• Structural Engineering and Mechanics
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• 제71권5호
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• pp.485-502
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• 2019

In this research, the nonlinear static, buckling and vibration analysis of viscoelastic micro-composite beam reinforced by various distributions of boron nitrid nanotube (BNNT) with initial geometrical imperfection by modified strain gradient theory (MSGT) using finite element method (FEM) are presented. The various distributions of BNNT are considered as UD, FG-V and FG-X and also, the extended rule of mixture is used to estimate the properties of micro-composite beam. The components of stress are dependent to mechanical, electrical and thermal terms and calculated using piezoelasticity theory. Then, the kinematic equations of micro-composite beam using the displacement fields are obtained. The governing equations of motion are derived using energy method and Hamilton's principle based on MSGT. Then, using FEM, these equations are solved. Finally the effects of different parameters such as initial geometrical imperfection, various distributions of nanotube, damping coefficient, piezoelectric constant, slenderness ratio, Winkler spring constant, Pasternak shear constant, various boundary conditions and three material length scale parameters on the behavior of nonlinear static, buckling and vibration of micro-composite beam are investigated. The results indicate that with an increase in the geometrical imperfection parameter, the stiffness of micro-composite beam increases and thus the non-dimensional nonlinear frequency of the micro structure reduces gradually.

• Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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• 제4권4호
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• pp.146-162
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• 2018

The unsteady problem of a rigid body impact onto a floating plate is studied. Both the plate and the water are at rest before impact. The plate motion is caused by the impact force transmitted to the plate through an elastic layer with viscous damping on the top of the plate. The hydrodynamic force is calculated by using the second-order model of plate impact by Iafrati and Korobkin (2011). The present study is concerned with the deceleration experienced by a rigid body during its collision with a floating object. The problem is studied also by a fully-nonlinear computational-fluid-dynamics method. The elastic layer is treated with a moving body-fitted grid, the impacting body with an immersed boundary method, and a discrete-element method is used for the contact-force model. The presence of the elastic layer between the impacting bod- ies may lead to multiple bouncing of them, if the bodies are relatively light, before their interaction is settled and they continue to penetrate together into the water. The present study is motivated by ship slamming in icy waters, and by the effect of ice conditions on conventional free-fall lifeboats.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권4호
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• pp.357-370
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• 2024

Due to the fact that the mechanism of the effects of temperature and initial geometric imperfection on low-velocity impact problem of axially moving plates is not yet clear, the present paper is to fill the gap. In the present paper, the nonlinear dynamic behavior of axially moving imperfect graphene platelet reinforced metal foams (GPLRMF) plates subjected to lowvelocity impact in thermal environment is analyzed. The equivalent physical parameters of GPLRMF plates are estimated based on the Halpin-Tsai equation and the mixing rule. Combining Kirchhoff plate theory and the modified nonlinear Hertz contact theory, the nonlinear governing equations of GPLRMF plates are derived. Under the condition of simply supported boundary, the nonlinear control equation is discretized with the help of Gallekin method. The correctness of the proposed model is verified by comparison with the existing results. Finally, the time history curves of contact force and transverse center displacement are obtained by using the fourth order Runge-Kutta method. Through detailed parameter research, the effects of graphene platelet (GPL) distribution mode, foam distribution mode, GPL weight fraction, foam coefficient, axial moving speed, prestressing force, temperature changes, damping coefficient, initial geometric defect, radius and initial velocity of the impactor on the nonlinear impact problem are explored. The results indicate that temperature changes and initial geometric imperfections have significant impacts.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.1813-1818
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• 2014

햅틱 시스템에는 사용자인 인간이 항상 포함되므로, 인간 임피던스에 의한 시스템 안정성 분석이 필요하다. 특히, 일차 홀드 방식의 햅틱 시스템에 대한 인간 임피던스의 안정성 영향 분석이 미진하다. 본 논문에서는 선형 2차 시스템으로 모델화된 인간의 임피던스 모델을 포함하는, 일차 홀드 방식의 햅틱 시스템에 대한 안정성을 루드-후르비쯔 (Routh-Hurwitz)안정성 판별법을 이용하여 해석했다. 가상 벽 모델인 가상 스프링 상수 ($K_w$)의 안정성 영역과 인간 임피던스의 질량 ($M_h$), 댐핑 ($B_h$),그리고 스프링 상수 ($K_h$)와의 관계를 루드-후르비쯔 안정성 판별법을 이용하여 분석한 결과, 스프링 상수 ($K_h$)가 일정할 때 가상 스프링 상수 ($K_w$)는 인간 임피던스의 질량 ($M_h$)과 댐핑 ($B_h$)의 제곱근에 비례했다. 또한 인간 임피던스의 질량 ($M_h$)또는 댐핑 ($B_h$)가 일정할 때 가상 스프링 상수 ($K_w$)는 스프링 상수 ($K_h$)의 0.48배만큼 감소했다. 이를 종합하여 $K_w{\leq}54413{\sqrt{(M_h+M_d)(B_h+B_d)}}-0.486K_h$의 모델을 제안했고, 이론 값들과 제시된 모델로부터 계산된 값을 비교한 결과 평균적인 상대오차가 0.5%로 작게 나타났다. 제시된 모델이 인간 임피던스 모델과 가상 스프링 상수와의 관계를 비교적 잘 표현하고 있다.

• 한국안광학회지
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• 제6권1호
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• pp.13-29
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• 2001

주기적으로 변하는 압력이 loose 또는 tight fitting 상태의 콘택트렌즈와 같은 diaphragm에 작용하여 진동이 발생하는 경우 diaphragm의 가장자리(edge)는 단순지지(simply supported) 또는 고정(rigidly clamped) 상태로 가정할 수 있으며, 이러한 가정하에 diaphragm의 진동을 해석할 수 있는 미분방정식과 그 해를 구하는 컴퓨터 프로그램을 작성하였으며 이 컴퓨터 모델을 사용하여 진폭 및 출력을 예측하고 diaphragm의 반경 및 두께, damping, 작용하는 압력의 진동수 등 제반 변수가 진동에 미치는 영향을 모사하였다. 외부 압력의 진동수가 어떤 범위 이상에서는 diaphragm의 파형은 한 개의 peak를 가지는 원호형에서 2개의 peak를 가지는 파도형으로 전환되며 이 때 진동수가 증가함에 따라 diaphragm의 바깥 부분의 peak가 안쪽 peak보다 높아지는 것을 알 수 있다. 이러한 경향이 시작되는 진동수는 diaphragm의 가장자리가 단순지지된 경우가 clamped 된 경우보다 훨씬 낮다. 단순지지된 diaphragm의 진동은 고정단 진동에 비하여 기본 공진(fundamental resonance)이 월등히 낮은 진동수에서 발생하며, 따라서 저주파 영역에서는 진동수가 낮아질수록 두 진동간의 진폭차가 커지지만 고주파 영역에서는 그 차이가 미미하게 된다. 또한 단순지지 diaphragm의 진동의 특징은 진동수의 증가에 따라 여러개의 공진(harmonics)이 발생하지만 전체적으로 진폭은 급격하게 감소한다. 그러나 저주파 영역에서 단순지지 진동의 진폭이 크다고 해도 출력은 낮기 때문에 diaphragm의 진동에 따른 출력(power)은 특정 진동수에서 하나의 주 peak를 갖는다. 단순지지된 diaphragm이 진동할 때 diaphragm의 출력 공진진동수는 두께가 증가할수록 감소한다. 이 경우 형성되는 harmonics의 출력은 기본공진의 강도에 비해 현저하게 떨어지는 것이 진폭의 경우와 대조적이다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제17권3호
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• pp.138-148
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• 2005

부유체 및 부유식 교량과 같은 부유식 구조물이 파랑하중에 대하여 나타내는 동적거동을 주파수영역에서 구하는 연구를 수행하였다. 먼저, 부분적으로 유체에 잠겨 파랑하중의 작용을 받는 부유체에 대하여, 이의 강체운동과 관련된 동유체력계수인 부가질량, 감쇠 및 파강제력를 선형포텐셜이론과 경계요소법을 이용하여 주파수 영역에서 산정한다 다음으로,부유식 교량과 같이 앞에서 구한 부유체로 지지되며 유한요소를 이용하여 모델링 되는 부유식 구조물에 대하여, o)의 동적거동에 관한 운동방정식을 수립한다. 동유체력계수들이 주파수 의존적 성질을 가지므로 해석은 주파수영역에서 수행한다. 적용 예제로서 반구와 같은 부유체를 이용하여 해석결과를 문헌과 비교 검증한 후,부유식 교량을 지지하는 폰툰형 부유체에 대한 동유체력계수들을 구하고, 이를 이용하여 설계 파랑하중을 받는 부유식 교량의 동적 거동해석을 수행한다. 해석 예제를 주파수영역에서 해석한 결과 입사파스펙트림의 피크 주파수와 교량의 고유진동수가 가까워 응답이 증폭될 소지가 있었으나 주파수 의존적인 파강제력의 피크가 벗어난 영향으로 응답이 증폭되지 않음을 알 수 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권5호
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• pp.482-489
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• 2010

본 논문에서는 스마트 무인기의 자유 진동 특성 및 로터의 회전으로 인한 기체 구조물의 진동특성 즉 강제진동 특성을 실험적으로 규명하기 위해 수행한 시험방법, 센서 및 장비 설치, 시험 결과 검증 방법 및 시험결과를 수록하였다. 스마트 무인기의 지지 조건은 번지코드를 이용하여 자유-자유 경계조건을 구현하였고, 시험은 3개의 가진기를 사용하여 다점 랜덤 가진법으로 구조물을 가진하였으며 약 100여개의 가속도계로부터 기체 구조물의 응답특성을 측정하였다. 주파수 응답함수를 통하여 다기준 최소 자승 복소지수법을 적용하여 고유 진동수, 감쇠율, 모드 형상등의 모달 매개변수를 산출하였다. 또한 강제 진동 시험은 스마트 무인기의 양쪽 로터가 장착되는 나셀 부위에 x,y,z 각 방향으로 가진기를 장착하여 로터 회전 주파수를 가진함으로써 구조물과 각종 장비의 진동응답 특성을 측정하였다.

• Computers and Concrete
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• 제14권6호
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• pp.745-765
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• 2014

In this paper, it is aimed to determine the finite element model updating effects on the structural behavior of long span concrete highway bridges. Birecik Highway Bridge located on the 81stkm of Sanliurfa-Gaziantep state highway over Firat River in Turkey is selected as a case study. The bridge consist of fourteen spans, each of span has a nearly 26m. The total bridge length is 380m and width of bridge is 10m. Firstly, the analytical dynamic characteristics such as natural frequencies and mode shapes are attained from finite element analyses using SAP2000 program. After, experimental dynamic characteristics are specified from field investigations using Operational Modal Analysis method. Enhanced Frequency Domain Decomposition method in the frequency domain is used to extract the dynamic characteristics such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios. Analytically and experimentally identified dynamic characteristics are compared with each other and finite element model of the bridge is updated to reduce the differences by changing of some uncertain parameters such as section properties, damages, boundary conditions and material properties. At the end of the study, structural performance of the highway bridge is determined under dead load, live load, and dynamic loads before and after model updating to specify the updating effect. Displacements, internal forces and stresses are used as comparison parameters. From the study, it is seen that the ambient vibration measurements are enough to identify the most significant modes of long span highway bridges. Maximum differences between the natural frequencies are reduced averagely from %46.7 to %2.39 by model updating. A good harmony is found between mode shapes after finite element model updating. It is demonstrated that finite element model updating has an important effect on the structural performance of the arch type long span highway bridge. Maximum displacements, shear forces, bending moments and compressive stresses are reduced %28.6, %21.0, %19.22, and %33.3-20.0, respectively.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권5호
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• pp.41-49
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• 2005

본 논문에서는 KF-16D 항공기의 동특성을 실험적으로 규명하기 위해 수행한 지상진동시험의 시험 방법, 센서 및 장비 설치, 시험 결과 검증 방법 및 시험 결과를 기술하였다. 지상진동시험은 외부 장착물 장착 형상에 따라 7가지 형상으로 분류하여 실시하여 외부장착물 부착 형상에 따른 항공기의 동특성 변화를 정량적으로 산출하였고 비행 중 항공기 진동 모드의 정량적인 변화량을 예측할 수 있게 하였다. 항공기 지지는 항공기 비행 상태의 조건을 구현하기 위하여 착륙장치 타이어의 공기압을 최소로 하였다. 시험은 6개~8개의 가진기를 사용하여 다점 랜덤 가진법으로 항공기를 가진하고 약 200개의 가속도계로부터 항공기의 응답을 측정하였다. 시험결과 관심 있는 낮은 주파수영역에서 선형성을 보여 양질의 주파수 응답함수를 얻었으며, 상반성을 만족함을 알 수 있었다. 측정된 가진력과 응답신호로부터 주파수 응답 함수를 구하였으며, 고유 진동수와 감쇠 계수는 주파수 응답함수로부터 다기준 최소 자승 복소 지수법을 적용하여 산출하였다. 고유진동모드는 최소 자승 주파수 영역법으로 사용하여 구성하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권5호
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• pp.687-694
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• 2005

건설 재료와 기술의 발달로 건축물이 장스팬화 ·경량화 되어 가고 있다. 이로 인해 건축물 바닥의 고유진동수(Frequency)와 감쇠비(damping ratio)가 감소함에 따라 거주자들의 바닥판의 수직진동에 대한 문제가 발생하고 있다 그러나 현행 사용성 기준은 바닥판의 최대 정적 처짐에 의해 결정하고 있다. 하지만 선행연구(Han et al., 2003)에서 현행 기준을 만족하는 바닥이 수직진동에 대한 사용성 기준을 만족하지 못하는 것을 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 거주자들의 뒤꿈치 충격하중에 대한 수직진동 사용성 기준을 만족하는 바닥 두께를 제안하고자 하였다. 슬래브 재료의 특성과 뒤꿈치 충격하중 및 마감 고정하중의 불확실성을 고려하기 위해 Monte Carlo Simulation을 사용하여 확률적으로 접근하였다. 그 결과 4변 단순지지의 경우 두께가 스팬 길이의 $1/14\~1/17$에서, 4변 고정지지의 경우 스팬 길이의 $1/18\~1/25$인 경우에 초과 확률이$0\%$에 도달하였다.