• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권1호
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• pp.27-40
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• 2024

The prediction of VIV amplitude is essential for the design and fatigue life estimation of steel tubes in tubular transmission towers. Limited to costly and time-consuming traditional experimental and computational fluid dynamics (CFD) methods, a machine learning (ML)-based method is proposed to efficiently predict the VIV amplitude of steel tubes in transmission towers. Firstly, by introducing the first-order mode shape to the two-dimensional CFD method, a simplified response analysis method (SRAM) is presented to calculate the VIV amplitude of steel tubes in transmission towers, which enables to build a dataset for training ML models. Then, by taking mass ratio M^*, damping ratio ξ, and reduced velocity U^* as the input variables, a Kriging-based prediction method (KPM) is further proposed to estimate the VIV amplitude of steel tubes in transmission towers by combining the SRAM with the Kriging-based ML model. Finally, the feasibility and effectiveness of the proposed methods are demonstrated by using three full-scale steel tubes with C-shaped, Cross-shaped, and Flange-plate joints, respectively. The results show that the SRAM can reasonably calculate the VIV amplitude, in which the relative errors of VIV maximum amplitude in three examples are less than 6%. Meanwhile, the KPM can well predict the VIV amplitude of steel tubes in transmission towers within the studied range of M^*, ξ and U^*. Particularly, the KPM presents an excellent capability in estimating the VIV maximum amplitude by using the reduced damping parameter S_G.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.151-160
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• 2006

본 연구에서는 균일단면 뿐만 아니라 불균일 단면을 갖는 곡선보의 동적해석을 효과적으로 수행할 수 있는 새로운 2절점 곡선보 요소를 제안하였다. 전단변형률을 고려한 본 요소는 Hellinger-Reissner 변분이론에 바탕하여 유한요소정식화를 수행하였다. 또한, 변위장에 대해 무절점 자유도를 추가적으로 도입하여 요소의 수치적 성능을 크게 향상시켰다. 계산의 효율성을 위해, 요소정식화의 최종단계에서 정치조건으로부터 응력매개변수들을 제거하고, 동적축약을 통하여 무절점 자유도 성분들 또한 최종적인 유한요소방정식에서 제거되어 일반적인 변위기저 요소와 같은 자유도를 가지는 유한요소방정식을 얻을 수 있다. 몇 가지 수치예제들에 대한 해석을 통하여, 무절점 자유도와 변위장에 일치하는 적절한 응력매개변수가 혼합요소의 수치적 거동에 미치는 영향을 분석하였으며, 본 연구에서 제안된 2절점 혼합요소가 곡선보의 동적해석에서 매우 정확하고 효율적임을 확인할 수 있었다.

• 전산구조공학
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• 제11권3호
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• pp.173-185
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• 1998

본 연구에서는 자동차엔진 및 트랜스미션 성능시험을 위한 다이나모 베드구조물을 분석하고 설계하였다. 해석상에 고려된 베드구조물은 Ⅰ형강 구조물, 보강된 박스구조물 그리고 블록구조물로 제작되었으며, 시험을 위한 엔진 및 트랜스미션은 베드상판에 장착된다. 엔진구동시 회전에 의한 진동이 발생된다. 공진을 피하기 위해 베드구조는 충분한 구조적 일체성을 가져야 한다. 본 연구에서는 베드 구조물의 응력, 변위 그리고 자유진동해석이 ANSYS Code를 이용한 유한요소해석이 수행되었다. Ⅰ형강 구조형 베드 구조물에서 최대 응력은 23.2MPa에서 90.3MPa까지 나타났으며, 최대 처짐은 0.25㎜에서 0.92㎜까지 나타났다. 박스 구조형 베드 구조물에서 최대 응력은 0.028MPa에서 0.259MPa까지 나타났으며, 최대 처짐은 0.031㎜에서 0.413㎜까지 나타났다. 그리고 박스구조형 베드 구조물에서 최대 처짐은 0.92MPa에서 2.15MPa까지 나타났으며, 최대 처짐은 1.1㎜에서 2.7㎜까지 나타났다. 모든 구조물이 응력과 처짐 값에서 매우 안정적인 범위 내에서 발생됨을 볼 수 있었다. 구조진동해석에서 Ⅰ형강 베드구조물의 고유진동수는 112.03㎐에서 141.66㎐까지의 범위에 발생되었다. 박스 구조형 베드구조물에서의 고유진동수는 396.93㎐에서 755.11㎐까지의 범위에서 발생되었다. 마지막으로 블록구조형 베드구조물에서는 266.51㎐에서 244.67㎐까지의 고유진동수를 찾을 수 있었다. 모든 구조물에서 베드구조물의 무게증가에 따른 기본진동수는 증가된다. 베드시스템의 지지기초시스템은 2자유도계 시스템으로 설계되었으며, 다양한 질량변화 및 스프링상수 변화에 따른 진동해석을 수행하였다. 질량비가 증가될수록 고유진동수는 크게 감소되며, 스프링상수가 증가될수록 고유진동수는 감소된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권2호
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• pp.145-151
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• 2017

콘크리트 구조물 또는 암석의 해체 공정에서 소음, 진동, 분진 등의 발생을 초래하는 기존의 발파공법을 대신하여 비폭성 파쇄제의 이용을 고려할 수 있다. 본 연구는 유한한 정사각형 콘크리트 구조물을 대상으로 하여 비폭성 파쇄제의 팽창이 준정적으로 균열을 발생, 진전시키는 과정을 유한요소해석으로 예측하고 기존 문헌에 보고된 실험결과와 비교함으로써 해석결과의 정확성을 검증하였다. 또한 비폭성 파쇄제 및 천공 홀의 배치에 따른 영향을 최소요구팽창압 관점에서 분석하였다. 더 나아가서 비폭성 파쇄제가 채워지지 않은 천공 홀이 비폭성 파쇄 공정에 미치는 영향을 분석하고, 분리 조각의 수를 증가시켜 파쇄도를 향상시키기 위한 비폭성 파쇄제 및 천공 홀의 효과적인 배치에 대하여 고찰하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.523-534
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• 2002

본 논문에서는 축방향 압축하중을 받는 다퐁간분리된 적층 보-기둥의 자유진동과 좌팔에 대한 해석을 수행하였다. 다층간분리된 적층 보-기둥의 고유진동수와 탄성 좌굴 하중에 대한 층간분리의 영향을 조사하기 위해 층간분리의 양단에서 기울기와 곡률이 일정하다는 가정을 적용하여 일반적인 운동학적 연속 조건을 유도하였다. 전체 다층간분리된 보-기둥을 부분으로 분할하고, 연속조건에 따른 반복관계를 각 하부 보-기둥에 부과함으로써 다층간분리된 보-기둥의 특성방정식을 구하였다. 축방향 증분 압축 하중에 따른 다층간분리된 보-기둥의 고유진동수와 탄성 좌굴 하중을 구하였으며 이는 손상되지 않은 적층 보-기둥의 최대 탄성 좌굴 하중에 한정된다 연구를 통하여 층간분리의 크기, 위치, 수가 고유진동수와 특히 탄성 좌굴 하중에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

• 전산구조공학
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• 제4권1호
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• pp.20-27
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• 1991

본 논문에서는 유체-구조 상호작용해석의 일종의 3차원 접수구조물의 진동해석을 효과적으로 수행하기 위한 해석방법을 제시하기 위하여 동적재해석기법을 검토하였다. 접수구조물의 유한구조 상호작용해석 결과는 구조진동의 관심 주파수역에서는 3차원 연성 부가수질량으로 표현되는 관성력으로 나타난다. 따라서 구조질량행렬에 부가수질량 행렬이 더해져서 전체 관성력으로 표현된다. 이 부가수질량을 추가질량으로 보고 재해석기법을 응용하는 방법을 수치실험을 통해 검증하였다. 이 때 재해석기법이 갖추어야 할 조건은 원구조의 질량과 거의 같은 정도의 질량이 추가되고 또한 완전 연성질량이 추가된 경우에도 정확한 해를 주어야 한다는 것이다. 이를 검증하기 위해 직접재해석기법과 섭동법을 이용한 재해석기법으로 4질량 스프링지지구조에 대한 해석을 수행한 결과 직접재해석기법의 응용이 적합함을 쉽게 입증할 수 있었다. 접수구조물의 예로는 3차원 잠수주상체에 대해 접수진동해석을 수행하였으며 그 결과 선체진동해석에 전통적으로 이용되고 있는 2차원 부가수질량과 3차원 수정계수를 사용한 기준차수법에서는 수지모드와 수평-비틔 연성모드와 같이 서로 독립적인 모드에 대해서는 따로 진동해석을 수행해 주어야 하는 단점이 발견되었다. 이 단점을 보완한 각 모드의 3차원 수정계수행렬을 이용한 재해석기법을 도입하여 모드에 상관없이 동시에 해를 구할 수 있었다. 그러나, 이 방법은 3차원 수정계수가 구해져 있는 경우에 한해서만 적용가능하며 실제 선체진동의 경우에는 10Hz 미만의 저차 주선체 진동에 한해서만 적용가능한 방법이다. 고차의 진도옴드에는 3차원 수정계수를 구할 수 없기 때문에 유체-구조 상호작용 해석결과로부터 얻은 3차원 연성 부가수질량을 이용하게 되며 이 때 이 행렬이 접수구조 표면의 전 자유도와 연성되어 있기 때문에 방대한 방정식을 푸어야 하지만 직접재해석기법을 적용함으로써 정확한 해를 구할 수 있었다. 또한 3차원 부가수질량을 이용한 직접재해석기법은 종래의 2차원 부가수질량과 3차원 수정계수를 이용한 방법에 비해 해석시간 면에서도 전혀 불리한 점이 없는 경제적 방법임이 밝혀졌다. 앞으로 Slamming 혹은 수중폭파 등의 충격하중에 의한 천이 구조응답 해석을 위한 효과적인 방법에 대해서도 연구결과를 발표할 계획이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.319-327
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• 2017

본 연구에서는 콘크리트 석션식 지지구조물을 사용한 해상풍력발전시스템의 지진응답 해석을 수행하여 그 거동 특성을 파악한다. 전체 시스템을 RNA, 타워, 지지구조물로 구성된 구조계와 이에 접하고 있는 유체 및 지반의 부분구조로 분리하여 운동방정식을 유도한다. 구조계에 작용하는 유체의 동수압과 지반의 상호작용력을 산정하고, 이를 구조계의 운동방정식과 결합하여 전체 시스템의 지배방정식을 도출한 후, 이 방정식의 해를 구하여 해상풍력발전시스템의 지진응답을 계산한다. 해석 결과로부터 지반-구조물 상호작용은 콘크리트 석션식 지지구조물에 의해 지지된 해상풍력발전시스템의 지진응답을 크게 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 특히, 지반의 유연성으로 인해 시스템의 고차 고유모드 응답이 증가할 수 있으므로, 해상풍력발전시스템의 동적거동 산정 시에는 반드시 지반-구조물 상호작용의 효과를 고려하여야 할 것이다.

• Computers and Concrete
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• 제12권2호
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• pp.211-228
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• 2013

The structure analyzed in this paper has particular building style and special structural system. It is a rigid-connected twin-tower skyscraper with asymmetrical distribution of stiffness and masses in two towers. Because of the different stiffness between the north and the south towers, the torsion seismic vibration is significant. In this paper, in order to study the seismic response of the structure under both frequent low-intensity earthquakes as well as rare earthquakes at the levels of intensity 7, the analysis model is built and analyzed with NosaCAD. NosaCAD is an nonlinear structure analysis software based on second-development of AutoCAD with ObjectARX. It has convenient modeling function, high computational efficiency and diversity post-processing functions. The deformations, forces and damages of the structure are investigated based on the analysis. According to the analysis, there is no damage on the structure under frequent earthquakes, and the structure has sufficient capacity and ductility to resist rare earthquakes. Therefore the structure can reach the goal of no damage under frequent earthquakes and no collapse under rare earthquakes. The deformation of the structure is below the limit in Chinese code. The time sequence and distribution of damages on tubes are reasonable, which can dissipate some dynamic energy. At last, according to forces, load-carrying capacity and damage of elements, there are some suggestions on increasing the reinforcement in the core tube at base and in stiffened stories.

• 한국방재학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.7-13
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• 2011

지진에 대한 장대 교량의 정확한 반응 해석은 지진 방재에 있어서 중요한 역할을 한다. 본 논문은 비동기 다지지점 지진입력에 의한 교량의 반응을 진동수 영역방법과 시간 영역방법으로 해석하였으며 그 결과를 동기 입력 결과와 비교하였다. 시간영역방법에서는 선형모드 중첩 법으로 최대반응 값을 계산하였다. 진동수영역방법에서는 선형랜덤진동 이론을 사용하여 교량 성능에 영향을 미치는 모드와 다지지점 지진입력의 상호상관관계를 고려한 반응의 제곱평균근(RMS값)을 계산하였다. 교량 성능 반응 중, 변위 및 부재의 내력에 대한 시간 영역해석 결과와 진동수영역 해석 결과로부터 최대반응 값과 RMS값의 비로 정의된 최대반응 계수의 실용적인 값과 계산 방법을 요약하였다. 신뢰 있는 최대 반응계수가 있으면, 교량의 성능기반설계에서 구체적인 임의의 입력을 고려한 시간영역방법보다 결과의 일반성 및 수치적인 장점을 갖은 진동수영역방법이 더 효율적이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제17권1호
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• pp.21-30
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• 2004

본 연구에서는 유한요소법을 이용한 채널단면을 갖는 복합재료 적층 구조물의 자유진동을 다룬다. 복합적층 절판구조물에 고차항 판이론을 적용하기 위하여 개발된 유한요소 프로그램은 Lagrangian 및 Hermite 보간함수를 병용하여 면내회전각 자유도를 포함한 절점 당 8개의 자유도를 갖는다. 전단보정계수의 가정을 필요로 하지 않고 전단변형의 3차항 비선형 특성이 고려된 본 논문의 절판 요소는 국부좌표계와 전체좌표계에 대한 좌표변환행렬에 의하여 요소 당 32×32의 국부요소행렬로 구성된다. 본 해석 프로그램의 결과는 기존의 고전적 이론 및 일차항 이론에 의한 문헌 결과와 비교ㆍ분석하였으며, 화이버 보강각도, 길이-두께비, 기하학적 형상 변화 등의 다양한 매개변수 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 특히 경계조건 및 길이-두께비 변화에 따라 예측하기 힘든 복잡한 거동을 보이는 복합적층 채널단면 구조물의 자유진동에 대하여 정밀한 고차항 이론 적용에 의한 엄밀 해석의 필요성을 제기하였다.