• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2000년도 추계학술대회논문집
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• pp.563-567
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• 2000

This research is concerned with the dynamic modeling of solar arrays equipped with strain energy hinges(SEH). It is found from experiments that the SEH has nonlinear dynamic characteristics and complex buckling behavior, which is difficult to explain theoretically. In this paper, we use an equivalent one-dimensional nonlinear torsional spring for the SEH. Assuming that solar panels are rigid, we developed the systematic approach for the derivation of the theoretical model for the solar arrays equipped with the multitudes of the SEH. To this end, the kinematic relation of the displacement vector of each body is derived and then applied to the equations of motion. Lagrangian equations of motion are used for the derivations.

• Smart Structures and Systems
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• 제25권5호
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• pp.543-557
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• 2020

This paper presents a series of experimental and numerical investigations on a vertical isolation system with quasi-zero stiffness (QZS) property. The isolation system comprises a linear helical spring and disk spring. The disk spring is designed to provide variable stiffness to the system. Orthogonal static tests with different design parameters are conducted to verify the mathematical and mechanical models of the isolation system. The deviations between theoretical and test results influenced by the design parameters are summarized. Then, the dynamic tests for the systems with different under-load degrees are performed, including the fast sweeping tests, harmonic excitation tests, and half-sine impact tests. The displacement transmissibility, vibration reduction rate, and free vibration response are calculated. Based on the test results, the variation of the transmission rule is evaluated and the damping magnitudes and types are identified. In addition, the relevant numerical time history responses are calculated considering the nonlinear behavior of the system. The results indicate that the QZS isolation system has a satisfactory isolation effect, while a higher damping level can potentially promote the isolation performance in the low-frequency range. It is also proved that the numerical calculation method accurately predicts the transmission character of the isolation system.

• Smart Structures and Systems
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• 제15권6호
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• pp.1601-1623
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• 2015

Electroactive polymers have attracted considerable attention in recent years due to their sensing and actuating properties which make them a material of choice for a wide range of applications including sensors, biomimetic robots, and biomedical micro devices. This paper presents an effective modeling strategy for nonlinear large deformation (small strains and moderate rotations) dynamic analysis of polymer actuators. Considering that the complicated electro-chemo-mechanical dynamics of these actuators is a drawback for their application in functional devices, establishing a mathematical model which can effectively predict the actuator's dynamic behavior can be of paramount importance. To effectively predict the actuator's dynamic behavior, a comprehensive mathematical model is proposed correlating the input voltage and the output bending displacement of polymer actuators. The proposed model, which is based on the rigid finite element (RFE) method, consists of two parts, namely electrical and mechanical models. The former is comprised of a ladder network of discrete resistive-capacitive components similar to the network used to model transmission lines, while the latter describes the actuator as a system of rigid links connected by spring-damping elements (sdes). Both electrical and mechanical components are validated through experimental results.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.167-174
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• 2022

본 연구는 신축이음장치를 설치하지 않고 상부구조와 교대를 일체화하는 무조인트 교량의 거동해석에 대한 것이다. 선행연구에서는 민감도 해석을 통해 무조인트 교량의 최적 수치해석 모들은 상대오차에 의한 변위 형상의 유사성과 정밀도를 유지하면서 실용적인 shell 요소 기반 모델이 가장 적합한 것으로 판단하였다. 따라서 본 연구에서는 shell 요소 기반 모델과 solid 요소 모델간의 벽체 깊이별 거동 분석을 수행하였다. 또한 MIDAS Civil과 ABAQUS를 사용하여 해석 프로그램간 비교를 하였다. 반일체식 교대 교량인 A 교와 B 교의 경우 선형 스프링 조건인 Case 1, +30℃의 경우 지반반력으로 인해 벽체 깊이가 깊어질수록 변위가 감소하였다. -30℃의 경우는 지반반력이 작용하지 않으므로 변위 변화가 미소하였다. 완전일체식 교대 교량인 C 교와 흉벽일체식 교대 교량인 D 교의 경우 말뚝의 저항력으로 인하여 +30℃, -30℃ 모두 벽체 깊이가 깊어질수록 변위가 감소하였다. 해석 프로그램간 비교는 Case 1의 경우 상대오차는 미소하였으나 Case 2의 경우는 차이가 발생하였다. 이는 해석 프로그램에 따른 비선형 스프링의 적용 방식의 차이로 인한 것으로 판단된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제34권5호
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• pp.625-641
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• 2020

The realistic modeling of the beam-column semi-rigid connection in steel frames attracted the attention of many researchers in the past for the seismic analysis of semi-rigid frames. Comparatively less studies have been made to investigate the behavior of steel frames with semi-rigid connections under different types of earthquake. Herein, the seismic behavior of semi-rigid steel frames is investigated under both far and near-field earthquakes. The semi-rigid connection is modeled by the multilinear plastic link element consisting of rotational springs. The kinematic hysteresis model is used to define the dynamic behavior of the rotational spring, describing the nonlinearity of the semi-rigid connection as defined in SAP2000. The nonlinear time history analysis (NTHA) is performed to obtain response time histories of the frame under scaled earthquakes at three PGA levels denoting the low, medium and high-level earthquakes. The other important parameters varied are the stiffness and strength parameters of the connections, defining the degree of semi-rigidity. For studying the behavior of the semi-rigid frame, a large number of seismic demand parameters are considered. The benchmark for comparison is taken as those of the corresponding rigid frame. Two different frames, namely, a five-story frame and a ten-story frame are considered as the numerical examples. It is shown that semi-rigid frames prove to be effective and beneficial in resisting the seismic forces for near-field earthquakes (PGA ≈ 0.2g), especially in reducing the base shear to a considerable extent for the moderate level of earthquake. Further, the semi-rigid frame with a relatively weaker beam and less connection stiffness may withstand a moderately strong earthquake without having much damage in the beams.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.1337-1347
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• 2013

원통형 GFRP 개인하수 처리시설의 극한거동에 대한 매개변수해석을 수행하였다. 지반을 비선형 스프링으로 대체한 해석모델과 3차원 고체요소를 적용한 두 가지 해석모델이 작성되었다. 보강링의 형태와 지반조건의 변화에 따른 개인하수처리시설의 극한거동이 분석되었다. Ramberg-Osgood 모델과 Druker-Prager 모델이 각각 GFRP 및 지반의 비선형성을 나타내기 위하여 적용되었다. 원통형 개인하수처리시설 내부에 설치된 강관 보강링의 직경과 두께 및 지반 탄성계수 및 내부마찰각 등을 매개변수로 하여 하중-변위 관계, 축방향 변형률 및 후프방향 변형률 등이 유한요소해석을 통하여 도출되었고 여러 매개변수들이 강관으로 보강된 개인하수처리시설의 극한강도에 미치는 영향들이 분석되었다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.29-36
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• 2009

본 연구는 철근콘크리트 내부 보-기둥 접합부의 전단거동 예측에 관한 비선형 모델을 제안한 것이다. 보-기둥 접합부 패널존에서의 전단거동 모델을 위하여 면내전단 예측을 위한 연화트러스모델 이론을 수정한 이론을 적용하였다. 이로부터 접합부에서의 평형조건에 의한 등가 모멘트 및 회전 관계를 이용하여 접합부에서의 전단변형 관계를 접합부의 회전스프링의 특성관계로 변환하여 고려토록 하였다. 소개된 해석모델을 축력 및 전단을 받는 내부 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 실험과 비교하였으며, 제시된 모델은 접합부에서의 전단력 뿐만 아니라 전단변형의 예측에도 유효한 것으로 판단되었다.

• 한국도로학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.81-89
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• 2008

본 연구에서는 콘크리트포장의 디웰바 전단시험 절차와 실험결과를 이용하여 PC 스프레드시트에서 다웰바의 지지력계수와 전단 스프링 강성계수를 산정하는 절차를 제시하였다. 세 개의 시험체를 통해 AASHTO의 다웰바 전단시험을 수행하여 콘크리트 포장의 불연속면에서의 전단거동을 모사하였다. 예비실험을 통해 발생한 비틀림 변형을 최소화하기 위해 측면 고정대 사용하여 실험하였다. 초기하중에서의 하중의 재하(loading), 제하(unloading), 재재하(reloading)를 반복수행한 결과 탄성적인 거동을 보여준다. 그러나 전체 하중 범위에서는 다웰바의 지지력계수 또는 전단 스프링 강성계수는 슬래브의 상대 처짐 또는 재하하중에 따라 비선형으로 거동함을 보여준다. 본 실험에서 얻어진 다웰의 지지력계수는 550-880GN/m3으로서 Yoder와 Witczak이 제안하는 407GN/m3보다는 1.4-2.2배가 크게 산정되었다. 이는 측면 고정대를 사용함으로서, 실험시 예상되는 비틀림 변형이 기존의 실험에 비해 적었던 것으로 판단된다. 본 실험에서 얻어진 다웰의 지지력계수 또는 전단 스프링 강성계수는 다웰바를 이용한 콘크리트 불연속면의 구조해석 시 참고자료로 활용될 수 있다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.301-310
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• 2016

There are differences in seismic behavior between non-skewed bridges and skewed bridges due to in-plane rotations caused by pounding between the skewed deck and its abutments during strong earthquake. Many advances have been made in developing design codes and guidelines for dynamic analyses of non-skewed bridges. However, there remain significant uncertainties with regard to the structural response of skewed bridges caused by unusual seismic response characteristics. The purpose of this study is performing non-linear time history analysis of the bridges using abutment-soil interaction model considering pounding between the skewed deck and its abutments, and analyzing global seismic behavior characteristics of the skewed bridges to assess the possibility of unseating. Refined bridge model with abutment back fill, shear key and elastomeric bearing was developed using non-linear spring element. In order to evaluate the amplification of longitudinal and transverse displacement response, non-linear time history analysis was performed for single span bridges. Far-fault and near-fault ground motions were used as input ground motions. According to each parameter, seismic behavior of skewed bridges was evaluated.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.19-30
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• 2014

본 연구에서는 강주탑 기부와 기초콘크리트 연결 구조에 대해서 국내에서 특수교량의 강주탑 기부 설계에 보편적으로 적용하고 있는 명석해협대교(明石海峽大橋) 시방기준과 비선형 FEM 해석결과를 비교하였다. 명석해협대교(明石海峽大橋) 시방기준은 1970년도에 만들어진 일본 기준으로 주탑 기부와 PS 강봉 및 기초콘크리트를 스프링으로 선형 모델링하여 설계하는 방법으로서 43년이 지난 지금까지도 간편성을 이유로 이 기준을 적용하고 있다. 그러나 비선형 FEM 해석결과의 비교를 통해 특수 장대교의 강주탑 기부의 해석 및 설계에 이 기준을 적용하는 것은 여러 가지 문제점이 있음을 알 수 있었으며, 풍하중, 지진하중에 주요하게 저항하면서도 다양한 부재들로 복잡하게 연결된 강주탑 기부에 대해서는 한계상태설계법으로 발전하려는 현 시대에 맞추어 실제 거동을 반영하는 비선형 FEM해석을 적용해야 할 것이다.