• Structural Engineering and Mechanics
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• 제6권2호
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• pp.173-183
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• 1998

In the shape design of flexible structures, it is useful to predict the initial shape from the desirable large deformed shapes under some loading conditions. In this paper, we present a numerical procedure of an initial shape determination problem for hyperelastic materials which enables us to calculate an initial shape corresponding to the prescribed deformed shape and boundary condition. The present procedure is based on an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) finite element method for hyperelasticity, in which arbitrary change of shapes in both the initial and deformed states can be treated by considering the variation of geometric mappings in the equilibrium equation. Then the determination problem of the initial shape can be formulated as a nonlinear problem to solve the unknown initial shape for the specified deformed shape that satisfies the equilibrium equation. The present approach can be implemented easily to the finite element method by employing the isoparametric hypothesis. Some basic numerical results are also given to characterize the present procedure.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 1996년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.45-51
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• 1996

The combined shear and compression behaviors of seismic isolation rubber bearings are analyzed using the hyperelasticity material option of the ABAQUS computer program. The purpose of the analysis is to predict the behavior of laminated rubber bearing before the several tests. Some kinds of strain energy density functions are used as constitutive law for rubber itself having the hyperelasticity. The results are compared with test data peformed in Italy The analysis results show a little different with experimental results depending on the constitutive model and the refinement of finite element. The high order form of strain energy density functions results in good agreements and the mesh refinement above two for one rubber layer is enough to get good results.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제21권2호
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• pp.121-136
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• 2005

This paper presents the implementation of the Blatz-Ko hyperelastic compressible model in a finite element program to deal with large deformation problems. We show analytically and numerically that the minimum number of increment steps in the Newton-Raphson algorithm depends on material properties and applied loads. We also show that this dependence is related to the orientation preservation principle. So we propose a convergence criteria based on the sign of eigenvalues of the deformation gradient matrix.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권12호
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• pp.2492-2502
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• 2002

A rubber-like material model is generally characterized by hyperelasticity and formulated by a total stress-total strain relationship because the material shows nonlinear elastic behaviour under large deformation. In this study, a pressure potential obtained by a separately interpolated pressure is introduced to the non-linear finite element formulation incorporating with incompressible or almost incompressible condition of the material. The present formulation is somewhat different from the general formulation using the pressure computed in the displacement field. A non-linear finite element analysis program is developed for the plane strain and the axisymmetric contact problems of a rubber-like material. Various examples with rubber material are analyzed for its verification. The results about deformed shapes and stress distributions thought to be meaningful in comparison with a commercial program, MARC.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권8호
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• pp.740-746
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• 2008

본 연구에서는 다구찌방법을 이용하여 고분자 전해질 연료전지 스택 가스켓의 강건설계를 수행하였다. 스택의 조립과정 시 발생하는 조립오차(잡음인자)를 고려한다. 이러한 잡음인자를 포함한 연구는 연료전지 스택의 안전성 확보와 성능향상을 위해 필요하다. 잡음인자의 영향이 둔감하도록 설계하기 위하여 다구찌의 강건설계 방법을 적용하였다. 가스켓 해석의 경우 하중과 변위의 초탄성 거동을 표현하기 위하여 Mooney-Rivlin의 변형률에너지 함수를 사용하였다. 또한, 단축 및 등가 이축 인장 시험을 통해 초탄성 거동의 해석에 필요한 물성을 구하였으며, 비선형 초탄성 해석을 수행하고 강건설계를 수행 하였다. PEMFC 스택의 강건설계를 통하여 구조적 신뢰성을 확보하게 되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권10호
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• pp.24-31
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• 2006

본 논문에서는 유연수지 복합재료에 대하여 기하학적 비선형해석을 수행하였다. 실제 랜덤한 섬유배열을 사각배열과 육각배열로 가정하고 각각에 대해 단위구조를 정의하였다. 다양한 하중상태를 수치적으로 모사하여 단위구조해석을 통해 전체 구조물의 응력-변형률 선도를 예측하였고 이로부터 등가물성치를 계산하였다. 해석시 유연수지의 초탄성 성질을 정의하기 위해 Mooney-Rivlin모델을 사용하였다. 계산결과, 유연수지 복합재료 구조물은 변형률 증가에 따라 비선형의 응력-변형률 관계를 보였다. 비선형성은 횡방향 하중 상태에서 더욱 두드러지게 나타났으며, 이 경우 복합재 단면의 섬유배열 형태에 따라 상당한 차이를 보여주었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권7호
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• pp.642-650
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• 2008

고분자 전해질 연료전지 스택의 성능향상과 안전성 확보를 위하여 스택의 체결하중으로 인한 가스켓과 GDL의 구조적 거동을 살펴보았다. 가스켓 구조 해석의 경우 하중과 변위의 초탄성 거동을 표현하기 위하여 Mooney-Rivlin의 변형률에너지 함수를 사용하였으며, 재료물성을 구하기 위하여 단축 인장 및 등가 이축 인장 시험을 수행하였고 유한요소 해석과 비교하였다. GDL의 물성측정을 위하여 압축 하중의 변화에 따라 두께변화를 측정하였고 단위 셀을 제작하여 하중의 변화에 따른 채널의 압력차를 측정하였다. 실험 데이터를 바탕으로 채널 단면적의 변화를 계산, 유한요소 해석결과와 비교하였다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.329-334
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• 2023

기존의 멀티스케일 유한요소법(Multiscale finite element, FE² )은 거시 스케일의 모든 적분점에서 대표 체적요소(representative volume element, RVE)의 미시 경계치 문제를 반복적으로 계산하기 때문에 긴 해석 시간과 많은 데이터 저장 공간을 필요로 한다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서 평균장 균질화 데이터 기반 멀티스케일 해석 기법을 개발하였다. 데이터 기반 전산역학(data-driven computational mechanics, DDCM) 해석은 변형률-응력 데이터 셋을 직접적으로 사용하는 모델-프리(model-free)접근 방식이다. 멀티스케일 해석을 수행하기 위해, 평균장 균질화(mean-field homogenization)를 활용하여 복합재의 미세구조에 대한 변형률-응력 데이터베이스(database)를 효율적으로 구축하고, 이를 기반으로 데이터 기반 전산역학 시뮬레이션을 수행하였다. 본 논문에서는 개발한 멀티 스케일 해석 프레임워크(framework)를 예제에 적용하여, 초탄성(hyperelasticity) 복합재의 미세 구조를 고려한 데이터 기반 전산역학 시뮬레이션 결과를 확인하였다. 따라서, 데이터 기반 전산역학 접근 방식을 활용한 멀티스케일 해석기법은 다양한 재료 및 구조에 적용될 수 있으며, 멀티스케일 해석 연구 및 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.

• 한국윤활학회:학술대회논문집
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• 한국윤활학회 2000년도 제31회 춘계학술대회
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• pp.194-200
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• 2000

The sealing performance of an elastomeric O-ring seal using NBR and FFKM has been analyzed for the contact stress behaviors that develop between the O-ring seal and the surfaces with which it comes into contact. The leakage of an O-ring seal will occur when the pressure differential across the seal just exceeds the initial (or static) peak contact stress. The contact stress behaviors that develop in compressed O-rings, in common case of restrained geometry(grooved), are investigated using the finite element method. The analysis includes material hyperelasticity and axisymmetry. The computed FEM results show that the contact stress behaviors are related to materials of NBR and FFKM and temperature of vaccum chamber.

• Tribology and Lubricants
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• 제19권1호
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• pp.9-14
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• 2003

The sealing performance of an elastomeric O-ring using the double layered material has been analyzed fer the contact stress behaviors that develop between the O-ring seal and the surfaces with which it comes into contact. The leakage of an O-ring will occur when the pressure differential across the seal Just exceeds the initial (or static) peak contact stress. The contact stress behaviors that develop in compressed O-rings, in common case of dovetail grooved geometry, are investigated using the finite element method. The FE analysis includes material hyperelasticity and axisymmetry. The computed FEM results show that the contact stress behaviors are related to the ratio of diameter between the inner ring and the outer ring, and the temperature of vacuum chamber.