• 한국지진공학회논문집
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• 제22권7호
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• pp.379-390
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• 2018

In this study, a numerical approach based on mid-point integrated finite elements and a viscous boundary is proposed for time-domain wave-propagation analyses in infinite poroelastic media. The proposed approach is accurate, efficient, and easy to implement in time-domain analyses. In the approach, an infinite domain is truncated at some distance. The truncated domain is represented by mid-point integrated finite elements with real element-lengths and a viscous boundary is attached to the end of the domain. Given that the dynamic behaviors of the proposed model can be expressed in terms of mass, damping, and stiffness matrices only, it can be implemented easily in the displacement-based finite-element formulation. No convolutional operations are required for time-domain calculations because the coefficient matrices are constant. The proposed numerical approach is applied to typical wave-propagation and soil-structure interaction problems. The model is verified to produce accurate and stable results. It is demonstrated that the numerical approach can be applied successfully to nonlinear soil-structure interaction problems.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.427-435
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• 2021

환경시설물, 댐과 같은 유체를 저장하는 시설물을 대상으로 엄밀하게 지진 거동을 평가하기 위해서는 유체-구조물 상호작용을 고려한 해석이 필요하다. 특히, 댐-호소 계와 같이 상류 방향으로 무한 영역을 가지는 경우에는 이를 적절히 고려해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 댐-호소 계와 같은 반무한 유체 영역을 갖는 시스템을 대상으로 무한 영역의 파전파 해석 및 유체-구조물 상호작용 해석을 위한 실용적인 수치 모형을 제시하였다. 시간영역에 적용가능한 방법으로 정확하면서도 경계적인 해석이 가능하다. 무한 유체 영역에 대해서는 일반 acoustic finite element 대신 작은 개수의 mid-point integrated acoustic finite element를 적용하고 최종 경계에는 점성경계를 부과한다. 제안하는 방법의 유효성과 정확성을 검증하기 위해 강체 댐체를 가정한 반무한 호소계를 대상으로 적용하는 요소의 개수, 모델링 영역 크기 등을 매개변수로 해석해와 비교·검증하였다. 제안된 방법을 적용하여 댐-호소 계의 유체-구조물 상호작용을 부가질량을 사용하는 경우와 비교하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.221-230
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• 2021

전역 최적화 문제의 해를 유전 알고리즘을 사용하여 얻어 완전파형역산을 수행하고 층상 반무한체의 물성치를 추정하는 기법을 제안한다. 조화 수직 하중이 작용하는 층상 반무한체의 동적 응답을 측정하고, 이를 추정 물성치를 사용하여 계산된 응답과 비교한다. 응답의 추정치는 mid-point integrated finite element와 perfectly matched discrete layer를 사용하여 구성된 thin-layer model로부터 얻는다. 전역 최적화 문제의 목적 함수는 응답의 관측치와 추정치의 차이에 대한 L2-norm으로 계산된다. 유전 알고리즘을 사용하여 전역 최적화 문제의 해를 구하여 완전파형역산을 수행한다. 제안된 기법을 기본 진동 모드 뿐만이 아니라 고차 진동 모드도 우세한 다양한 층상 반무한 매질에 적용하여, 측정치가 잡음을 포함하지 않는 경우와 포함하는 경우 모두에 대해서 제안된 완전파형역산 기법은 층상 반무한체의 재료 특성을 추정하는데 적합함을 확인할 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제29권2호
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• pp.253-261
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• 2005

In decades, a substantial body of work on a unified viscoplastic model which considers the mechanism of plastic deformation and creep deformation has developed. The systematic scheme for numerical analysis of unified model is necessary because the dominant failure mechanism is the defect growth and coalescence in materials. In the present study, the unified viscoplastic model for materials with defects suggested by Suquet and Michel was employed for numerical analysis. The constitutive equations are integrated based on the generalized mid-point rule and implemented into a finite element program (ABAQUS) by means of user-defined subroutine (UMAT). To evaluate the validity of the developed UMAT code and the assessment of the adopted viscoplastic model, the results obtained from the UMAT code was compared with the numerical reference solution and experimental data. The unit cell analysis also has been investigated to study the effect of strain rate, temperature, stress triaxiality and initial defect volume fraction on the growth and coalescence of the defect.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.383-390
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• 2020

유연한 지반에 놓인 액체저장탱크의 지진 거동은 유체-구조물-지반 상호작용에 의해 복잡하게 나타나므로, 이 시스템의 지진응답과 피해를 정확하게 예측하기 위해서는 이를 엄밀히 고려하여야 한다. 이 연구에서는 유체-구조물-지반 상호작용을 엄밀히 고려하여 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 수행하고 그 응답 특성을 분석하고자 한다. 이를 위해 지진하중 작용 시 발생하는 유체의 동수압력 및 지반과 구조물 간의 상호작용력을 유한요소 기법을 사용하여 산정한다. 이때, 반무한 지반에서의 에너지 방사를 고려하기 위해 mid-point integrated finite element와 점성 감쇠기를 사용하여 지반 원역의 거동을 모사한다. 이와 같이 산정된 동수압력과 지반-구조물 상호작용력을 구조물의 유한요소에 작용시킨다. 자유장 해석을 통하여 입사 지진파에 의한 유효 지진력을 산정한다. 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 통하여 지반-구조물 상호작용의 효과로 인해 시스템 응답의 변화가 다양하게 나타남을 확인할 수 있다. 그러므로, 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 내진설계를 수행하거나 내진성능을 검토할 때는 유체-구조물-지반 상호작용을 엄밀히 고려하여야 할 것이다.

• Steel and Composite Structures
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• 제47권2호
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• pp.167-184
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• 2023

In this study, a new recentering friction device (RFD) to retrofit steel moment frame structures is introduced. The device provides both self-centering and energy dissipation capabilities for the retrofitted structure. A hybrid performance-based seismic design procedure considering multiple limit states is proposed for designing the device and the retrofitted structure. The design of the RFD is achieved by modifying the conventional performance-based seismic design (PBSD) procedure using computational intelligence techniques, namely, genetic algorithm (GA) and artificial neural network (ANN). Numerous nonlinear time-history response analyses (NLTHAs) are conducted on multi-degree of freedom (MDOF) and single-degree of freedom (SDOF) systems to train and validate the ANN to achieve high prediction accuracy. The proposed procedure and the new RFD are assessed using 2D and 3D models globally and locally. Globally, the effectiveness of the proposed device is assessed by conducting NLTHAs to check the maximum inter-story drift ratio (MIDR). Seismic fragilities of the retrofitted models are investigated by constructing fragility curves of the models for different limit states. After that, seismic life cycle cost (LCC) is estimated for the models with and without the retrofit. Locally, the stress concentration at the contact point of the RFD and the existing steel frame is checked being within acceptable limits using finite element modeling (FEM). The RFD showed its effectiveness in minimizing MIDR and eliminating residual drift for low to mid-rise steel frames models tested. GA and ANN proved to be crucial integrated parts in the modified PBSD to achieve the required seismic performance at different limit states with reasonable computational cost. ANN showed a very high prediction accuracy for transformation between MDOF and SDOF systems. Also, the proposed retrofit showed its efficiency in enhancing the seismic fragility and reducing the LCC significantly compared to the un-retrofitted models.