• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권3호
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• pp.129-135
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• 2021

피암터널은 낙석방지시설 중 하나로 비교적 큰 낙석이 발생할 수 있는 급경사지 도로위에 건설된다. 일반적으로 피암터널은 약 200kJ에서 3,000kJ 까지의 낙석에너지에 저항할 수 있도록 설계된다. 기존 연구에서 이러한 피암터널의 효율성을 증대하기 위하여 콘크리트 충전강관(CFT, Concrete-Filled Tube)를 주구조체로 사용하는 신형식 피암터널을 제시하였다. CFT를 주구조체로 활용함으로 서 급속시공이 가능하며 높은 하중저항 능력과 연성 또한 확보할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 기존 연구에서는 선현 탄성 해석을 통하여 거동을 분석하여 한계를 가지고 있어 보다 실제적인 낙성하중을 고려한 3차원 유한요소해석을 통하여 제안된 피암터널의 거동을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 먼저 제안된 피암터널 주구조체에 대한 실제 낙석하중을 포함한 3차원 유한요소해석을 개발하였다. 이후 최대 낙석에너지에 대한 제안된 피암터널 주구조체의 낙석 저항능력에 대하여 연구를 수행하였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.31-38
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• 2010

본 연구에서는 교량 구조물-궤도 종방향 상호작용, 교량 구조물-차량 상호작용을 고려한 신뢰성 최적설계 방법을 제안하고, 알고리즘의 개발을 통하여 본 연구에서 제안한 방법의 효율성을 검증하였다. 구조해석 프로그램은 ABAQUS를 사용하였으며, 최적화 방법은 Automated Design Synthesis(ADS)에서 신뢰성면에서 우수한 ALM-BFGS방법을 사용하였다. 일반적으로 ALM-BFGS방법은 최적해 방향을 탐색하는데 있어 1방향 탐색을 하지 않으며 Push-Off Factor 값이 보통 0.1~0.2에서 대부분 수렴하나 본 연구에서는 'Heuristic Decision Method' 의하여 결정된 Push-Off Factor 값이 90일 때 1방향 탐색인 Golden Section Method의 적용이 필요하였으며, 알고리즘이 잘 수렴함을 확인하였다. 구조물-궤도 종방향 상호작용, 구조물-차량의 상호작용에 의한 응답을 제약조건으로 설정하여 단면 설계시 반영될 수 있도록 하였다. 본 연구는 구조물-궤도 종방향 상호작용 및 구조물-차량 상호작용을 고려한 설계기법에 대한 효율성 및 경제성을 증명하기 위하여 5${\times}$(1@50m) 2주형 강합성 거더교에 대한 최적설계를 수행하였으며, 본 연구에서 제안하는 상호작용을 고려하는 설계기법이 기존의 상호작용을 고려하지 않은 설계방법보다 경제적이며 효율적임을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제8권3호
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• pp.209-225
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• 1998

최근터널 굴착 보조공법중의 하나인 강관 보강형 다단 그라우팀 공법(Umbrella Arch Method, UAM)은 지반을 보강하고 터널 막장의 안정성을 증진시키기 위해서 많은 현장에서 사용되고 있다. 이러한 UAM은 터널 보강목적의 forepoling과 차수목적으 grouting이 한 공정으로 구성되어 있다는 잇점 때문에, 최근 국내 지하철, 도로터널 및 전력구터널 등에서 많은 적용 사례를 찾아 볼 수 있다. 그러나 이 공법은 주로 현장 시공을 통해서 얻어진 경험적인 방법에 의해서 설계와 시공이 이루어지고 있기 때문에 본 공법에 대한 보다 정량적이고 체계적인 설계인자 평가 작업이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 수치해석 방법에 의한 체계적이고 정량적인 효과확인 과정을 제안하였고, 몇몇 설계인자에 대한 매개변수 변환연구를 수행하였다. 이를 위해서 먼저, UAM의 지반보강기구에 있어서 관련된 강관, 그라우트재 및 강지보재등의 역할을 밝히고자 하였고, 두 번째로 매개변수 변환연구를 통해 UAM의 설계 제요소들에 대한 영향을 평가하기 위해 1)지반조건별, 2) 토피고별, 3) 강관배치형상별, 4) 그라우트 영역별, 5)강관자체 특성별 해석을 수행하여 각 항목별로 상호 비교.분석하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제18권1호
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• pp.1-28
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• 2015

In this paper, the dynamic response of functionally gradient steel (FGS) composite cylindrical panels in steady-state thermal environments subjected to impulsive loads is investigated for the first time. FGSs composed of graded ferritic and austenitic regions together with bainite and martensite intermediate layers are analyzed. Thermo-mechanical material properties of FGS composites are predicted according to the microhardness profile of FGS composites and approximated with appropriate functions. Based on the three-dimensional theory of thermo-elasticity, the governing equations of motionare derived in spatial and time domains. These equations are solved using the hybrid Fourier series expansion-Galerkin finite element method-Newmark approach for simply supported boundary conditions. The present solution is then applied to the thermo-elastic dynamic analysis of cylindrical panels with three different arrangements of material compositions of FGSs including ${\alpha}{\beta}{\gamma}M{\gamma}$, ${\alpha}{\beta}{\gamma}{\beta}{\alpha}$ and ${\gamma}{\beta}{\alpha}{\beta}{\gamma}$ composites. Benchmark results on the displacement and stress time-histories of FGS cylindrical panels in thermal environments under various pulse loads are presented and discussed in detail. Due to the absence of similar results in the specialized literature, this paper is likely to fill a gap in the state of the art of this problem, and provide pertinent results that are instrumental in the design of FGS structures under time-dependent mechanical loadings.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제4권1호
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• pp.1-19
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• 2017

Fatigue life prediction of a multi-row countersunk riveted lap joint was performed numerically. The stress and strain conditions in a highly stressed substructure of the joint were analysed using a global/local finite element (FE) model coupling approach. After validation of the FE models using experimental strain measurements, the stress/strain condition in the local three-dimensional (3D) FE model was simulated under a fatigue loading condition. This local model involved multiple load cases with nonlinearity in material properties, geometric deformation, and contact boundary conditions. The resulting stresses and strains were used in the Smith-Watson-Topper (SWT) strain life equation to assess the fatigue "initiation life", defined as the life to a 0.5 mm deep crack. Effects of the rivet-hole clearance and rivet head deformation on the predicted fatigue life were identified, and good agreement in the fatigue life was obtained between the experimental and the numerical results. Further crack growth from a 0.5 mm crack to the first linkup of two adjacent cracks was evaluated using the NRC in-house tool, CanGROW. Good correlation in the fatigue life was also obtained between the experimental result and the crack growth analysis. The study shows that the selected methodology is promising for assessing the fatigue life for the lap joint, which is expected to improve research efficiency by reducing test quantity and cost.

• 대한기계학회논문집A
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• 제24권1호
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• pp.206-214
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• 2000

The pressure tube is a major component of the CANDU reactor, which supports nuclear fuel bundle and it's containment vessel. If a flaw is found during the periodic inspection from the pressure tube s. the integrity evaluation must be carried out. and the safety requirements must be satisfied for continued service. In order to complete the integrity evaluation, complicated and iterative calculation procedures are required. Besides, a lot of data and knowledge for the evaluation are required for the entire: integrity evaluation process. For this reason. an integrity evaluation system, which provides efficient of evaluation with the help of attached databases, was developed. The developed system was built on the basis of ASME Sec. XI and FFSG(Fitness For Service Guidelines for zirconium alloy pressure tubes in operating CANDU reactors) issued by the AECL, and covers the delayed hydride cracking(DHC). This system does not only provide various databases including the 3-D finite element analysis results on pressure tubes, inspection data and design specifications but also is compatible with other commercial database software. In order to verify the developed system, several case studies have been performed and the results were compared with those from AECL. A good agreement was observed between those two results.

• Earthquakes and Structures
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• 제10권5호
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• pp.1143-1179
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• 2016

Offshore wind turbines are considered as a fundamental part to develop substantial, alternative energy sources. In this highly flexible structures, monopiles are usually used as support foundations. Since the monopiles are large diameter (3.5 to 7 m) deep foundations, they result in extremely stiff short monopiles where the slenderness (length to diameter) may range between 5 and 10. Consequently, their elastic deformation patterns under lateral loading differ from those of small diameter monopiles usually employed for supporting structures in offshore oil and gas industry. For this reason, design recommendations (API and DNV) are not appropriate for designing foundations for offshore wind turbine structures as they have been established on the basis of full-scale load tests on long, slender and flexible piles. Furthermore, as these facilities are very sensitive to rotations and dynamic changes in the soil-pile system, the accurate prediction of monopile head displacement and rotation constitutes a design criterion of paramount importance. In this paper, the Fourier Series Aided Finite Element Method (FSAFEM) is employed for the determination of static impedance functions of monopiles for OWT subjected to horizontal force and/or to an overturning moment, where a non-homogeneous soil profile has been considered. On the basis of an extensive parametric study, and in order to address the problem of head stiffness of short monopiles, approximate analytical formulae are obtained for lateral stiffness $K_L$, rotational stiffness $K_R$ and cross coupling stiffness $K_{LR}$ for both rough and smooth interfaces. Theses expressions which depend only on the values of the monopile slenderness $L/D_p$ rather than the relative soil/monopile rigidity $E_p/E_s$ usually found in the offshore platforms designing codes (DNV code for example) have been incorporated in the expressions of the OWT natural frequency of four wind farm sites. Excellent agreement has been found between the computed and the measured natural frequencies.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권4호
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• pp.553-570
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• 2016

A series of three-dimensional (3D) parametric finite element analyses have been performed to study the influence of the relative locations of pile tips with regards to the tunnel position on the behaviour of single piles and pile groups to adjacent tunnelling in weathered soil. When the pile tips are inside the influence zone, which considers the relative pile tip location with respect to the tunnel position, tunnelling-induced pile head settlements are larger than those computed from the Greenfield condition. However, when the pile tips are outside the influence zone, a reverse trend is obtained. When the pile tips are inside the influence zone, the tunnelling-induced tensile pile forces mobilised, but when the pile tips are outside the influence zone, compressive pile forces are induced because of tunnelling, depending on the shear stress transfer mechanism at the pile-soil interface. For piles connected to a cap, tensile and compressive forces are mobilised at the top of the centre and side piles, respectively. It has been shown that the increases in the tunnelling-induced pile head settlements have resulted in reductions of the apparent factor of safety up to approximately 43% when the pile tips are inside the influence zone, therefore severely affecting the serviceability of the piles. The pile behaviour, when considering the location of the pile tips with regards to the tunnel, has been analysed in great detail by taking the tunnelling-induced pile head settlements, axial pile forces, apparent factor of safety of the piles and shear transfer mechanism into account.

• 대한조선학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.83-92
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• 1999

본 논문에서는 거대 부유체의 유체-구조 상호작용에 대한 보다 엄밀한 해석법을 전개하여 사파중에 놓은 구조물의 유탄성 거동에서 전단변형의 영향을 고찰하였다. 구조 해석 방법으로는 Mindlin 판 이론에 바탕을 둔 유한요소법을 사용하였으며, 유체장은 일정패널법을 이용한 그린함수법을 적용하였다. 유탄성 해석의 검증을 위해 선수파의 경우에 Yago & Endo가 수행한 Mega Float 모델의 실험결과와 비교하였는데, 전반적인 거동은 비교적 잘 일치하나 양단에서의 변위는 약간의 차이를 보였다. 유체-구조간의 상호작용에 기인하는 방사압력이 파 강제압력보다 국부적으로 큼을 보였으며, 계류계에 의하여 응답이 크게 줄어들 수 있음을 확인하였다. 또한 상기한 메가 프로트의 경우 사파중에서 전체 변형중 전단변형이 차지하는 비중은 대략 4% 정도임을 밝혔다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.357-365
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• 2011

저층 장스팬 철골프레임에는 강재절감을 위해 휨모멘트 저항을 극대화 한 판폭두께비가 큰 변단면 부재를 이용한 PEB시스템을 사용하고 있다. 과다한 외력에 의해 PEB시스템의 붕괴에 대한 안정성을 파악하기 위해서는 변단면 부재의 좌굴거동에 관한 실험 및 해석적 예측은 중요하다. 이에 본 연구에서는 변단면의 판폭(춤)두께비(d/t)와 변단면비를 주요 변수로 한 변단면 부재에 대한 실대형 실험을 행하였다. 현행 설계기준, 수정된 Yoda 모델을 이용한 소성힌지해석 및 유한요소해석으로 예측한 초기강성, 내력 및 모멘트-회전각관계에 대해서 실험결과와 비교하였다.