• Structural Engineering and Mechanics
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• 제68권2호
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• pp.227-235
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• 2018

Cables are the main load-bearing members of prestressed structure and other tensegrity structures. Based on the static equilibrium principle, a new cable force identification method considering cable flexural rigidity is proposed. Its computational formula is derived and the strategy to solve its implicit formula is introduced as well. In order to improve the reliability and practicality of this method, the influence of the cable flexural rigidity on cable force identification accuracy is also investigated. Through cable force identification experiments, the relationships among certain parameters including jacking force, jacking displacement, initial cable force, and sectional area (flexural rigidity) are studied. The results show that the cable force calculated by the proposed method considering flexural rigidity is in good agreement with the finite element results and experimental results. The proposed method with high computational accuracy and resolution efficiency can avoid the influences of the boundary condition and the length of the cable on calculation accuracy and is proven to be conveniently applied to cable force identification in practice.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제2권2호
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• pp.177-187
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• 2009

Machine or structural members subjected to fatigue loading will have a crack initiated during early part of their life. Therefore analysis of members with cracks and other discontinuities is very important. Finite element method has enjoyed widespread use in engineering, but it is not convenient for crack problems as the region very close to crack tip is to be discretized with very fine mesh. However, as the body force method (BFM), requires only the boundary of the discontinuity (crack or hole) to be discretized it is easy versatile technique to analyze such problems. In the present work fundamental solution for concentrated load x + iy acting in the semi-infinite plate at an arbitrary point $z_0=x_0+iy_0$ is considered. These fundamental solutions are in complex form ${\phi}(z)$ and ${\psi}(z)$ (England 1971). These potentials are known as Melan potentials (Ramakrishna 1994). A crack in the semi-infinite plate as shown in Fig. 1 is considered. This crack is divided into number of divisions. By applying pair of body forces on a division, the resultant forces on the remaining 'N'divisions are to be found for which ${\phi}_1(z)$ and ${\psi}_1(z)$ are derived. Body force method is applied to calculate stress intensity factor for crack in semi-infinite plate. Also for the case of crack emanating from circular hole in semi-infinite plate radial stress, hoop stress and shear stress are calculated around the hole and crack. Convergent results are obtained by body force method. These results are compared with FEM results.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권5호
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• pp.601-612
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• 2021

To study the vibration characteristics of a high-speed railway continuous girder bridge-track coupling system (HSRCBT), a coupling vibration analysis model of an m-span continuous girder bridge-subgrade-track system with n-span approach bridge was established. The model was based on the energy and its variational method, where both the interlaminar slip and shear deformation effects were considered. In addition, the free vibration equations and natural boundary conditions of the HSRCBT were derived. Further, according to the coordination principle of deformation and mechanics, an analytical method for calculating the natural vibration frequencies of the HSRCBT was obtained. Three typical bridge-subgrade-track coupling systems of high-speed railway were taken and the results of finite element analysis were compared to those of the analytical method. The errors between the simulation results and calculated values of the analytical method were less than 3%, thus verifying the analytical method proposed in this paper. Finally, the analytical method was used to investigate the influence of the number of the approach bridge spans and the interlaminar stiffness on the natural vibration characteristics of the HSRCBT based on the degree of sensitivity. The results suggest the approach bridges have a critical number of spans and in general, the precision requirements of the analysis could be met by using 6-span approach bridges. The interlaminar vertical compressive stiffness has very little influence on the low-order natural vibration frequency of HSRCBT, but does have a significant influence on higher-order natural vibration frequency. As the interlaminar vertical compressive stiffness increases, the degree of sensitivity to interlaminar stiffness of each of the HSRCBT natural vibration characteristics decrease and gradually approach zero.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.17-22
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• 2017

본 연구에서는 페이즈필드 설계법에 기반한 형상최적설계를 통해 개선된 패치안테나 금속 패치 부분의 형상 설계를 진행하였다. 설계 목적은 패치 안테나의 목적 주파수에서의 방사 효율을 최대화 하는 것으로 설정하였고, 이에 따라 목적 함수는 반사손실을 나타내는 S-파라미터 값의 최소화로 정의하였다. 패치형상의 최적화 결과는 페이즈필드 설계법을 이용하여 도출하였고, 최적화 결과의 회색영역을 제거하기 위해서 컷오프 방법을 적용하였다. 더불어 쿼터 정합기의 길이 변화를 통해 성능 개선 과정을 진행하였다. 이를 통해 도출해낸 최종 형상에 대한 해석 결과, 목표 주파수에서의 S-파라미터 값이 -1.14dB에서 -12.73dB로 개선됨을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제17권3호
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• pp.29-37
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• 2004

본 연구에서는 대변형 보이론을 이용하여 정지 비행 시 복합재 무베어링 로우터 시스템의 공력탄성학적 안정성 해석을 수행하였다. 무베어링 로우터 시스템은 유연보, 토오크 튜브, 피치 링크, 그리고 메인 블레이드로 구성된다. 유연보, 토오크 튜브, 그리고 메인 블레이드를 각각 플랩 굽힘, 리드-래그 굽힘, 비틀림 그리고 축 방향 변형의 탄성 운동을 하는 보로 가정하고, 1차원 보 요소로 모델링을 하였다. 또한, 유연보를 복합재료 적층판으로 구성된 비틀림에 유연한 직사각형 단면을 갖는 보로 모델링 하여, 1차원 보 해석에 필요한 유효 단면 상수를 얻었다. 외력으로는 2차원 준-정상 공기력 모델을 적용하였으며, 보의 유한 요소 지배방정식은 헤밀턴 원리(Hamilton's principle)를 이용하여 얻었다. 공력 탄성학적 안정성 해석을 수행하기 위하여 p-k 방법을 이용하였으며, 유연보의 적층각과 적층 순서에 따른 구조적 연성이 무베어링 로우터 시스템의 공란성 안정성에 미치는 영향을 알아보았다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제41권6호
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• pp.711-734
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• 2012

The foundation of a tall building frame resting on settable soil mass undergoes differential settlements which alter the forces in the structural members significantly. For tall buildings it is essential to consider seismic forces in analysis. The building frame, foundation and soil mass are considered to act as single integral compatible structural unit. The stress-strain characteristics of the supporting soil play a vital role in the interaction analysis. The resulting differential settlements of the soil mass are responsible for the redistribution of forces in the superstructure. In the present work, the nonlinear interaction analysis of a two-bay ten-storey plane building frame- layered soil system under seismic loading has been carried out using the coupled finite-infinite elements. The frame has been considered to act in linear elastic manner while the soil mass to act as nonlinear elastic manner. The subsoil in reality exists in layered formation and consists of various soil layers having different properties. Each individual soil layer in reality can be considered to behave in nonlinear manner. The nonlinear layered system as a whole will undergo differential settlements. Thus, it becomes essential to study the structural behaviour of a structure resting on such nonlinear composite layered soil system. The nonlinear constitutive hyperbolic soil model available in the literature is adopted to model the nonlinear behaviour of the soil mass. The structural behaviour of the interaction system is investigated as the shear forces and bending moments in superstructure get significantly altered due to differential settlements of the soil mass.

• 환경영향평가
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• 제29권6호
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• pp.403-413
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• 2020

최적의 염소 소독 전략을 구축하기 위해 8개의 연립 준선형 편미분방정식으로 구성된 수학적 모형이 제안되었다. 다차원 수치 프로그램을 개발하기 위해 상류 가중 유한요소법을 사용하였다. 프로그램은 세 가지 유형의 반응기에서 측정된 농도에 대해 검증되었다. 16개의 실험 결과에 대해 경계 조건 및 반응 속도를 보정하여 측정된 값을 재생시켰다. 모델링 결과로부터 8개의 반응 속도계수가 추정되었다. 반응 속도계수는 pH 및 온도로 표현되었다. 반응 속도계수를 추정하기 위해 수치 오차의 제곱의 합을 최소화하는 자동 최적 알고리즘의 프로그램을 개발하고 모형에 결합하였다. 최종 사용지에서 염소 및 오염물의 농도를 최소화하기 위해서는 정수장의 염소소독공정으로부터 최종 사용지까지의 수질 변화를 모형에 의해 예측하고 이를 기반으로 유입수 수질에 따라 염소소독공정을 운영하는 실시간 예측 제어 시스템이 필요하다. 본 모형을 이용하여 정수장에 이러한 시스템을 구축할 수 있을 것이다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권5호
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• pp.445-455
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• 2010

본 연구에서는 실제 로켓엔진 및 가스터빈용 연소기 내부의 열음향 불안정을 효과적으로 예측하기 위하여, 헬름홀츠 방정식과 시간지연모델을 이용한 3차원 유한요소법 해석코드를 개발하였다. 연소응답항에 의해 수치적으로 야기되는 비선형성은 반복법으로 선형화 하였으며, Arnoldi 방법을 사용하여 대용량 고유치 문제를 해석하였다. 해석결과인 복소각주파수와 음향 압력장을 통해 각 음향모드의 공진주파수, 진폭의 증폭/감쇠 여부 그리고 모드 형태를 예측할 수 있다. 이론해가 존재하는 두 가지 문제를 통해 출구 임피던스와 예혼합 화염이 종 방향 음향장에 미치는 영향에 대한 예측 정확도를 평가하였으며, 배플 유무에 따른 횡 방향 음향 모드의 주파수 변이를 상온 음향시험 결과와 비교/검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.19-31
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• 2013

기존의 설계에서는 상부구조물의 거동은 하부기초 및 지반을 고정단 조건으로 가정하여 분석하였고, 하부기초의 설계는 상부구조물의 하중조건만 고려하였다. 이는 상부구조물 및 기초의 부재력과 침하량을 과다하게 판단할 가능성이 있다. 본 연구에서는, 상부구조물과 말뚝지지 전면기초의 상호작용을 고려한 상호작용 해석기법을 제안하였으며, 전체 구조물의 거동을 파악하기 위한 상호작용해석기법의 적용성을 고찰하였다. 일련의 수치해석을 통하여 상호작용해석과 일체해석의 결과를 비교한 결과, 본 설계기법으로 산정한 말뚝지지 전면기초의 침하거동 및 휨모멘트가 유한요소해석과 유사하게 나타났다. 또한 상부구조물과 하부기초의 상호작용을 고려하여 전체구조물의 거동을 비교적 정확히 산정하는 것을 알 수 있었다. 이러한 검증을 토대로 본 해석기법이 실제 상부구조물-말뚝지지 전면기초설계에 적용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권12호
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• pp.93-105
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• 2017

본 연구에서는 하수관 손상에 의한 지반함몰 발생 과정에서 지반의 포화도 상승에 따른 흙의 불포화 강도 저하의 영향을 파악하기 위하여, 직접 전단 실험, 모형 실험, 그리고 수치해석을 수행하였다. 직접 전단 시험 결과, 흙의 마찰각은 포화도의 영향을 크게 받지 않으나, 점착력은 포화도의 영향을 크게 받음을 알 수 있다. 포화도 상승에 따른 강도저하의 영향만을 고려하기 위하여, 물의 침투효과를 배제한 모형 실험을 실시하여 지반 함몰 현상을 재현하였다. 지반 함몰은 대변위를 동반하며, 기존 유한요소법의 적용이 어렵다. 본 연구에서는 대변위 해석 기법인 일반 보간 재료점법을 사용하여 수행한 모형실험을 수치적으로 모사하였다. 비록 경계 조건 차이, 불완전 포화, 손상부 연결관의 폐색등에 의해 함몰 시간 등에는 차이가 있었지만, 유사한 토체의 변형 거동이 모형 실험과 수치해석에서 발견되었다.