• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제12권1호
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• pp.491-500
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• 2020

The present study proposes a time domain model for the Vortex-induced Vibration (VIV) simulation of a catenary riser under the combination of the current and oscillatory flow induced by vessel motion. In this model, the hydrodynamic force of VIV comprises excitation force, hydrodynamic damping and added mass, which are taken as functions of the non-dimensional frequency and amplitude ratio. The non-dimensional frequency is related with the response frequency, natural frequency, lock-in range and the fluid velocity. The relatively oscillatory flow induced by vessel motion is taken into account in the fluid velocity. Considering that the added mass coefficient and the non-dimensional frequency can affect each other, an iterative analysis is conducted at each time step to update the added mass coefficient and the natural frequency. This model is in detail validated against the published test models. The results show that the model can reasonably reflect the effect of the added mass coefficient on the VIV, and can well predict the riser's VIV under stationary and oscillatory flow induced by vessel motion. Based on the model, this study carries out the VIV simulation of a catenary riser with harmonic vessel motion. By analyzing the bending moment near the touchdown point, it is found that under the combination of the ocean current and oscillatory flow the vessel motion may decrease the VIV response, while increase the excited frequencies. In addition, the decreasing rate of the VIV under vessel surge is larger than that under vessel heave at small vessel motion velocity, while the situation becomes opposite at large vessel motion velocity.

• Steel and Composite Structures
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• 제46권3호
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• pp.367-383
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• 2023

In this investigation, an improved integral trigonometric shear deformation theory is employed to examine the vibrational behavior of the functionally graded (FG) sandwich plates resting on visco-Pasternak foundations. The studied structure is modelled with only four unknowns' variables displacements functions. The simplicity of the developed model being in the reduced number of variables which was made with the help of the use of the indeterminate integral in the formulation. The current kinematic takes into consideration the shear deformation effect and does not require any shear correction factors as used in the first shear deformation theory. The equations of motion are determined from Hamilton's principle with including the effect of the reaction of the visco-Pasternak's foundation. A Galerkin technique is proposed to solve the differentials governing equations, which enables one to obtain the semi-analytical solutions of natural frequencies for various clamped and simply supported FG sandwich plates resting on visco-Pasternak foundations. The validity of proposed model is checked with others solutions found in the literature. Parametric studies are performed to illustrate the impact of various parameters as plate dimension, layer thickness ratio, inhomogeneity index, damping coefficient, vibrational mode and elastic foundation on the vibrational behavior of the FG sandwich plates.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.31-41
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• 2024

This study aims to investigate the seismic response of a large span thin shell structures and assess their displacement under seismic loads. The study employs finite element analysis to model a thin shell structure subjected to seismic excitation. The analysis includes eigenvalue analysis and time history analysis to evaluate the natural frequencies and displacement response of the structure under seismic loads. The findings show that the seismic response of the large span thin shell structure is highly dependent on the frequency content of the seismic excitation. The eigenvalue analysis reveals that the tenth mode of vibration of the structure corresponds to a large-span mode. The time history analysis further demonstrates, with 5% damping, that the displacement response of the structure at the critical node number 4920 increases with increasing seismic intensity, reaching a maximum displacement of 49.87mm at 3.615 seconds. Nevertheless, the maximum displacement is well below the allowable limit of the thin shell. The results of this study provide insight into the behaviour of complex large span thin shell structures as elevated foundations for buildings under seismic excitation, based on the displacement contours on different modes of eigenvalues. The findings suggest that the displacement response of the structure is significant for this new application of thin shell, and it is recommended to enhance the critical displacement area in the next design phase to align with the findings of this study to resist the seismic impact.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권7호
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• pp.677-687
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• 2017

항공기는 운용 중에 엔진, 유압펌프, 공력 등에 의한 진동 환경에 노출이 되어 기계구조와 각종 구성품이 고주기 피로로 인해 균열이나 파괴가 될 수 있다. 통상적으로 항공기용 유압 펌프는 액셜 피스톤 타입이 주로 적용되고 있으며, 펌프의 특성상 연속적인 회전에 의한 유량 맥동 발생은 필연적으로 수반된다. 이러한 유압펌프 맥동에 의한 진동을 감소시키기 위해 설치된 Dampener Fitting의 용접 부위에서 균열이 발생하였다. 용접 부위 균열의 원인 파악을 위해 파단면 분석 및 성분분석을 수행하였고, 균열 방지를 위한 설계 개선사항으로 일체형 Fitting 가공 방식을 적용하였다. 일체형 Fitting의 적용 타당성에 대한 설계검증을 위해 구조건전성 응력 해석, 피로수명 해석, 인증시험 및 항공기 체계 장착 시험을 수행하였다. 개선방안에 대한 해석 결과 재료의 요구수명 및 각종 시험의 요구조건에 만족하는 결과를 얻었으며, 개선방안을 운영 항공기에 적용 할 수 있는 것을 객관적으로 검증하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.1-9
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• 2010

대부분의 전단벽 구조물은 통로의 목적으로 개구부를 필요로 하게 되고 전단벽들 사이가 슬래브나 연결보로 연결된 병렬 전단벽의 형태를 띠게 된다. 이러한 구조물에 지진하중이 작용할 때 연결보에 과도한 전단력이 작용하여 연결보가 취성적으로 파괴되거나 전단벽이 먼저 항복하는 문제점이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 연결보에 감쇠장치를 설치하게 되면 구조물의 진동제어효과와 더불어 연결보의 응력집중 및 취성적 파괴를 막을 수 있어서 내진성능 향상을 기대할 수 있다. 본 논문에서는 병렬전단벽 연결보 중앙부에 LRB (Lead Rubber Bearing)가 설치된 구조물의 지진응답제어효과 및 응력의 분포를 평가하여 구조적 효율성을 확인하고자 한다. 이를 위하여 병렬전단벽의 거동을 비교적 정확하게 모사할 수 있는 모형화 방법을 제안하였고, 제안된 모형화 방법을 통하여 지진하중을 받는 예제 병렬구조물에 대한 시간이력해석을 수행한 후 지진응답제어성능을 검토하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.12-18
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• 2021

본 연구는 강제진동으로 인해 교량에 발생되는 휨 변위를 효과적으로 완화하는 것이 목적이다. 단순보의 휨거동 제어를 위하여 스프링과 mass의 관계를 결합한 CTMD(Combine Tuned Mass Damper)를 개발하였다. 개발한 CTMD는 교량의 특성에 따라 질량비의 조절이 가능하도록 CTMD 내부의 Mass를 가감할 수 있는 Mass slot과 Mass block을 설계 제작하였다. CTMD에 적용된 Spring의 최대하중은 33.15N으로 고정하였다. 개발된 CTMD의 성능을 평가하기 위하여 길이 10m, 폭 0.6m, 높이 0.74m인 단순보를 제작하였다. 단순보의 지점조건은 한단 힌지, 한단 롤러로 구성하였다. 실험 방법은 단순보의 중앙에 CTMD를 설치하고 Mass를 조절하여 질량비에 변화를 주어 실험하였다. 이때 질량비에 따른 휨 거동 제어효과는 단순보의 중앙에 설치한 LVDT를 이용하여 측정하였다. 가진 조건은 단순보의 최대 휨 거동을 유발시키기 위하여 단순보의 힌지단에서 1.25m 떨어진 곳에 관성형가진기를 설치하여 3Hz로 흔들었다. 실험 결과 최적의 질량비가 2.1일 때 휨 거동 변위의 감쇠율이 약 71.2%로 최상의 제어효과를 나타내는 것으로 확인되었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제60권5호
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• pp.375-387
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• 2023

The subsea power cables are increasingly important for harvesting renewable energies as we develop offshore wind farms located at a long distance from shore. Particularly, the continuous flexural motion of inter-array dynamic power cable of floating offshore wind turbine causes tremendous fatigue damages on the cable. As the subsea power cable consists of the helical structures with various components unlike a mooring line and a steel pipe riser, the fatigue analysis of the cables should be performed using special procedures that consider stick/slip phenomenon. This phenomenon occurs between inner helically wound components when they are tensioned or compressed by environmental loads and the floater motions. In particular, Vortex-induced vibration (VIV) can be generated by currents and have significant impacts on the fatigue life of the cable. In this study, the procedure for VIV fatigue analysis of the dynamic power cable has been established. Additionally, the respective roles of programs employed and required inputs and outputs are explained in detail. Demonstrations of case studies are provided under severely sheared currents to investigate the influences on amplitude variations of dynamic power cables caused by the excitation of high mode numbers. Finally, sensitivity studies have been performed to compare dynamic cable design parameters, specifically, structural damping ratio, higher order harmonics, and lift coefficients tables. In the future, one of the fundamental assumptions to assess the VIV response will be examined in detail, namely a narrow-banded Gaussian process derived from the VIV amplitudes. Although this approach is consistent with current industry standards, the level of consistency and the potential errors between the Gaussian process and the fatigue damage generated from deterministic time-domain results are to be confirmed to verify VIV fatigue analysis procedure for slender marine structures.

• Earthquakes and Structures
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• 제26권6호
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• pp.417-431
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• 2024

The fundamental period of vibration is one of the most critical parameters in the analysis and design of structures, as it depends on the distribution of stiffness and mass within the structure. Therefore, building codes propose empirical equations based on the observed periods of actual buildings during seismic events and ambient vibration tests. However, despite the fact that infill walls increase the stiffness and mass of the structure, causing significant changes in the fundamental period, most of these equations do not account for the presence of infills walls in the structure. Typically, these equations are dependent on both the structural system type and building height. The different values between the empirical and analytical periods are due to the elimination of non-structural effects in the analytical methods. Therefore, the presence of non-structural elements, such as infill panels, should be carefully considered. Another critical factor influencing the fundamental period is the effect of Soil-Structure Interaction (SSI). Most seismic building design codes generally consider SSI to be beneficial to the structural system under seismic loading, as it increases the fundamental period and leads to higher damping of the system. Recent case studies and postseismic observations suggest that SSI can have detrimental effects, and neglecting its impact could lead to unsafe design, especially for structures located on soft soil. The current research focuses on investigating the effect of infill panels on the fundamental period of moment-resisting and eccentrically braced steel frames while considering the influence of soil-structure interaction. To achieve this, the effects of building height, infill wall stiffness, infill openings and soil structure interactions were studied using 3, 6, 9, 12, 15 and 18-story 3-D frames. These frames were modeled and analyzed using SeismoStruct software. The calculated values of the fundamental period were then compared with those obtained from the proposed equation in the seismic code. The results indicate that changing the number of stories and the soil type significantly affects the fundamental period of structures. Moreover, as the percentage of infill openings increases, the fundamental period of the structure increases almost linearly. Additionally, soil-structure interaction strongly affects the fundamental periods of structures, especially for more flexible soils. This effect is more pronounced when the infill wall stiffness is higher. In conclusion, new equations are proposed for predicting the fundamental periods of Moment Resisting Frame (MRF) and Eccentrically Braced Frame (EBF) buildings. These equations are functions of various parameters, including building height, modulus of elasticity, infill wall thickness, infill wall percentage, and soil types.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.71-80
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• 2013

설계를 위한 교량의 해석모델은 구조물의 안전성을 확보하기 위해 자중 및 외부하중은 되도록 크게, 구조물의 강성은 되도록 작게 평가하는 것이 일반적이다. 때문에 설계모델을 이용한 버페팅 응답은 실제 공용교량의 버페팅 응답과 차이를 나타낸다. 공용교량의 버페팅 응답을 정확하게 예측하기 위해서는 공용교량의 동적특성을 계측하여 해석모델이 계측값을 반영하도록 수정하여야 한다. 일반적으로, 실제교량과 동일한 고유진동수를 갖는 MBM(Measurement -based Model)을 구축하기 위해 설계모델의 다양한 물성치를 파라미터로 조정하며 계측된 고유진동수와 일치시키는 MTM(Manual Tuning Method)이 사용되고 있다. MTM은 파라미터의 초기치 설정에 따른 임의성이 높고 여러 수렴점을 가질 수 있어 분석에 상당한 노력이 소요된다. 본 연구는 버페팅해석에 널리 적용되고 있는 단일모드 주파수영역 해석법이 구조물의 모드형상, 고유진동수 및 감쇠비의 동적특성만을 이용하는 점에 착안하여 MTM과정 없이 설계모델의 버페팅 응답을 공용교량의 버페팅 응답으로 보정하는 BRCM(Buffeting Response Correction Method)을 제안하였다. BRCM은 설계모델의 모드형상 별 버페팅 응답을 공용교량의 고유진동수만으로 보정하는 방법이다. 공용교량의 고유진동수는 상시진동에 의한 계측 가속도로부터 산정하였다. BRCM의 적용성을 단순보 모델의 시간이력 버페팅해석을 수행하여 수치적으로 평가하였으며 공용교량모델을 이용한 버페팅해석결과, BRCM과 MTM의 응답 차이는 3% 이하로 나타났다. 공용교량의 실시간 계측시스템에 BRCM을 도입할 경우 사장교의 유지관리 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국안광학회지
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• 제9권1호
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• pp.145-159
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• 2004

순목(blinking)에 따른 콘택트 렌즈의 운동을 예측할 수 있는 수학적인 모델과 컴퓨터 수치 해석프로그램을 안검(eyelid)의 가속도, 안검-콘택트 렌즈 사이의 미끄럼 마찰력 등을 고려한 운동(회전) 방정식으로부터 도출하였다. 순목시 안검에 의한 콘택트 렌즈의 운동은 안검이 콘택트 렌즈를 누르는 압력, 순목에 소요되는 시간, 콘택트 렌즈의 직경 등 인자에 영향을 받으며, 프로그램 결과로부터 콘택트 렌즈의 피팅에 중요한 요소인 순목 직후 평형 상태에서 이탈된 콘택트 렌즈의 위치에 대한 예측이 가능하였다. 순목 시간이 짧을수록, 콘택트 렌즈의 직경이 클수록 렌즈의 평형 이탈 거리는 크게 증가하였다. 안검의 압력 증가는 콘택트 렌즈 직경이나 순목 시간에 비해 그 영향은 미미하였다. 순목 후 콘택트 렌즈의 각막위 평형 위치로의 귀환은 순목 시간이 적절한 경우에는 순목 종료 직후의 렌즈 위치에 그다지 영향을 받지 않고 빠르게 이루어지지만 콘택트 렌즈의 직경이 큰 경우에는 렌즈 진동이 급격히 느려지기 때문에 평형 위치로 되돌아오는데 시간이 많이 걸리게 될 것이다. 따라서 직경이 대단히 큰 콘택트 렌즈를 착용한 상태에서 순목 시간이 짧은 경우에는 다음 순목때까지 콘택트 렌즈는 평형 위치에 자리잡지 못하는 결과가 발생하여 순목이 계속됨에 따라 영구 고착 등 현상이 발생할 수도 있을 것이다.