• Steel and Composite Structures
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• 제51권6호
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• pp.661-678
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• 2024

The utilization of geopolymer recycled aggregate concrete (GRAC) as the infilled core of the concrete-filled steel tubular (CFST) columns provides superior economic and environmental benefits. However, limited research exists within the field of geopolymer recycled aggregate concrete considered a green and sustainable material, in addition to the limitation of the design guidelines to predict the behavior of such an innovative new material combination. Moreover, the behavior of high-strength concrete is different from the normal-strength one, especially when there is another material of high-strength properties, such as the steel tube. This paper aims to investigate the behavior of the axially loaded square high-strength GRACFST columns through the nonlinear finite element analysis (NLFEA). A total of thirty-two specimens were simulated using ABAQUS/Standard software with three main variables: recycled aggregate replacement ratio (0, 30, and 50) %, width-to-thickness ratios (52.0, 32.0, 23.4, and 18.7), and length-to-width ratio (3, 5, 9, and 12). During the analysis, the response in terms of the axial load versus the longitudinal strain was recorded and plotted. In addition, various mechanical properties were calculated and analyzed. In view of the results, it has been demonstrated that the mechanical properties of high-strength GRACFST columns such as ultimate load-bearing capacity, compressive stiffness, energy absorption capacity, and ductility increase with the increase of the steel tube thickness owing to the improvement of the confinement effect of the steel tube. In contrast, the incorporation of the recycled aggregate adversely affected the mentioned properties except the ductility, while the increase of the recycled aggregate replacement ratio improved the column's ductility. Moreover, it has been found that the increase in the length-to-width ratio significantly reduced both the failure strain and the energy absorption capacity. Finally, the obtained NLFEA results of the ultimate load-bearing capacity were compared with the corresponding predicted capacities by numerous codes. It has been concluded that AISC, ACI, and EC give conservative predictions for the ultimate load-bearing capacity since the confinement effect was not considered by these codes.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제91권2호
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• pp.211-225
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• 2024

Soft bending actuators have gained significant interest in robotic applications due to their compliance and lightweight nature. Their compliance allows for safer and more natural interactions with humans or other objects, reducing the risk of injury or damage. However, the nonlinear behaviour of soft actuators presents challenges in accurately predicting their bending motion and force exertion. In this research, a new comprehensive study has been conducted by employing a developed 3D finite element model (FEM) to investigate the effect of geometrical and material parameters on the bending behaviour of a soft pneumatic actuator reinforced with Kevlar fibres. A series of experiments are designed to validate the FE model, and the FE model investigates the improvement of actuator performance. The material used for fabricating the actuator is RTV-2 silicone rubber. In this study, the Cauchy stress was expanded for hyperelastic models and the best model to express the stress-strain behaviour based on ASTM D412 Type C tensile test for this material has been obtained. The results show that the greatest bending angle was achieved for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 1.5 mm and second layer thickness of 1 mm. In comparison, the maximum response force was obtained for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 6 mm and a second layer thickness of 2 mm. Additionally, this research opens up new possibilities for development of safer and more efficient robotic systems that can interact seamlessly with humans and their environment.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권5호
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• pp.563-581
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• 2024

This paper presents a novel finite element model for the free vibration analysis of variable-thickness functionally graded porous (FGP) microplates resting on Pasternak's medium in the hygro-thermal environment. The governing equations are established according to refined higher-order shear deformation plate theory (RPT) in construction with the modified couple stress theory. For the first time, three-node triangular elements with twelve degrees of freedom for each node are developed based on Hermitian interpolation functions to describe the in-plane displacements and transverse displacements of microplates. Two laws of variable thickness of FGP microplates, including the linear law and the nonlinear law in the x-direction are investigated. Effects of thermal and moisture changes on microplates are assumed to vary continuously from the bottom surface to the top surface and only cause tension loads in the plane, which does not change the material's mechanical properties. The numerical results of this work are compared with those of published data to verify the accuracy and reliability of the proposed method. In addition, the parameter study is conducted to explore the effects of geometrical and material properties such as the changing law of the thickness, length-scale parameter, and the parameters of the porosity, temperature, and humidity on the free vibration response of variable thickness FGP microplates. These results can be applied to design of microelectromechanical structures in practice.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제37권4호
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• pp.283-293
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• 2024

본 논문에서는 지진 하중으로 인한 급격한 구조손상탐지를 수행하기 위해 분산점 칼만필터(Unscented Kalman Filter, UKF)와 파티클 필터(Particle Filter)를 소개하고 지진 손상 시나리오에 적용 및 비교·검토하였다. 이때, 비선형 전단 빌딩을 모사하기 위해 Bouc-Wen 모델을 사용하였고, 급격한 변화를 추정하기 위해 추가적으로 적응형 기법(Adaptive rule)인 Adaptive Jumping Method를 두 필터 모두에 적용하였다. 적용 결과 두 오리지날 필터 모두 급격한 손상 시점과 정도를 파악하지 못하였고, 적응형 기법을 반영하였을 경우에만 시점 파악이 가능하였다. 하지만, 여전히 손상 정도를 정확히 파악하지 못하였고, 두 방법 모두 제안된 적응형 기법을 새로이 조정하였을 경우에 정확한 추정이 가능함을 확인하였다. 최종적으로 계산시간을 고려하였을 때, 새로운 형태의 적응형 기법을 적용한 UKF 사용을 제안하는 것으로 비교 검토를 수행하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제91권5호
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• pp.487-502
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• 2024

This study introduces a novel 'multi-mushroom' structural system designed to improve seismic performance in lowrise buildings. Traditional low-rise structures tend to favor sliding over rocking due to their smaller aspect ratios despite the rocking system's superior seismic response reduction. Rocking designs allow structures to pivot at their base during seismic events, reducing damage by dissipating energy. The proposed multi-mushroom system divides the building into four equal sections with small gaps in between, each capable of independent rocking. Numerical analyses are conducted using scaled earthquake records from far- and near-source events to evaluate this system's performance. The results indicated that the multimushroom system significantly reduces plastic hinge formation compared to conventional designs. The system also demonstrated enhanced beam performance and a robust base girder, contributing to reduced collapse vulnerability. The 3-story model exhibited the most favorable behavior, effectively mitigating peak roof drift values, where the rocking system achieved a 21% reduction in mean roof displacement for near-field records and 15% for far-field records. However, the 5-story configuration showed increased roof displacement, and the 7-story model recorded higher incidences of collapse prevention (CP) hinges, indicating areas for further optimization. Overall, the multi-mushroom system enhances seismic resilience by minimizing plastic hinge formation and improving structural integrity. While the system shows significant promise for low-rise buildings, challenges related to roof displacement and inter-story drift ratio in taller structures necessitate further research. These findings suggest that the multi-mushroom system offers a viable solution for seismic risk reduction, contributing to safer and more sustainable urban development in earthquake-prone areas.

• Smart Structures and Systems
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• 제33권5호
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• pp.365-374
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• 2024

This paper adopts a new approach in which nonlinear vibrations can be controlled using fuzzy controllers by optimal grey evolutionary algorithm. If the fuzzy controller cannot stabilize the systems, then the high frequency is injected into the system to assist the controller, and the system is asymptotically stabilized by adjusting the parameters. This paper uses the GM (grey model) and the neural network prediction model. The structure of the neural network is improved from a single factor, and multiple data inputs are extended to various factors and numerous data inputs. The improved model expands the applicable range of uncontrolled elements and improves the accuracy of controlled prediction, using the model that has been trained and stabilized by multiple learning. The simulation results show that the improved gray neural network model has higher prediction accuracy and reliability than the traditional GM model, improving controlled management and pre-control ability. In the combined prediction, the time series parameters and the predicted values obtained from the GM (1,1) (Grey Model of first order and one variable) are simultaneously used as the input terms of the neural network, considering the influence of the non-equal spacing of the data, which makes the results of the combined gray neural network model more rationalized. By adjusting the model structure and system parameters to simulate and analyze the controlled elements, the corresponding risk change trend graphs and prediction numerical calculation results are obtained, which also realize the effective prediction of controlled elements. According to the controlled warning principle and objective, the fuzzy evaluation method establishes the corresponding early warning response method. The goals of this paper are towards access to adequate, safe and affordable housing and basic services, promotion of inclusive and sustainable urbanization and participation, implementation of sustainable and disaster-resilient buildings, sustainable human settlement planning and manage.

• 지구물리와물리탐사
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• 제21권3호
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• pp.150-161
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• 2018

최근의 정보통신기술 발전에 기반한 무인 항공 전자탐사는 효율적인 광역 탐사가 가능하다는 장점으로 인해 다양한 활용이 시도되고 있다. 이 연구에서는 무인 항공 전자탐사의 실제 적용을 위한 이론 연구의 일환으로 한국지질자원연구원에서 개발된 무인 비행선 전자탐사 시스템에 대한 고찰을 수행하였다. 이 시스템은 기존의 항공 전자탐사 시스템들과는 다른 송수신루프의 배치로 인해 측정되는 자기장을 해석하기 위한 새로운 기술이 필요하다. 따라서, 임의의 모양을 갖는 송신원에 의한 전자기장 반응을 계산할 수 있는 방법을 제안하였으며 원형루프에 의한 이론해와의 비교 검증을 통해 그 타당성을 확인하였다. 또한, 3차원적으로 분포한 지하의 전도성 이상체에 의한 자기장 반응을 모사하기 위하여 변유한요소법 기반의 3차원 주파수영역 전자탐사 모델링 알고리듬과 결합하였다. 개발된 알고리듬을 바탕으로 지하 이상체에 의한 자기장 반응분석을 수행한 결과, 기존 항공 전자탐사 시스템들과 마찬가지로 탐사고도가 높아지거나 이상체의 심도가 깊어짐에 따라 이상체에 의한 반응이 줄어듦을 알 수 있었고 이상체의 전기비저항이 증가함에 따라서도 반응이 작아지는 것을 확인하였다. 그러나, 이상체의 심도 및 전기전도도와 사용 주파수에 따라 이상성분의 반응양상이 비선형적인 경향을 나타내는 구간이 존재하여, 자료해석 시 반응의 크기를 통한 단순 해석이 어려워지며 겉보기 비저항 계산 시에도 해의 비유일성을 야기시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서 실제로 시스템을 활용하여 탐사를 수행할 시, 탐사목적 및 현장 조건을 고려한 사전 모델링을 통해 적합한 주파수 대역 및 탐사고도를 설정하여 탐사를 수행하는 것이 선행되어야 한다.

• 한국응용곤충학회지
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• 제50권4호
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• pp.343-352
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• 2011

줄무늬잎마름병을 매개하는 애멸구, Laodelphax striatellus Fallen의 온도에 따른 알 및 약충 발육 기간을 12.5, 15, 17.5, 20, 22.5, 25, 27.5, 30, 32.5, $35{\pm}1^{\circ}C$의 10개 항온, 14:10 (L:D) h 광, 상대습도 30~40% 조건에서 조사하였다. 알은 모든 온도 조건에서 1령으로 성공적으로 발육하였으며, 발육기간은 $12.5^{\circ}C$에서 44.5일로 가장 길었고 온도가 증가함에 따라 짧아져 $35^{\circ}C$에서 5.8일로 가장 짧았다. 약충은 12.5, 15, 17.5, 20, 22.5, 25, 27.5, $30^{\circ}C$에서 성충까지 발육 가능하였으며, 각 온도에서 약충 전체 발육기간은 132.7, 55.9, 37.7, 26.9, 20.2, 15.8, 14.9, 17.4일이 소요되었다. 온도와 발육율과의 관계를 설명하기 위해 선형 및 4개의 비선형 (Briere 1, Lactin 2, Logan 6, Poikilotherm rate) 모델을 사용하여 분석하였다. 선형 모델을 이용하여 추정한 알과 약충 전체기간 발육을 위한 발육영점온도는 각각 $10.2^{\circ}C$와 $10.7^{\circ}C$였으며 발육에 필요한 유효적산온도는 각각 122.0, 238.1DD였다. 4가지 비선형 모델 중 Poikilotherm rate 모델이 모든 발육단계에서 온도와 발육율과의 관계를 가장 잘 설명하였다 ($r^2$=0.98~0.99). 알 및 유충의 발육단계별 발육완료 분포는 two-parameter Weibull 함수를 사용하였으며 모든 발육단계에서 비교적 높은 상관관계 ($r^2$=0.84~0.94) 값을 보여 양호한 모형 적합성을 보였다. DYMEX$^{(R)}$(version 3.0)를 이용하여 2개 지역에서 애멸구 월동 개체군의 발육을 추정한 결과 월동 후 개체군의 생리적 연령을 0.2로 가정하고 온도발육 모델로 Poikilotherm rate 모델을 사용하였을 경우 높은 우화시기 예측력을 볼 수 있었다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제2권4호
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• pp.73-86
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• 1998

본 논문의 목적은 현재 국내에서 개발중인 KALIMER(Korea Advanced Liquid Metal Reactor) 액체금속로의 면진설계지침서에 포함될 고감쇠 적층고무베어링에 대한 전단 강성 평가법 히스테레틱 거동해석법 그리고 대변형에서의 종국거동 해석법을확립하고자하는데 있다 이를 위하여 1/8축소규모의 고감쇠 적층고무베어링을 설계제작하고 특성실험을 수행하여 제안된 전단강성식의 타당성을 검토하였다 그리고 비선형 수정 Rate 모델을 사용한 적층고무베어링의 히스테레틱 거동해석을 수행하기 위하여 히스테레틱실험결과로부터 성능특성식을 구하고 이를 1자유도계를 이용한 지진해석에 적용하여 실험결과와 비교함으로서 제안된 모델의 정확성을 입증하였다 본 논문에서 사용한 고감쇠 적층고무베어링에 대한 대변형에서의 안정성을 평가하기 위하여 수정 Macro 모델을 이용한 종국거동해석을 수행하였다 종국거동 해석결과로부터 안정성평가를 위하여 안정전단변형한계(Critcal shear strain)를 정의하였으며 해석결과 수직하중이 증가함에 따라서 안정전단변형한계가 급격히 감소함을 알수 있었다 본논문에 사용된 고감쇠 적층고무베어링은 설계수직하중에 대해서는 종국거동에서이 존재하지 않았으나 설계수직하중의 약 5배가 작용할 경우가 350% 전단변형률부터 불안정 천이현상이 발생하였으며 약 7배가 작용할 경우에 안정전단변형한계는 340%로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.377-387
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• 2014

본 연구는 지진에 대한 구조물의 손상을 최소화 하기 위하여 슬립 저항력을 활용한 새로운 형태의 마찰 댐퍼형 가새 시스템의 설계와 개발을 주로 다루고자 한다. 가새 부재 내에서 전단력에 의한 마찰 거동으로 상당량의 에너지를 수동적으로 소산하기 위하여 플레이트 전단 이음부 위에 슬롯 형태의 볼트 구멍을 설치한다. 여기에 전단 마찰 거동으로 인해 발생되는 잔류변형을 줄이고자 상온에서 원형복원이 가능한 초탄성 형상합금 와이어를 꼬아서 만든 연선을 설치하여 댐퍼 시스템 내에 복원성을 증진 시켰다. 기존에 주로 사용된 수동적인 변위 제어 장치와 비교하여 본 연구에서 다루고자 하는 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼형 가새 시스템은 중심 가새 프레임 구조물에 손쉽게 설치하여 지진발생 후에 구조물에 발생하는 층간 잔류변위를 최소화하여 유지 보수에 소모되는 비용의 대폭적인 절감을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼형 가새 시스템의 역학적인 거동 메커니즘을 살펴보고 실험값으로 보정되어 신뢰성을 확보한 스프링 모델을 사용하여 해석을 실시하였다. 시스템에 다양한 설계 변수를 적용하여 복원성과 에너지 소산 능력 측면에서 제안된 댐퍼의 성능 동향을 분석을 하고 최적의 설계 방식을 제안하고자 한다. 마지막으로 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼를 중심 가새 프레임 구조물에 설치하여 비선형 동적 해석을 실시하고 기존의 시스템과 비교하여 성능적인 우수성을 입증하고자 한다.