접합면요소는 세그먼트 접합부의 비탄성거동을 예측할 수 있다. 제안된 해석기법은 수치예제에 대하여 비선형거동을 비교적 정확하게 예측하였다.

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Computational Efficiency on Frequency Domain Analysis of Large-scale Finite Element Model by Combination of Iterative and Direct Sparse Solver (반복-직접 희소 솔버 조합에 의한 대규모 유한요소 모델의 주파수 영역 해석의 계산 효율)

  • Cho, Jeong-Rae;Cho, Keunhee
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.32 no.2
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    • pp.117-124
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    • 2019
  • Parallel sparse solvers are essential for solving large-scale finite element models. This paper introduces the combination of iterative and direct solver that can be applied efficiently to problems that require continuous solution for a subtly changing sequence of systems of equations. The iterative-direct sparse solver combination technique, proposed and implemented in the parallel sparse solver package, PARDISO, means that iterative sparse solver is applied for the newly updated linear system, but it uses the direct sparse solver's factorization of previous system matrix as a preconditioner. If the solution does not converge until the preset iterations, the solution will be sought by the direct sparse solver, and the last factorization results will be used as a preconditioner for subsequent updated system of equations. In this study, an improved method that sets the maximum number of iterations dynamically at the first Krylov iteration step is proposed and verified thereby enhancing calculation efficiency by the frequency domain analysis.

Evaluation of Structural Performance of Precast Prefabricated Bridge Column using Nonlinear Finite Element Analysis (비선형 유한요소해석을 이용한 조립식 교각의 성능 평가)

  • Chung, Chul-Hun;Yun, Yeon-Suk;Whang, Eun-Jung
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.28 no.3A
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    • pp.383-390
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    • 2008
  • A Precast Prefabricated Bridge Column using steel tube and prestressing bar was proposed for the application of precast method on substructure. A column specimen designed by the proposed bridge column system was made and performed a quasi-static test. The failure mode appeared to be a flexural failure and there is no damage on column segment connection. And it is good use of the self-centering ability by prestressing force. Test results showed that a column specimen satisfy the earthquake specification, and the structural stability was verified. Nonlinear finite element analysis was performed and compared with the test results. Force-displacement relation and location of crack from the analysis results were compared with the test results and it agreed well. The quantitative analysis was also performed by a parametric study using this modeling technique.

Shell Finite Element for Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete Containment Building (철근콘크리트 격납건물의 비선형 해석을 위한 쉘 유한요소)

  • Choun Young-Sun;Lee Hong-Pyo
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.19 no.1 s.71
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    • pp.93-103
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    • 2006
  • It is absolutely essential that safety assessment of the containment buildings during service life because containment buildings are last barrier to protect radioactive substance due to the accidents. Therefore, this study describes an enhanced degenerated shell finite element(FE) which has been developed for nonlinear FE analysis of reinforced concrete(RC) containment buildings with elasto-plastic material model. For the purpose of the material nonlinear analysis, Drucker-Prager failure criteria is adapted in compression region and material parameters which determine the shape of the failure envelop are derived from biaxial stress tests. Reissner-Mindlin(RM) assumptions are adopted to develop the degenerated shell FE so that transverse shear deformation effects is considered. However, it is found that there are serious defects such as locking phenomena in RM degenerated shell FE since the stiffness matrix has been overestimated in some situations. Therefore, shell formulation is provided in this paper with emphasis on the terms related to the stiffness matrix based on assumed strain method. Finally, the performance of the present shell element to analysis RC containment buildings is tested and demonstrated with several numerical examples. From the numerical tests, the present results show a good agreement with experimental data or other numerical results.

Seismic Performance Assessment of Circular Reinforced Concrete Bridge Piers with Confinement Steel: II. Performance Assessment (원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능평가 : II. 성능평가)

  • Kim, Tae-Hoon;Kim, Young-Jin;Kang, Hyeong-Taek;Shin, Hyun-Mock
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.26 no.2A
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    • pp.351-361
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    • 2006
  • In this study, nonlinear finite element analysis procedures are presented for the seismic performance assessment of circular reinforced concrete bridge piers with confinement steel. This paper defines a damage index based on the predicted hysteretic behavior of a circular reinforced concrete bridge pier. Damage indices aim to provide a means of quantifying numerically the damage in circular reinforced concrete bridge piers sustained under earthquake loading. The proposed numerical method is applied to circular reinforced concrete bridge piers with confinement steel tested by the authors. The proposed numerical method gives a realistic prediction of seismic performance throughout the loading cycles for several test specimens investigated.

Ultimate Strength Analysis of Space Steel Frames Considering Spread of Plasticity (점진적 소성화를 고려한 공간 강뼈대구조의 극한강도해석)

  • Kim, Sung Bo;Han, Jae Young;Park, Soon Cheol;Kim, Moon Young
    • Journal of Korean Society of Steel Construction
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    • v.15 no.3
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    • pp.299-311
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    • 2003
  • This paper presents a finite element procedure to estimate the ultimate strength of space frames considering spread of plasticity. The improved displacement field is introduced based on the inclusion of second-order terms of finite rotations. All the non-linear terms due to bending moment, torsional moment, and axial force are precisely considered. The concept of plastic hinges is introduced and the incremental load/displacement method is applied for elasto-plastic analyses. The initial yield surface is defined based on the residual stress, and the full plastification surface is considered under the combined action of axial forces, bending and torsional moments. The elasto-plastic stiffness matrices are derived using the flow rule and the normality condition of the limit function. Finite element solutions for the ultimate strength of space frames are compared with available solutions and experimental results.

Parameter Identification and Nonlinear Seismic Analysis of Soil-Structure Interaction System (지반-구조물 상호작용계의 강성계수추정 및 비선형지진해석)

  • 윤정방;최준성;김재민;김문수
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.1 no.1
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    • pp.41-49
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    • 1997
  • This paper presents the result of an international cooperative research on the post-correlation analysis of forced vibration tests and the prediction of earthquake responses of a large-scale seismic test structure. The dynamic analysis is carried out using the axisymmetric finite element method incorporating in finite elements for the for field soil region. Through the post-correlation analysis, the properties of the soil layers are revised so that the best correlation in the responses may be obtained compared with the measured force vibration test data. Utilizing the revised soil properties as the initial linear values, the seismic responses are predicted for an earthquake using the equivalent linearlization technique. It has been found that the predicted responses by the equivalent nonlinear procedure are in excellent agreement with the observed responses, while those using the linear properties are fairly off from the measured results.

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The Derivation of Error Estimates with Various Shape Functions for Time Integration Using Finite Element Approach (유한요소 기법을 적용한 시간적분법에서 형상함수에 따른 오차추정치 유도)

  • 장인식;맹주원;김동호
    • Computational Structural Engineering
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    • v.11 no.4
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    • pp.187-196
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    • 1998
  • 불연속 갤러킨 정식화에 기초를 둔 시간적분법에 대하여 시간을 변수로 한 유한요소적 접근법을 시도하였다. 단일 형상함수와 두 형상함수 정식화에 대해 각각 선형, 이차 형상함수를 적용하여 모두 네 종류의 시간적분법을 유도하였으며, 각 방법에 대하여 시간시텝의 증가에 따른 변위와 속도의 관계를 나타내는 증폭행렬을 계산하였다. 유도된 방법들의 성능을 평가하기 위하여 부하가 갑자기 변화는 진동 문제를 해석하고 변위의 오차를 비교하였다. 네 가지의 방법에 대하여 국부 오차 추정치를 개발하였으며, 오차 추정치의 정확도를 수치예를 이용하여 평가하였다. 단일 형상함수 정식화에서 이차 형상함수를 이용한 오차 추정치가 실제 국부오차를 잘 나타내었으며 유도된 오차 추정치는 시간간격제어 기법에서 시간간격의 크기를 결정하는 척도로 이용 가능하다.

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A Flood Modeling Using 2D FV Model with Hybrid Grid (하이브리드 격자를 적용한 2차원 홍수 모델링)

  • Kim, Byung Hyun;Han, Kun Yeun
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2015.05a
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    • pp.43-43
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    • 2015
  • 천수방정식을 사용하는 초기 수치모형은 프로드수($F_4$)가 변화하는 흐름 즉, 상류방향과 하류방향으로 전파하는 홍수파를 동시에 해석하기 위해 중앙 차분기법이 필요한 상류(sub-critical flow)와 흐름방향에 따른 상류이송(upwinding)기법이 필요한 사류(super-critical flow)가 나타나는 흐름해석에서 어려움이 있었다. 하지만, 근사 Riemann 해법의 등장으로 흐름방향에 관계없이 특성선을 따라 정확한 상향가중기법의 적용이 가능하게 되어, 천수방정식을 지배방정식으로 하는 수치모형이 더욱 실용적으로 적용될 수 있도록 하였다. 따라서, 현재 근사 Riemann 해법은 Godunov 형 유한체적 기법, 불연속 Galerkin 혹은 Petrov-Galerkin 유한요소기법 그리고 Boussinesq 기법에도 적용되고 있으며, 특히 Godunov 형 유한체적기법과 결합한 근사 Riemann 해법은 댐 붕괴, 하천 범람 그리고 도시 및 해안지역 침수에 이르기까지 여러 가지 문제에 폭넓게 적용되고 있다. 지금까지 홍수 모델링에 적용된 Godunov형 유한체적모형은 정형 사각격자나 비정형 삼각격자 중에서 한가지의 격자 종류만을 적용한 연구가 주로 수행되었으며, 유한요소모형과 같이 이 두 가지 격자를 동시에 적용한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 일반적으로, 삼각격자는 사각격자와 는 달리 연구유역의 경계나 지형이 복잡한 경우에도 큰 노력없이 격자의 생성이 가능하나, 격자와 노드의 수가 사각격자보다 많아 계산시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 반면, 사각격자는 하천과 같이 선형으로 변하는 지형에 대해서는 표현하기가 용이하며 계산시간의 효율성도 뛰어나다. 본 연구에서는 하천, 도시 그리고 해안지역에서의 효율적이고 정확한 홍수 모델링을 위해 삼각 및 사각격자 그리고 이 두 격자를 동시에 고려한 하이브리드 격자의 적용이 가능한 Godunov형 2차원 유한체적 모형을 개발하였다. 그리고 개발모형을 정확해가 있는 댐 붕괴 문제, 실측치가 존재하는 실험하도 및 실제하도에 삼각, 사각 그리고 혼합격자를 생성하여 모의를 수행하고, 각 적용 격자에 따른 정확성과 효율성 및 장점과 단점을 연구하였다.

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Nonlinear Shell Finite Element and Parallel Computing Algorithm for Aircraft Wing-box Structural Analysis (항공기 Wing-box 구조해석을 위한 비선형 쉘 유한요소 및 병렬계산 기법 개발)

  • Kim, Hyejin;Kim, Seonghwan;Hong, Jiwoo;Cho, Haeseong
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.48 no.8
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    • pp.565-571
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    • 2020
  • In this paper, precision and efficient nonlinear structural analysis for the aircraft wing-box model is developed. Herein, nonlinear shell element based on the co-rotational (CR) formulation is implemented. Then, parallel computing algorithm, the element-based partitioning technique is developed to accelerate the computational efficiency of the nonlinear structural analysis. Finally, computational performance, i.e., accuracy and efficiency, of the proposed analysis is evaluated by comparing with that of the existing commercial software.