• 한국전산구조공학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.193-201
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• 2023

본 논문에서는 인장 좌굴 현상을 소개하고 이를 이용한 음의 포아송 효과를 가지는 구조물에 대한 분석을 다룬다. 일반적으로 널리 알려진 좌굴은 압축하중 하에서의 안정성 문제임에 반하여, 인장 좌굴은 인장에 의해 국소적으로 압축력이 생겨 발생하는 좌굴이다. 고전적인 좌굴에 비하여 비교적 최근의 연구이기 때문에 상대적으로 잘 알려지지 않았다. 이에 인장 좌굴 현상을 에너지 관점에서 고찰하고, 해석을 위하여 비틀림 스프링을 가지는 비선형 트러스 유한요소의 정식화를 수행하였다. 비선형해석을 통해 후좌굴 거동을 분석하고 비틀림 스프링이 주요 인자임을 확인하였다. 이러한 후좌굴 거동은 음의 포아송 비를 가지는 구조물에 적용할 수 있으며, 기계적 스위치 등의 장치에 적용할 가능성을 보였다. 얻어진 결과들의 정확성 확인을 위하여 해석해와 상용 유한요소해석 결과들과 비교하여, 개발된 유한요소 모델이 기초 설계에 유용함을 보였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.627-636
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• 2012

최근 구조물의 고층화, 대형화 및 장스팬 활용 등의 요구로 고강도 고성능 재료의 건축물과 교량에의 적용이 증가하는 추세이다. 본 논문은 고성능강의 건축구조용 재료 특성과 고성능강재를 사용한 부재의 설계 기준을 위한 기본적인 연구의 일부이다; HSA800의 재료적 특성은 한국산업표준의 요건과 비교하였다. 용접 H-형 단주의 국부좌굴 거동과 현행 판폭두께비 설계 제한치를 검토 위하여 다양한 판폭두께비 변수를 계획하고, 단축압축실험을 실시하였다. 또한, 유한요소결과로 얻어낸 단주의 좌굴거동을 실험결과와 비교하였고 해석결과가 고성능강 H형 단면 단주의 좌굴거동을 잘 예측하는 것으로 나타났다.

• Advances in nano research
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• 제7권1호
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• pp.39-49
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• 2019

This paper focuses on two main objectives. The first one is to exploit an energy equivalent model and finite element method to evaluate the equivalent Young's modulus of single walled carbon nanotubes (SWCNTs) at any orientation angle by using tensile test. The calculated Young's modulus is validated with published experimental results. The second target is to exploit the finite element simulation to investigate mechanical buckling and natural frequencies of SWCNTs. Energy equivalent model is presented to describe the atomic bonding interactions and their chemical energy with mechanical structural energies. A Program of Nanotube modeler is used to generate a geometry of SWCNTs structure by defining its chirality angle, overall length of nanotube and bond length between two adjacent nodes. SWCNTs are simulated as a frame like structure; the bonds between each two neighboring atoms are treated as isotropic beam members with a uniform circular cross section. Carbon bonds is simulated as a beam and the atoms as nodes. A finite element model using 3D beam elements is built under the environment of ANSYS MAPDL environment to simulate a tensile test and characterize equivalent Young's modulus of whole CNT structure. Numerical results are presented to show critical buckling loads, axial and transverse natural frequencies of SWCNTs with different orientation angles and lengths. The understanding of mechanical behaviors of CNTs are essential in developing such structures due to their great potential in wide range of engineering applications.

• Steel and Composite Structures
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• 제46권6호
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• pp.839-856
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• 2023

This work presents a simple four-unknown refined integral plate theory for mechanical and thermal buckling behaviors of functionally graded (FG) plates resting on Visco-Pasternak foundations. The proposed refined high order shear deformation theory has a new displacement field which includes indeterminate integral variables and contains only four unknowns in which any shear correction factor not used, with even less than the conventional theory of first shear strain (FSDT). Governing equations are deduced from the principle of minimum total potential energy and a Navier type analytical solution is adopted for simply supported FG plates. The Visco-Pasternak foundations is considered by adding the impact of damping to the usual foundation model which characterized by the linear Winkler's modulus and Pasternak's foundation modulus. The accuracy of the present model is demonstrated by comparing the computed results with those available in the literature. Some numerical results are presented to show the impact of material index, elastic foundation type, and damping coefficient of the foundation, on the mechanical and thermal buckling behaviors of FG plates.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.143-154
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• 2014

본 연구에서는 부분강절 뼈대구조물의 비탄성 좌굴해석기법을 제시하기 위하여, 이전의 연구[16]에서 제시되었던 부분강절 뼈대구조의 엄밀한 강도행렬과 선형해석을 위한 탄성 및 기하학적 강도행렬을 도입하고 비탄성 좌굴해석을 위해 도로교시방서의 극한내하력 기준과 EF법을 이용하여 부분강절 뼈대구조의 비탄성 좌굴해석 프로그램을 새롭게 개발하였다. 본 연구에서 제시한 부분강절 뼈대구조의 접선강도행렬은 안정함수를 사용함에 따라 부재 당 하나의 요소만으로 정확한 비탄성 좌굴해석 결과를 얻을 수 있으며 고유벡터를 이용하여 비탄성 좌굴형상을 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 엄밀한 접선강도행렬에 대해 Taylor 전개를 수행하여 4차항까지 고려함으로서 탄성 강도행렬과 기하학적 강도행렬을 유도하고 선형화된 좌굴해석기법을 제시하였다. 결국, 접선강도행렬을 이용한 비선형 해석프로그램(M1)과 탄성 및 기하학적 강도행렬을 이용한 선형 해석프로그램(M2)이 개발되었으며 이를 이용하여 부분강절로 연결된 뼈대구조물의 비탄성좌굴에 대한 시스템 좌굴하중과 개별부재의 유효좌굴계수를 제시함에 따라 부분강절이 전체 구조계의 좌굴과 개별부재의 유효좌굴길이에 미치는 영향을 다양한 해석예제를 통해 조사하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권12호
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• pp.92-100
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• 2005

압축하중 하에서 스킨-스트링거 조립체인 패널은 다양한 유형의 불안정이 발생할 수 있다. 불안정의 유형은 패널 또는 스트링거의 좌굴, 굴곡, 비틀림, 주름, 굴곡/비틀림 조합 유형 등으로 나타난다. 이것들에 대한 연구는 오래 전부터 이루어져 왔으나 이론 또는 경험식의 복잡성으로 인해 실제 현장에서 활용하기에는 어려운 문제를 가지고 있다. 따라서 선진 항공업체의 경우, 복잡한 수식과 방법등을 사용하기 편리하도록 해석 프로그램을 개발하여 사용하고 있으나 현재 국내의 경우는 그러하지 못한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 압축하중을 받는 스킨-스트링거 조립체에 대한 불안정 유형 및 예비계수 (Reserve factor)의 크기를 산출할 수 있는 해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 에어버스사의 관련 프로그램인 APA114의 이론 설명서에 기초하였다. 프로그램 검증을 위하여 A320 패널과 A380패널에 대한 해석을 수행하여 APA114의 결과와 비교하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제11권5호
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• pp.519-534
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• 2001

The effect of the initial imperfections on the nonlinear behaviors and ultimate strength of the thin-walled members subjected to the axial loads, obtained by the finite element stability analysis, are examined. As the initial imperfections, the bucking mode shapes of the members are adopted. The buckling mode shapes of the thin-walled members are obtained by the transfer matrix method. In the finite element stability analysis, isoparametric degenerated shell element is used, and the geometrical and material nonlinearity are considered based on the Green Lagrange strain definition and the Prandtl-Reuss stress-strain relation following the von Mises yield criterion. The U-, box- and I-section members subjected to the axial loads are adopted for numerical examples, and the effects of the initial imperfections on the nonlinear behaviors and ultimate strength of the members are examined.

• Steel and Composite Structures
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• 제18권6호
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• pp.1331-1351
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• 2015

Cold-formed built-up members are compression members that are common in multiple areas of steel construction, which include cold-formed steel joints and stud walls. These members are vulnerable to unique buckling behaviors; however, limited experimental research has been done in this area. Give this gap, experimental testing of 71 built-up members was conducted in this study. The variations of the test specimens include multiple lengths, intermediate welds, orientations, and thicknesses. The experimental testing was devised to observe the different buckling modes of the built-up C-channels and the effects of the geometrical properties; to check for applicability of multiple intermediate welding patterns; and to evaluate both the 2001 and 2007 editions of the American Iron and Steel Institute (AISI) Specification for built-up members in pure compression. The AISI-2001 and AISI-2007 were found to give inconsistent results that at times were un-conservative or overly conservative in terms of axial strength. It was also found that orientation of the member has an important impact on the maximum failure load on the member.

• Geomechanics and Engineering
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• 제13권3호
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• pp.385-410
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• 2017

This work presents a simple and refined nth-order shear deformation theory for mechanical and thermal buckling behaviors of functionally graded (FG) plates resting on elastic foundation. The proposed refined nth-order shear deformation theory has a new displacement field which includes undetermined integral terms and contains only four unknowns. Governing equations are obtained from the principle of minimum total potential energy. A Navier type analytical solution methodology is also presented for simply supported FG plates resting on elastic foundation which predicts accurate solution. The accuracy of the present model is checked by comparing the computed results with those obtained by classical plate theory (CPT), first-order shear deformation theory (FSDT) and higher-order shear deformation theory (HSDT). Moreover, results demonstrate that the proposed theory can achieve the same accuracy of the existing HSDTs which have more number of variables.

• Advances in nano research
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• 제7권5호
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• pp.311-324
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• 2019

The present study aims to evaluate the nonlinear and post-buckling behaviors of orthotropic graphene sheets exposed to end-shortening strain by implementing a semi-Galerkin technique, as a new approach. The nano-sheets are regarded to be on elastic foundations and different out-of-plane boundary conditions are considered for graphene sheets. In addition, nonlocal elasticity theory is employed to achieve the post-buckling behavior related to the nano-sheets. In the present study, first, out-of-plane deflection function is considered as the only displacement field in the proposed technique, which is hypothesized by an appropriate deflected form. Then, the exact nonlocal stress function is calculated through a complete solution of the von-Karman compatibility equation. In the next step, Galerkin's method is used to solve the unknown parameters considered in the proposed technique. In addition, three different scenarios, which are significantly different with respect to concept, are used to satisfy the natural in-plane boundary conditions and completely attain the stress function. Finally, the post-buckling behavior of thin graphene sheets are evaluated for all three different scenarios, and the impacts of boundary conditions, polymer substrate, and nonlocal parameter are examined in each scenario.