• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.89-92
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• 2009

본 논문에서는 비선형구조물의 위상최적화를 위하여 개발된 요소 연결 매개법 (Element Connectivity Parameterization Method)을 이용하여 기하비선형 구조물의 고유진동수(Eigenfrequency)를 최적화하는 연구를 소개한다. 기존의 밀도를 기반으로 한 위상최적화기법은 비선형 구조물의 위상최적화를 수행할 때 약한 탄성계수를 가지는 요소가 대변형을 일으켜 전체 강성행렬(Tangent Stiffness Matrix)이 양정정성(Positive definiteness)를 잃어버리는 문제점이 있어서 위상최적화를 수행하기 어렵다. 이 문제점을 해결하기 위하여 최근에 요소 연결 매개법(Element Connectivity Parameterization Method)이 개발되었다. 이 요소 연결 매개법은 요소의 강성을 설계하는 것이 아니라 요소의 연결성을 설계하는 기법으로 이를 이용하여 비선형 구조물의 위상최적화를 효과적으로 수행할 수 있다. 이 연구에서는 요소 연결 매개법을 동적인 문제에 적용하기 위한 연구를 수행하며 이를 이용하여 비선형 구조물의 고유진동수를 최적화 하는 위상최적화 문제에 적용하였다. 비선형 수치 예제를 통하여 기하 비선형 구조물의 고유진동수를 최대화를 통하여 기하 비선형 구조물의 강성최대화 문제와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.22 no.3
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• pp.259-265
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• 2009

This paper studies the Element Connectivity Parameterization Method(ECP method) for topology optimization considering dynamic compliance. The previous element density based topology optimization method interpolates Young's modulus with respect to design variables defined in each element for topology optimization. Despite its various applications, these element density based methods suffer from numerical instabilities for nonlinear structure and multiphysics systems. To resolve these instabilities, recently a new numerical method called the Element Connectivity Parameterization(ECP) Method was proposed. Unlike the existing design methods, the ECP method optimizes the connectivities among plane or solid elements and it shows some advantages in topology optimization for both nonlinear structure and multiphysics systems. In this study, the method was expanded for topology optimization for the dynamic compliance by developing a way to model the mass matrix in the framework of the ECP method.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2005.11a
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• pp.34.1-34.1
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• 2005

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2007.05a
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• pp.360-365
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• 2007

This work is concerned with the topology optimization of three-dimensional cooling fins or heat sinks. Motivated by earlier success of the Internal Element Connectivity Method (I-ECP) method in two-dimensional problems, the extension of I-ECP to three-dimensional problems is carried out. The main efforts were made to maintain the numerical trouble-free characteristics of I-ECP for full three-dimensional problems; a serious numerical problem appearing in thermal topology optimization is erroneous temperature undershooting. The effectiveness of the present implementation was checked through the design optimization of three-dimensional fins.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.29 no.7 s.238
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• pp.990-997
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• 2005

The objective of this paper is to present the element connectivity parameterization (ECP) fur three dimensional problems. In the ECP method, a continuum structure is viewed as discretized finite elements connected by zero-length elastic links whose stiffness values control the degree of inter-element connectivity. The ECP method can effectively avoid the formation of the low-density unstable elements. These elements appear when the standard element density method is used for geometrical nonlinear problems. In this paper, this ECP method developed fur two-dimensional problems is expanded to the design of three-dimensional geometrical nonlinear structures. Among others, the automatic procedure converting standard finite element models to the models suitable for the ECP approach is developed and applied for optimization problems defined on general three-dimensional design domains.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2004.04a
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• pp.1017-1022
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• 2004

Though the standard element density-based topology optimization method has been applied for the optimal design of multiphysics systems, some theoretical problems, such as material interpolation, undershoot temperature prediction, and unstable elements, still remain to be overcome. The objective of this investigation is to present a new topology optimization formulation based on the element connectivity parameterization (ECP) in order to avoid the numerical problems in multiphysics system design and improve optimization results. To show the validity of the proposed approach, the designs of an optimal thermal dissipation and an electro-thermal-compliant actuator were considered.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.14 no.1
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• pp.43-55
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• 2001

본 논문에서는 현행 표준적인 P.S.C거더 교량의 적정 가로보 수를 위한 매개변수 연구를 수행하였다. 교량의 길이는 P.S.C거더교로서 국내에서 가장 흔히 사용되는 30m의 단순교를 채택하였다. 교량의 해석방법으로는 상부의 슬래브와 거더를 효율적으로 모델링하기 위하여 정밀해석법인 유한요소법을 사용하였다. 본 연구에서 사용된 매개변수로는 크게 두 가지로 분류되는데, 하나는 사용된 가로보의 개수이고 다른 하나는 교량의 사각(Skew)이다. 상부 슬래브는 쉘 요소와 빔 요소를 연결하는데 효율적인 회전자유도를 가지는 쉘 요소로 모델링 하였다. 슬래브와 거더의 중심축이 이격되어 있는 문제를 정확히 고려하기 위하여 편심보 요소를 사용하였다. 해석 모델은 가로보가 각각 7,5,3개 있는 경우를 선정하였다. 이러한 조건하에서 정적 해석을 수행하여 최대 휨모멘트, 전단력, 비틀림 모멘트값을 구하여 현행 시방서에서 규정된 극한치를 만족하는지 검토하였다. 검토결과 현재 사용되고 있는 P.S.C거더 교량에서의 가로보 개수는 과다한 것으로 판단되며 경제적인 설계를 위하여 가로보의 개수를 줄일 수 있을 것으로 제안하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.19 no.2 s.72
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• pp.171-185
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• 2006

A sophisticated reliability analysis method is proposed to evaluate the reliability of real nonlinear complicated dynamic structural systems excited by short duration dynamic loadings like earthquake motions by intelligently integrating the response surface method, the finite element method, the first-order reliability method, and the iterative linear interpolation scheme. The method explicitly considers all major sources of nonlinearity and uncertainty in the load and resistance-related random variables. The unique feature of the technique is that the seismic loading is applied in the time domain, providing an alternative to the classical random vibration approach. The four-parameter Richard model is used to represent the flexibility of connections of real steel frames. Uncertainties in the Richard parameters are also incorporated in the algorithm. The laterally flexible steel frame is then reinforced with reinforced concrete shear walls. The stiffness degradation of shear walls after cracking is also considered. The applicability of the method to estimate the reliability of real structures is demonstrated by considering three examples; a laterally flexible steel frame with fully restrained connections, the same steel frame with partially restrained connections with different rigidities, and a steel frame reinforced with concrete shear walls.

• Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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• v.4 no.4
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• pp.117-123
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• 2000

열차와 교량의 3차원 모델링을 사용한 고속철도 교량의 동적해석이 수행되었다. 철도교의 모델인은 판요소와 3차원 뼈대요소로 모델링되었다. 상판과 주형 사이의 offset은 기하학적인 구속조건을 사용하여 고려하였다. 본 연구에서 사용된 고속철도는 2량의 동력차와 2량의 모터차와 16량의 객차로 구성되어 있다. 관절형 대차로 연결되어 전체 열차계의 운동방정식은 Lagrange 방정식을 이용하여 유도되었으며, 차제와 대차 그리고 자축의 3차원인 운동을 고려하였다. 이동 열차에 의한 교량의 응답은 predictor-corrector 반복법에 의한 Newmark-$\beta$ 법에 의해서 그 해가 구해진다. 매개변수해석에 의해서 열차의 이상화방법, 열차의 제동, 철도교량의 주행면 조도에 의한 영향이 고찰되었다.

• Journal of KSNVE
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• v.8 no.1
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• pp.57-74
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• 1998

This paper is concerned with a combination of experimental and analytical investigation aimed at identifying modeling errors, accounted for the lack of correlation between experimental measurements and analytical predictions of the modal parameters for lap joint panels. A nonlinearity vibration test methodology, initiated from the theoretical analysis, is suggested for measurements of dynamic stiffnesses in a lap joint using the rivet fastener. Based on the experimental evidence on discrepancies between measured and predicted frequencies, improved finite element models of the joint are developed using PATRAN and ABAQUS, in which the beam element size is evaluated from the joint stiffnesses readily determined in the test. The beam element diameter as a principal design parameter is tuned to match experimental results within the evaluated bound value. Frequencies predicted by the proposed numerical model are compared with frequencies measured by the test. Improved predictions based on this new model are observed when compared with those based on conventional modeling practices.