• Steel and Composite Structures
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• 제49권6호
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• pp.667-684
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• 2023

In the context of finite element method, a computational simulation is presented to study and analyze the dynamic behavior of regularly perforated functionally graded rotating beam for the first time. To investigate the effect of perforation configurations, both regular circular and squared perforation patterns are studied. To explore impacts of graded material distributions, both axial and transverse gradation profiles are considered. The material characteristics of graded materials are assumed to be smoothly and continuously varied through the axial or the thickness direction according the nonlinear power gradation law. A computational finite elements procedure is presented. The accuracy of the numerical procedure is verified and compared. Resonant frequencies, axial displacements as well as internal stress distributions throughout the perforated graded rotating cantilever beam are studied. Effects of material distributions, perforation patterns, as well as the rotating beam speed are investigated. Obtained results proved that the graded material distribution has remarkable effects on the dynamic performance. Additionally, circular perforation pattern produces more softening effect compared with squared perforation configuration thus larger values of axial displacements and maximum principal stresses are detected. Moreover, squared perforation provides smaller values of nondimensional frequency parameters at most of vibration modes compared with circular pattern.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권7호
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• pp.3207-3215
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• 2012

본 논문에서는 3차 전단변형이론이 고려된 비국소 탄성 이론을 이용한 나노 판의 휨 및 진동에 대하여 연구하였다. 비국소 탄성 이론은 미소 규모 효과를 고려할 수 있고 3차원 전단변형이론은 나노 판의 두께방향으로의 전단 변형률과 전단응력의 곡선변화 효과를 고려할 수 있다. 이러한 두 가지 이론을 이용하여 나노 판의 처짐과 고유진동수에 미치는 비국소 이론의 효과를 제시하였다. 국소 탄성이론과의 관계를 수치해석 결과를 통하여 고찰하였다. 또한 (i) 비국소 계수, (ii) 나노 판의 적층형태, (iii) 나노 판의 보강 방향 그리고 (iv) 나노 판의 적층 수 등이 나노 판의 무차원 처짐에 미치는 효과에 대하여 관찰하였다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 참고문헌의 결과들과 비교 분석하였으며 해석결과는 참고문헌의 결과들과 잘 일치함을 알 수 있었다. 비국소 이론에 의한 나노 판의 처짐에 관한 연구는 향후 관련연구에 비교자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권11호
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• pp.5930-5938
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• 2013

Erigen의 비국소 탄성이론을 이용한 S형상 점진기능재료 나노-스케일 판의 전단변형이론을 정식화하여 평형방성식을 유도하였다. 비국소 탄성이론은 미소 규모 효과를 고려할 수 있고 S형상함수는 점진기능재료의 정확한 특성 변화를 고려할 수 있다. 4변이 단순지지된 나노-스케일 판의 지배방정식을 풀기 위해 Navier 방법을 사용하였다. 거듭 제곱 지수와 비국소 변수의 효과를 나타내기 위한 나노-스케일 판의 해석적 좌굴하중을 제시하였고, 국소 탄성이론과의 관계를 수치해석 결과를 통하여 고찰하였다. 또한 (i) 거듭제곱 지수, (ii) 나노-스케일 판의 크기, (iii) 비국소 계수, (iv) 형상비 그리고 (v) 모드 수 등이 나노-스케일 판의 이축 무차원 좌굴하중에 미치는 효과에 대하여 관찰하였다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 참고문헌의 결과들과 비교 분석하였다.

• Wind and Structures
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• 제16권1호
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• pp.1-23
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• 2013

The wind-induced transient response of internal pressure following the creation of a sudden dominant opening during the occurrence of high external pressure, in low-rise residential and industrial buildings was numerically investigated. The values of the ill-defined parameters namely the flow contraction coefficient, loss coefficient and the effective slug length were calibrated by matching the analytical response with the computational fluid dynamics predictions. The effect of a sudden i.e., "instantaneously created" windward opening in the Texas Technical University (TTU) test building envelope was studied for two different envelope flexibility-leakage combinations namely: (1) a quasi-statically flexible and non-porous envelope and (2) a quasi-statically flexible and porous envelope. The responses forced by creating the openings at different time leads/lags with respect to the occurrence of the peak external pressure showed that for cases where the openings are created in close temporal proximity to the peak pressure, the transient overshoot values of internal pressure could be higher than the peak values of internal pressure in the pre-sequent or subsequent resonant response. In addition, the influence of time taken for opening creation on the level of overshoot was also investigated for the TTU building for the two different envelope characteristics. Non-dimensional overshoot factors are presented for a variety of cavity volume-opening area combinations for (1) buildings with rigid/quasi-statically flexible non-porous envelope, and (2) buildings with rigid/quasi-statically flexible and porous envelope (representing most low rise residential and industrial buildings). While the factors appear slightly on the high side due to conservative assumptions made in the analysis, a careful consideration regarding the implication of the timing and magnitude of such overshoots during strong gusts, in relation to the steady state internal pressure response in cyclonic regions, is warranted.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.137-146
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• 2007

구조물의 거동에 대한 파사드리거의 보강 효과를 검토하고 파사드리거의 최적위치를 추정할 수 있는 수치해석방법이 제시되었다. 구조물 상부의 수평변위를 최소화할 수 있는 파사드리거의 최적위치는 파사드리거의 구속효과에 의한 수평변위 감소량을 극대화함으로서 구할 수 있으며 가새골조와 파사드리거의 휨강성과 전단강성에 의해 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 3가지 형태의 하중, 즉 등분포하중과 삼각분포하중 그리고 구조물 상단에 작용하는 집중하중이 고려되었다. 파사드리거의 최적위치는 무차원 강성변수 ${\omega}$와 ${\beta}$의 함수로서 표현되었으며, 1개부터 4개의 파사드리거를 갖는 구조물을 대상으로 최적위치에 대한 도표를 작성하였다. 비록 본 연구에서 제시된 해석방법이 몇 가지의 가정을 기초로 유도되었으나 고층건물의 초기설계단계에서 파사드리거의 최적위치 결정을 위한 비교적 정확한 정보를 제공할 수 있다고 사료된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제54권5호
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• pp.855-875
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• 2015

Many novel materials exhibit a property of different elastic moduli in tension and compression. One such material is graphene, a wonder material, which has the highest strength yet measured. Investigations on buckling problems for structures with different moduli are scarce. To address this new problem, firstly, the nondimensional expression of the relation between offset of neutral axis and deflection curve is derived based on the phased integration method, and then using the energy method, load-deflection relation of the rod is determined; Secondly, based on the improved constitutive model for different moduli, large deformation finite element formulations are developed and combined with the arc-length method, finite element iterative program for rods with different moduli is established to obtain buckling critical loads; Thirdly, material mechanical properties tests of graphite, which is the raw material of graphene, are performed to measure the tensile and compressive elastic moduli, moreover, buckling tests are also conducted to investigate the buckling behavior of this kind of graphite rod. By comparing the calculation results of the energy method and finite element method with those of laboratory tests, the analytical model and finite element numerical model are demonstrated to be accurate and reliable. The results show that it may lead to unsafe results if the classic theory was still adopted to determine the buckling loads of those rods composed of a material having different moduli. The proposed models could provide a novel approach for further investigation of non-linear mechanical behavior for other structures with different moduli.

• 한국추진공학회지
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• 제22권2호
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• pp.87-95
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• 2018

냉각채널에서의 압력 손실을 수치적으로 연구하기 위하여 채널의 축 방향에 대한 각도, 채널 내부의 유체의 유속, 채널의 직경을 변화시키며 수치해석을 진행하였다. 채널의 축 방향에 대한 각도 변화에 따라서 압력 손실은 큰 변화가 없었다. 하지만 일반적으로 알려진 대로 채널의 직경이 커지면 압력손실이 감소하고, 유체의 유속이 느려지면 압력손실이 감소하는 경향은 두드러지게 나타났다. 이러한 결과는 무차원화 하여 정량화하였고, 기존 채널내부의 압력손실에 대한 경험식과 비교하여 기존 경험식의 타당성을 확인하였다. 본 연구에서 획득한 정보는 향후 냉각채널을 설계할 때 압력손실을 고려함에 있어 도움이 될 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권1A호
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• pp.117-132
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• 2006

3변 고정 1변 자유 직사각형 얇은 판에 대한 기존 해석해를 무차원식으로 유도하고 특성을 분석하였다. Timoshenko와 Woinowsky-Krieger의 방법(1959)은 변장비가 1보다 작은 경우에만 제한적으로 해가 존재하여 처짐 특성에 대한 실용적인 해가 되지 않음을 밝혔다. 굴정(堀井)와 본(本)의 방법(1968)에 수치안정을 위한 항을 추가하여 최대 150개 항까지 구성된 급수해를 구하였고 이로부터 계산한 휨 모멘트의 수렴을 분석하였다. 수정 굴정(堀井)와 본(本)의 방법은 모든 변장비에 대한 처짐 특성을 구할 수 있으나 고정단과 자유단이 접하는 교차점에서의 모멘트 계산은 자유단 경계조건을 만족하지 않으며 그 원인을 분석하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.553-561
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• 2015

지수 함수 및 멱 법칙 함수를 이용한 점진기능재료(FGM) 판의 전단 및 두께 방향 변형을 고려한 이론을 정식화하여 동적 평형방정식을 유도하였다. 지수 함수 및 멱 법칙 함수는 두께 방향으로 재료의 변화를 고려할 수 있고 3차원 해석방법은 전단 및 두께 방향 변형을 고려함으로써 점진기능재료의 정확한 구조적 특성을 고려할 수 있다. Pasternak탄성지반 위에 놓인 4변이 단순 지지되고 전단 및 두께 방향 변형이 고려된 점진기능재료 판의 지배방정식을 풀기 위해 Navier 방법을 사용하였다. 거듭제곱 지수와 3차원 해석의 효과를 나타내기 위한 지수 및 멱 법칙 점진기능재료 판의 동적 해석결과를 제시하였다. 기존의 2차원 고차전단변형 이론 및 3차원 이론과의 관계를 수치해석 결과를 통하여 고찰하였다. 또한 (i) 거듭제곱 지수, (ii) 폭-두께 비, 그리고 (iii) 탄성지반 계수, 등이 점진기능재료 판의 자유진동수에 미치는 효과에 대하여 관찰하였다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 참고문헌의 결과들과 비교 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권2호
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• pp.1109-1117
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• 2014

본 논문에서는 S형상함수를 이용한 점진기능재료 나노-스케일 판의 자유진동 특성에 미치는 비국소 탄성 이론의 효과에 대하여 연구하였다. 비국소 탄성 이론은 미소 규모 효과를 고려할 수 있고 S형상함수는 점진기능재료의 정확한 특성변화를 고려할 수 있다. 이러한 이론을 이용하여 나노-스케일 판의 고유진동수에 미치는 비국소 이론의 효과를 제시하였고, 국소 탄성이론과의 관계를 수치해석 결과를 통하여 고찰하였다. 또한 (i) 거듭제곱 지수, (ii) 비국소 계수, (iii) 탄성계수 비 그리고 (iv) 나노-스케일 판의 두께 및 형상 변화 등이 나노-스케일 판의 무차원 진동수에 미치는 효과에 대하여 관찰하였다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 참고문헌의 결과들과 비교 분석하였으며 해석결과는 참고문헌의 결과들과 잘 일치함을 알 수 있었다. 비국소 이론에 의한 나노-스케일 판의 진동에 관한 연구는 향후 관련연구에 비교자료로 활용될 수 있을 것이다.