• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2006년도 정기 학술대회 논문집
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• pp.794-801
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• 2006

The linkage framework of geometric modeling and analysis based on the NURBS technology is developed in this study. The NURBS surfaces are generated by interpolating the given set of data points or by extracting the necessary information to construct the NURBS surface from the IGES format file which is generated by the commercial CAD systems in the present study. Numerical examples shows the rate of displacement convergence according to the paramterization methods of the NURBS surface. NURBS can generate quadric surfaces in an exact manner. It is the one of the advantages of the NURBS. A trimmed NURBS surface that is often encountered in the modeling process of the CAD systems is also presented in the present study. The performance of the developed geometrically exact shell element integrated with the exact geometric representations by the NURBS equation is compared to those of the previous reported FE shell elements in the selected benchmark problems.

• 대한기계학회논문집A
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• 제31권1호
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• pp.105-112
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• 2007

The linkage framework of geometric modeling based on NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline) surface and shell finite analysis is developed in the present study. For this purpose, geometrically exact shell finite element is implemented. NURBS technology is employed to obtain the exact geometric quantities for the analysis. Especially, because NURBS is the most powerful and wide-spread method to represent general surfaces in the field of computer graphics and CAD(Computer Aided Design) industry, the direct computation of surface geometric quantities from the NURBS surface equation without approximation shows great potential for the integration between geometrically exact shell finite element and geometric modeling in the CAD systems. Some numerical examples are given to verify the performance and accuracy of the developed linkage framework. In additions, trimmed surfaces with some cutouts are considered for more practical applications.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제37권5호
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• pp.345-352
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• 2024

본 논문에서는 다중 연결 NURBS 패치 모델에 대한 등기하해석방법을 제시하고 이를 기하학적으로 엄밀한 쉘의 해석에 적용하였다. 서로 다른 NURBS 패치를 연결할 떼 조정점 망(control point meshes)의 밀도와 패치간의 불연속성으로 인해 등기하해석이 부정확해질 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 니셰(Nitsche) 방법을 등기하해석법에 적용하여 두 패치 사이의 변위와 견인력(traction)의 정합성(compatibility)을 확보하였고, 최종 유도된 해석 방정식이 대칭성을 유지하도록 하였다. 추가되는 경계 조건은 패치간 경계의 적분으로 표현되기 때문에 계산비용이 크게 증가되지 않는다. 시스템 방정식이 양정 행렬(positive definite matrix)이 되도록 안정성 매개변수(stability parameters)를 도입하였으며 일반화된 고유치 해석을 통해 두 패치사이의 조정점 밀도에 따른 안정성 매개변수의 값과 응력장의 해의 정확성을 분석하였다. 이 다중 패치 등기하해석법을 1차 전단변형을 고려한 기하학적으로 엄밀한 쉘요소의 해석에 적용하였으며, 니셰 방법을 사용함으로써 패치간의 변위 및 응력 연속성이 향상된 결과를 확인 할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.71-78
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• 2018

본 연구에서는 NURBS 기반 아이소 지오메트릭 쉘 해석을 위해 다중 패치 해석 모델을 정식화하였다. 기존 연구를 통해 개발된 단일 패치로 구성된 전단 변형을 고려한 쉘 요소에 대해 일반 좌표계에서 기하학적으로 엄밀한 쉘 구조물의 아이소 지오메트릭 해석 모델을 도입하고 매개변수 연속성을 고려하여 다중 패치 모델로 확장하였다. 인접 곡면의 노트 요소가 결합 경계를 통해 조화를 이루는 경우에 대해 0차와 1차 매개변수 연속성 조건을 고려하였으며, 두 패치 간 마스터-슬레이브 관계를 정립하여 종속된 한 곡면의 자유도를 상대 곡면의 자유도로 표시하여 모델 크기를 줄이면서 두 곡면을 결합하였다. 다중 패치 쉘 예제에 대해 0차와 1차 연속성 조건을 각각 적용하여 구조해석을 수행하여 1차 연속성 조건의 주요한 특성들을 확인하였다. 또한 각 연속성 조건에 대한 해의 수렴 특성을 검토하였으며 결합 경계에서의 두 패치의 연속성을 확인하였다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2004년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.69-72
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• 2004

A new three-node triangular shell element based on higher order zig-zag theory is developed for laminated composite shells with multiple delaminations. The present higher order zig-zag shell theory is described in a general curvilinear coordinate system and in general tensor notation. All the complicated curvatures of surface including twisting curvatures can be described in an exact manner in the present shell element because this element is based on geometrically exact surface representation. The displacement field of the proposed finite element includes slope of deflection, which requires continuity between element interfaces. Thus the nonconforming shape function of Specht's three-node triangular plate bending element is employed to interpolate out-of-plane displacement. The present element passes the bending and twisting patch tests in flat surface configurations. The developed element is evaluated through the eigenvalue problems of composite cylindrical shells with multiple delaminations. Through the numerical examples it is demonstrated that the proposed shell element is efficient because it has minimal degrees of freedom per node. The present shell element should serve as a powerful tool in the prediction of natural frequency and modes of multi-layered thick laminated shell structures with arbitrary-shaped multiple delaminations.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2002년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.505-511
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• 2002

In the present study, we visualize the linkage framework between geometric modeling and shell finite element based on B-spline representation. For the development of a consistent shell element, geometrically exact shell elements based on general curvilinear coordinates is provided. The NUBS(Non Uniform B-Spline) is used to generate the general free form shell surfaces. Employment of NUBS makes shell finite element handle the arbitrary geometry of the smooth shell surfaces. The proposed shell finite element .model linked with NUBS surface representation provides efficiency for the integrated design and analysis of shell surface structures. The linkage framework can potentially provide efficient integrated approach to the shape topological design optimizations for shell structures.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2004년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.229-236
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• 2004

A new three-node triangular shell element based on higher order zig-zag theory is developed for laminated composite shells with multiple delaminations. The present higher order zig-zag shell theory is described in a general curvilinear coordinate system and in general tensor notation. All the complicated curvatures of surface including twisting curvatures can be described in an exact manner in the present shell element because this element is based on geometrically exact surface representation. The displacement field of the proposed finite element includes slope of deflection. which requires continuity between element interfaces. Thus the nonconforming shape function of Specht's three-node triangular plate bending element is employed to interpolate out-of-plane displacement. The present element passes the bending and twisting patch tests in flat surface configurations. The developed element is evaluated through the buckling problems of composite cylindrical shells with multiple delaminations. Through the numerical examples it is demonstrated that the proposed shell element is efficient because it has minimal degrees of freedom per node. The accuracy of the present element is demonstrated in the prediction of buckling loads and buckling modes of shells with multiple delaminations. The present shell element should serve as a powerful tool in the prediction of buckling loads and modes of multi-layered thick laminated shell structures with arbitrary-shaped multiple delaminations.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2004년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.317-324
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• 2004

Shape design optimization of shell structure is implemented on a basis of integrated framework of geometric modeling and finite element analysis which is constructed on the geometrically exact shell theory. This shell theory enables more accurate and robust analysis for complicated shell structures, and it fits for the nature of B-spline function which Is popular modeling scheme in CAD field. Shape of laminated composite shells is optimized through genetic algorithm and sequential linear programming, because there ire numerous optima for various configurations, constraints, and searching paths. Sequential adaptation of global and local optimization makes the process more efficient. Two different optimized results of laminated composite shell structures to minimize strain energy are shown for different layup sequence.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.301-308
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• 2005

In this study, we implement a framework that directly links a general tensor-based shell finite element to NURBS geometric modeling. Generally, in CAD system the surfaces are represented by B-splines or non-uniform rational B-spline(NURBS) blending functions and control points. Here, NURBS blending functions are composed by two parameters defined in local region. A general tensor-based shell element also has a two-parameter representation in the surfaces, and all the computations of geometric quantities can be performed in local surface patch. Naturally, B-spline surface or NURBS function could be directly linked to the shell analysis routine. In our study, we use NLib(NURBS libraray) to generate NURBS for shell finite analysis. The NURBS can be easily generated by interpolating or approximating given set of data points through NLib.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.181-190
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• 2007

본 연구에서는 NURBS곡면식을 바탕으로 하는 곡면 모델링과 쉘 유한요소해석의 효율적인 연동체계를 개발하고자 한다. 기하학적으로 정확한 쉘 유한요소해석에서 정확한 기하량의 계산은 필수적이며, 따라서 곡면을 표현하는 일반적인 방법인 NURBS곡면식으로 부터 필요한 기하량을 직접 계산한다면 보간에 의해 발생할 수 있는 기하학적 오차를 줄임으로써 해의 수렴성을 높일 수 있다. 아울러 기하학적으로 정확한 쉘 유한요소를 일반적인 곡면에 적용하기 힘들었던 한계점을 극복하여 수학적으로 표현 가능한 단순한 곡면들뿐만 아니라, NURB곡면식으로 표현 가능한 일반적인 곡면의 해석이 가능하게 되어 적용범위를 확장할 수 있다. 본 연구에서는 곡면을 생성함에 있어 주어진 데이터 점들을 보간하여 NURBS곡면을 생성하는데, 이러한 데이터들은 일반적으로 곡면의 스캐닝을 통해 얻을 수 있다. 곡면을 보간하여 NURBS곡면을 생성하는 과정에서 사용되는 매개변수 정의방식에 때라 생성된 곡면의 정확성이 차이를 보이므로 곡면의 형상에 따라 적합한 방식을 사용하여 곡면을 보간 할 필요가 있다. 몇 가지 잘 알려진 수치예제를 통하여 개발된 연동체계의 성능과 정확성을 검증하고 그 결과를 비교 분석하였다.