• Wind and Structures
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• 제29권4호
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• pp.247-270
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• 2019

Wind-resistant design of existing cooling tower structures overlooks the impacts of rainfall. However, rainstorm will influence aerodynamic force on the tower surface directly. Under this circumstance, the structural response of the super-large cooling tower (SLCT) will become more complicated, and then the stability and safety of SLCT will receive significant impact. In this paper, surrounding wind fields of the world highest (210 m) cooling tower in Northwest China underthree typical wind velocities were simulated based on the wind-rain two-way coupling algorithm. Next, wind-rain coupling synchronous iteration calculations were conducted under 9 different wind speed-rainfall intensity combinations by adding the discrete phase model (DPM). On this basis, the influencing laws of different wind speed-rainfall intensity combinations on wind-driving rain, adhesive force of rain drops and rain pressure coefficients were discussed. The acting mechanisms of speed line, turbulence energy strength as well as running speed and trajectory of rain drops on structural surface in the wind-rain coupling field were disclosed. Moreover, the fitting formula of wind-rain coupling equivalent pressure coefficient of the cooling tower was proposed. A systematic contrast analysis on its 3D distribution pattern was carried out. Finally, coupling model of SLCT under different working conditions was constructed by combining the finite element method. Structural response, buckling stability and local stability of SLCT under different wind velocities and wind speed-rainfall intensity combinations were compared and analyzed. Major research conclusions can provide references to determine loads of similar SLCT accurately under extremely complicated working conditions.

• Ocean Systems Engineering
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• 제10권4호
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• pp.399-414
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• 2020

A floating bridge is an innovative solution for deep-water and long-distance crossing. This paper presents a curved floating bridge's dynamic behaviors under the wind, wave, and current loads. Since the present curved bridge need not have mooring lines, its deep-water application can be more straightforward than conventional straight floating bridges with mooring lines. We solve the coupled interaction among the bridge girders, pontoons, and columns in the time-domain and to consider various load combinations to evaluate each force's contribution to overall dynamic responses. Discrete pontoons are uniformly spaced, and the pontoon's hydrodynamic coefficients and excitation forces are computed in the frequency domain by using the potential-theory-based 3D diffraction/radiation program. In the successive time-domain simulation, the Cummins equation is used for solving the pontoon's dynamics, and the bridge girders and columns are modeled by the beam theory and finite element formulation. Then, all the components are fully coupled to solve the fully-coupled equation of motion. Subsequently, the wet natural frequencies for various bending modes are identified. Then, the time histories and spectra of the girder's dynamic responses are presented and systematically analyzed. The second-order difference-frequency wave force and slowly-varying wind force may significantly affect the girder's lateral responses through resonance if the bridge's lateral bending stiffness is not sufficient. On the other hand, the first-order wave-frequency forces play a crucial role in the vertical responses.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권2호
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• pp.169-185
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• 2022

The urbanization and increasing rate of population demands effective means of transportation system (basement and tunnels) as well as high-rise building (resting on piled foundation) for accommodation. Therefore, it unavoidable to construct basements (i.e., excavation) nearby piled foundation. Since the basement excavation inevitably induces soil movement and stress changes in the ground, it may cause differential settlements to nearby piled raft foundation. To understand settlement and load transfer mechanism in the piled raft due to excavation-induced stress release, numerical parametric studies are carried out in this study. The effects of excavation depths (i.e., formation level) relative to piled raft were investigated by simulating the excavation near the pile shaft (i.e., H_e/L_p=0.67), next to (H_e/L_p=1.00) and below the pile toe (H_e/L_p=1.33). In addition, effects of sand density and raft fixity condition were investigated. The computed results have revealed that the induced settlement, tilting, pile lateral movement and load transfer mechanism in the piled raft depends upon the embedded depth of the diaphragm wall. Additional settlement of the piled raft due to excavation can be account for apparent loss of load carrying capacity of the piled raft (ALPC). The highest apparent loss of piled raft capacity ALPC (on the account of induced piled raft settlement) of 50% was calculated in in case of H_e/L_p = 1.33. Furthermore, the induced settlement decreased with increasing the relative density from 30% to 90%. On the contrary, the tilting of the raft increases in denser ground. The larger bending moment and lateral force was induced at the piled heads in fixed and pinned raft condition.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제83권5호
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• pp.693-707
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• 2022

Bonded joints have proven their performance against conventional joining processes such as welding, riveting and bolting. The single-lap joint is the most widely used to characterize adhesive joints in tensile-shear loadings. However, the high stress concentrations in the adhesive joint due to the non-linearity of the applied loads generate a bending moment in the joint, resulting in high stresses at the adhesive edges. Geometric optimization of the bonded joint to reduce this high stress concentration prompted various researchers to perform geometric modifications of the adhesive and adherends at their free edges. Modifying both edges of the adhesive (spew) and the adherends (bevel) has proven to be an effective solution to reduce stresses at both edges and improve stress transfer at the inner part of the adhesive layer. The majority of research aimed at improving the geometry of the plate and adhesive edges has not considered the effect of temperature and water absorption in evaluating the strength of the joint. The objective of this work is to analyze, by the finite element method, the stress distribution in an adhesive joint between two 2024-T3 aluminum plates. The effects of the adhesive fillet and adherend bevel on the bonded joint stresses were taken into account. On the other hand, degradation of the mechanical properties of the adhesive following its exposure to moisture and temperature was found. The results clearly showed that the modification of the edges of the adhesive and of the bonding agent have an important role in the durability of the bond. Although the modification of the adhesive and bonding edges significantly improves the joint strength, the simultaneous exposure of the joint to temperature and moisture generates high stress concentrations in the adhesive joint that, in most cases, can easily reach the failure point of the material even at low applied stresses.

• 생물환경조절학회지
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• 제18권3호
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• pp.192-199
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• 2009

파프리카를 재배하는 농가에서는 생산성 증대를 위하여 비닐하우스 측고를 관행 3.0m에서 4.5m까지 높이고 있으나 이에 대한 구조안전성 검토 없이 시공이 이루어지고 있는 실정이다. 이 연구에서는 측고가 4.5m로 상승된 1-2W형 비닐하우스를 대상으로 풍속 $40m{\cdot}s^{-1}$, 적설심 40cm의 설계하중에 대하여 구조안전성 분석을 수행하고 적절한 구조보강방법을 제시하였다. 3차원 프레임해석을 이용하여 구조해석을 수행한 결과, 측면 방풍벽의 보강이 반드시 필요한 상태였으며 파프리카 작물하중으로 인하여 매우 취약해지는 중방의 보강이 요구되었다. 측면 보강 방법으로써는 외측 기둥과 방풍벽을 보강이음을 이용하며 서로 연결해주고, 외측 기둥 간격에 따라 방풍벽 부재를 보강하는 방법이 가장 효과가 큰 것으로 분석되었다. 중방의 경우 비닐하우스 폭의 $1/17{\sim}1/20$의 높이로 2중 중방구조를 만들고 그 사이를 사재로 연결하여 트러스 형태로 보강하는 방법이 가장 큰 효과를 보였다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제10권4호
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• pp.350-357
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• 2017

본 연구는 선행 연구로 진행되었던 수직상승형 고소작업차의 개발을 위한 구조해석 및 원격 제어를 포함한 중앙집중식 컨트롤러 및 유압식 상승리프트 개발에 관한 사후 연구로 진행되었다. 기존에 연구를 진행하면서 개발하였던 고소리프트의 구조 변경을 통하여 안전성 검토를 실시하였다. Solidworks로 3D 모델링을 진행하였으며, Hypermesh S/W를 통하여 유한요소의 모델을 생성하였다. 또한, 평가를 위한 작업차의 적재 환경은 작업 테이블에 위치별(전체, 상좌, 상우, 하좌, 하우)로 적재량이 250 kg인 조건, 작업 테이블에 위치별(전체, 상좌, 상우, 하좌, 하우)로 적재량이 600kg인 조건으로 하여 구조해석을 진행하여 다방면으로 안전성을 검토하였다. 그 결과 허용 적재량 250 kg과 초과 적재량 600 kg에 대해서 최대응력이 발생하는 부품을 제외한 결과를 살펴보면(Case-11 제외), 응력 수준은 항복강도 이하임을 알 수 있다. Case-11의 경우에는 최대응력이 발생하는 부품을 제외한 후에도 상단의 안전바 중앙 지지부에서 항복강도를 초과하는 영역이 존재하지만, 최대응력이 발생하는 부품과 같이 전체 구조물의 안전성 측면에는 영향을 미치지 않을 것으로 사료된다. 변위(처짐) 결과를 살펴보게 되면, 모든 경우에 있어서 동일하게 테이블에서 최대 처짐이 발생하는 것을 알 수 있으며, 250 kg과 600 kg 모두 처짐이 발생하는 경향은 동일한 것으로 나타났다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제11권4호
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• pp.520-526
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• 2015

철근 콘크리트 구조에서 철근의 이음은 불가피하게 사용된다. 최근 들어 철근 콘크리트 구조물에 가장 많이 사용되고 있는 철근 이음에는 겹침 이음, 기계 이음, 그리고 용접 접합 등이 있다. 이중에서 저비용, 건설 현장에서의 실용성, 공사 기간 단축 및 고성능 등의 장점으로 인하여 가스 압접 이음의 효용성이 대두되고 있다. 그러나 가스 압접 이음 과정동안 철근이 열을 받게 되고 이는 접합부 주위에 잔류 응력으로 남아 철근의 피로수명에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 가스 압접 접합부의 명확한 잔류 응력 분석과 가스 압접 후 철근의 하중지지 능력을 확인하기 위한 인장 시험이 수행되어야 한다. 이 연구에서는 공용중인 철근(KS D3504 SD400)에 대하여 3차원 해석을 수행하여 연구 결과 잔류 응력은 상대적으로 작기 때문에 철근의 피로 수명에 영향을 미치지 않으며 인장 실험 결과에서도 가스 압접된 철근의 항복강도가 기준항복강도보다 높게 측정되어 하중 저항 능력도 가스 압접 이음부가 연속된 철근으로서의 거동에 충분히 그 성능을 발휘하는 것으로 나타났다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제24권5호
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• pp.401-410
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• 2003

본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 대퇴골 전자간 골절 치료에 대한 다양한 수술기법을 골밀도 변화에 따라 생체역학적으로 분석하여 이를 평가하고자 한다. 이에 구현된 모델들은 압박 고관절 나사만을 이용하여 시술한 모델 (Type I), 삽입된 압박 고관절 나사 주위에 시멘트 영역을 확보한 뒤 골 시멘트로 보강하는 시술을 구현한 모델 (Type II),대학교추가의 골소실이 없이 시멘트를 가압하여 주입하는 시술을 구현한 모델 (TypeIII)의 3가지 형태로 구현하였다. 시술 상황에 따라 골절부위와 삽입물의 경계면 주위에 접촉요소를 사용하기 위해 적절한 마찰계수를 설정하였으며, 골다공증 정도 (Singh Indices, II∼V)에 따라 대퇴골의 물성치를 적절하게 적용시켰다. 각 모델에 있어 골밀도 변화에 따른 수술기법의 차이를 분석하기 위하여 다음과 같은 인자를 분석하였다 : (a) 대퇴골두 내에서의 von Mises 응력 부피비, (b) 대퇴골두 망상골과 인공 삽입물내에서의 최대 von Mises 응력 (PVMS), (c) 대퇴골두 내에서의 최대 von Mises 변형률 (MVMS), (d) 골절 부위와 인공 삽입물 주위에서의 미세운동량. 수술기법 중 Type III가 대퇴골두 내에서 골밀도 변화에 상관없이 가장 낮은 PVMS, MVMS 수치를 보여 가장 효율적인 결과를 나타내었다. 이는 기존 시술법 (Type I,II)에 비해 내고정 실패 가능성이 가장 적을 것으로 예측되었다. 특히, 골밀도가 낮을 때에는 Type III의 수술 효과가 더욱 커지는 것으로 나타났다. 또한, 삽입물 주위에서 미세운동량을 분석한 결과, Type III의 수치가 다른 시술법들의 15∼20%로 나타나 시멘트를 가 압하여 보강하는 시술법이 삽입물 주위의 미세운동을 억제하는데 있어 가장 효과적이다는 것을 증명하는 것이다. 이러한 결과로부터, 압박 고관절 나사를 이용한 대퇴골두 전자간 골절 치료에 있어 골 시멘트를 가압하여 보강하는 방법이 골밀도가 낮은 환자에 있어 인공삽입물의 내고정 및 골유합에 가장 큰 효과를 보일 것으로 사료된다.

• 대한치과보철학회지
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• 제53권2호
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• pp.120-127
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• 2015

목적: 4종의 임플란트 나사산이 골유착 중간과정과 완료 이후 단계에서 보이는 응력분산 특성을 평가하고자 한다. 재료 및 방법: 실린더형 몸체(외경 4.1 mm 길이 10 mm)에 이전연구에서 식립 특성이 우수하게 평가되었던 V-자형 나사산과 다른 3종(buttress형, reverse buttress형, square형)의 나사산을 가진 4종의 임플란트가 악골에 매식된 복합체 모델을 CAD 프로그램으로 제작하였다. 지대주 상부에 100 N의 힘을 임플란트 장축과 30도 방향으로 부하하고 인접골 응력분포를 유한요소 해석하였다. 응력분산 특성이 골유착 진척 상태에 따라 달라질 수 있다는 가정하에 임플란트/골 계면을 골유착 미숙단계와 골유착 완료단계의 두 가지로 구분하여 분석하였다. 골유착 미숙단계는 임플란트/골 계면을 비선형 contact 조건(마찰계수 0.3)으로 모사하였고, 골유착이 완료된 단계에 대해서는 계면이 충분히 결합된 것으로 간주하여 접합(bonding) 조건을 부여하였다. 결과: 골유착 정도에 따라 임플란트의 응력분산 특성이 달라졌다. 골유착 미숙단계에서는 골응력과 나사산에 따른 응력 특성의 차이도 상대적으로 컸고 골유착 완료단계에서는 골응력의 절대값과 나사산간 차이가 모두 감소하였으며, V-자형 나사산의 응력분산 특성은 골유착 미숙 및 완료단계에서 모두 4종 나사산의 중간 정도였다. 이로부터 나사산 디자인의 차이는 임플란트 식립후 골유착이 진행되는 과정까지 영향을 미치며, 일단 골유착이 완료되면 나사산의 영향은 급격히 감소할 것임을 추론할 수 있었다. 결론: V-자형 나사산의 응력분산 특성은 골유착이 이루어지는 단계와 완료된 이후 단계 전기간 동안 4종 나사산의 중간 정도였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권7호
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• pp.765-770
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• 2014

본 논문에서는 복합재 대차프레임 볼트 체결부의 내구성 향상 방안에 대한 연구를 다루고 있다. 이를 위해, 인서트와 나사산 유무에 따른 3가지 경우를 고려하여 볼트 체결부에 대한 시험 및 해석을 통해 인서트 형태 및 유무에 미치는 영향을 평가하였다. 제안된 볼트 체결부의 구조 성능은 ASTM D5961에 의거한 시험을 통해 비교 평가하였다. 시험결과, 나사산이 없는 인서트를 갖는 볼트 체결부가 가장 적합한 것으로 확인되었다. 또한, 볼트 체결부를 고려한 복합재 대차프레임에 대한 구조 안전성 평가를 JIS E 4207에 의거하여 유한요소해석을 통해 평가하였다. 복합재 구조물은 Tsai-Wu 파손기준식에 의해 파손평가를 적용하였고, 볼트 체결부와 같은 금속재 구조물은 Von-Mises 파손기준식에 의해 평가하였다. 이때, 볼트 체결부의 경우에는 상세한 구조해석 결과 검토를 위해 서브모델링 기법을 적용하였다. 구조해석결과, 나사산이 없는 인서트가 적용된 볼트 체결부의 경우에는 볼트 체결부 주위의 복합재 구조물에 발생하는 Tsai-Wu 파손지수가 다른 경우에 비해 약 50% 감소하는 경향을 보였는데, 이는 나사선이 없는 인서트 형상이 복합재 대차프레임 볼트 체결부의 내구성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.