• Smart Structures and Systems
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• 제20권6호
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• pp.669-682
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• 2017

The normalised version of bispectrum, the so-called bicoherence, has often proved a reliable method of damage detection on engineering applications. Indeed, higher-order spectral analysis (HOSA) has the advantage of being able to detect non-linearity in the structural dynamic response while being insensitive to ambient vibrations. Skewness in the response may be easily spotted and related to damage conditions, as the majority of common faults and cracks shows bilinear effects. The present study tries to extend the application of HOSA to damage localisation, resorting to a neural network based classification algorithm. In order to validate the approach, a non-linear finite element model of a 4-meters-long cantilever beam has been built. This model could be seen as a first generic concept of more complex structural systems, such as aircraft wings, wind turbine blades, etc. The main aim of the study is to train a Neural Network (NN) able to classify different damage locations, when fed with bispectra. These are computed using the dynamic response of the FE nonlinear model to random noise excitation.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제13권2호
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• pp.77-84
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• 2010

Recently, the concept of structural design against instability has been proposed in the chassis parts. The design considerations of lower control arm of chassis parts under the buckling and durability strengths are the general. More precisely, this paper considers a specific application and associated optimization problem for two strengths, where the design variables are the physical or geometric dimensions for skins and stiffeners. The objective is the minimization of the total weight, while optimization constrains involve reserve or improve factors for the buckling and durability strengths. The most important features are related to the numerical simulations for the estimation of buckling factor and their sensitivities by means of nonlinear and linear finite element analyses. The bucking and durability strength analyses, and the morping geometries are directly included in the optimization problem and the modified design is formulated. As a result, the optimal structure with stable behavior is obtained or increases the buckling and durability strengths of parts. Most of design problems for structures exposed to elastic instability can be formulated and solved.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권7호
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• pp.936-944
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• 2019

보이지 않는 힘으로도 불리는 잠수함은 수중에서 활동하는 은밀성을 장점으로 대함전, 대잠전 및 핵심표적 타격 등의 임무를 수행하는 전략 수중 무기 체계로 심해에서 높은 수압을 견디며 작전을 수행할 수 있어야 한다. 이러한 관점에서 잠수함 압력 선체는 잠항 깊이에 상응하는 외부 수압에 저항하는 가장 중요한 체계로서 누수, 화재, 충격 및 폭발과 같은 위험으로부터 안전성을 확보함으로써 생존성을 높임과 동시에, 작전 수행 능력을 유지할 수 있게 해주는 강도를 확보하고 있어야 한다. 이를 위해서는 잠수함 압력 선체의 구조형상 설계가 초기에 수행되는 것이 합리적이다. 특히, 함미 원추부 구조물과 압력선체 평형부 및 함미 비압력선체를 연결하는 함미 트랜지션 링의 경우, 설계된 잠수함에 따라 다양한 형상을 띄고 있다. 본 구조물 설계를 위해서는 응력 흐름과 연결성을 고려한 설계뿐만 아니라 복잡한 형상이 기인한 구조물 제작 투입 시수 증가로 인한 원가 상승 또한 검토해야 한다. 따라서, 본 연구에서는 4가지 서로 다른 형상을 갖는 함미 트랜지션 링에 대해서 비선형 유한요소해석을 통한 구조 강도 검토와 더불어 함미 트랜지션 링 형상 복잡도에 따른 작업 일수 및 자재비 검토를 통해 경제성 측면에서의 적정성 검토를 수행하였으며, 검토된 4가지 형상 중 가장 합리적인 잠수함 함미 트랜지션 링 형상을 제안하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제7권4호
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• pp.191-199
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• 2003

대부분 강구조 및 철근콘크리트 구조물은 탄소성 거동에 의해 극한강도가 지배된다. 비록 평상시에는 탄성 범위를 초과하는 진폭(振幅)이 발생하지 않지만 심각한 폭발이나 지진하중과 같은 극단적인 경우가 발생할 때, 엔지니어는 구조물에 영구적인 손상을 줄 수 있는 상황들을 접하게 된다. 이러한 상태 평가를 위해 본 연구는 폭발 등의 극한하중에 특성에 의해 발생되는 구조물의 동적거동을 분석하였다. 그리고 본 연구는 극한진동 특성을 분석하기 위해 비선형 유한요소프로그램(ATENA2D, FRANC2DL)을 사용하였다. 본 연구의 해석결과, 평상시와 횡하중시의 균열은 발생 위치와 양태가 매우 다르게 나타났다. 또한, 초기 손상균열이 있는 RC라멘의 보에 단면형상과 기하학적 형상비 변화를 고려하여 균열각의 변화를 분석하였으며 이를 통해 동적 횡하중 작용에 의한 피해여부를 판단할 수 있었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제40권1호
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• pp.85-103
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• 2011

Integration of finite element analysis (FEA) software into various software platforms is commonly used in coupling systems such as systems involving structural control, fluid-structure, wind-structure, soil-structure interactions and substructure method in which FEA is used for simulating the structural responses. Integrating an FEA program into various other software platforms in an efficient and simple way is crucial for the development and performance of the entire coupling system. The lack of simplicity of the existing integration methods makes this integration difficult and therefore entails the motivation of this study. In this paper, a novel practical technique, namely CS technique, is presented for integrating a general FEA software framework OpenSees into other software platforms, e.g., Matlab-$Simulink^{(R)}$ and a soil-structure interaction (SSI) system. The advantage of this integration technique is that it is efficient and relatively easy to implement. Instead of OpenSees, a cheap client handling TCL is integrated into the other software. The integration is achieved by extending the concept of internet based client-server concept, taking advantage of the parameterization framework of OpenSees, and using a command-driven scripting language called tool command language (TCL) on which the OpenSees' interface is based. There is no need for any programming inside OpenSees. The presented CS technique proves as an excellent solution for the coupling problems mentioned above (for both linear and nonlinear problems). Application examples are provided to validate the integration method and illustrate the various uses of the method in the civil engineering.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.121-130
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• 1999

본 연구는 전응력 개념에 근거한 비등방경화 구성관계를 적용하여 유한요소해석을 수행하는 데 목적이 있다. 이에 대상문제에 적합한 비등방경화 구성관계를 개발하여 수학적으로 정식화하고 실험적으로 검증하였다. 동반논문에서는 유한요소해법의 정확도와 수렴성을 확보하도록 정식화하여 해석코드에 구현한 후 실제문제를 해석한다. 제안된 구성관계는 von Mises 형태의 파괴규준과 일반 등방경화규칙에 의거한 비등방경화규칙을 채택하여 비선형성과 비등방성이 심한 응력-변형률 관계를 모델하였다. 결과적으로 UU 삼축시험, 과압밀 상태에 대한 CU 삼축시험, $K_0$ 압밀조건의 주응력축 회전시 비등방적 거동에 대하여 검증할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.215-228
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• 2002

동반논문(오세붕, 2002)에서는 전체 변형도 영역의 거동을 모델할 수 있는 GUX( 구성모델을 ABAQUS 코드(Hibbit 등, 2001)에 구현하였다. 먼저 정확도 해석을 통하여 동반논문에서 구현한 내재적 응력적분 기법이 해의 정확도를 확보함을 알 수 있었다. GUX 모델은 전응력 개념에 의거한 비등방경화 탄소성 구성모델이므로 완전 배수 또는 비배수 삼축시힘시 응력-변형도 관계를 입력하여 대상문제를 배수 및 비배수조건에 따라 해석할 수 있다. 본 연구에서는 연약지반 및 풍화토 지반상 성토시 안정성 문제와 지반-말뚝계의 축하중 재하시 거동에 대한 예제 해석을 수행하였다. 그리고 대변형 해석을 통하여 기하학적 비선형성을 고려하였고 전체 변형도 거동을 합리적으로 모델하는 GUX 모델을 이용한 결과를 Mises 모델 결과와 비교하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제12권6호
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• pp.661-670
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• 2000

다양한 이동하중을 받는 3차원 사장교에서 동적응답을 구하고자 동일 제원을 갖는 사장교 해석모델에 대하여 두 가지 케이블요소를 적용하여 케이블의 면외 진동영향을 포함한 경우를 알아보고자 하였다. 특히 사장교와 같은 전 구조체계가 유연성을 갖는 구조에서는 사용하중하에서도 동적응답이 민감할 것으로 가정하고 주탑, 바닥판을 연결하는 케이블의 유연성을 포함하여 거동을 파악하고자 하였다. 또한 진동해석시 정적비선형해석을 통한 기하강도행렬과 접선강도행렬을 연계하여 수행하였으며 특히 케이블을 다수의 요소로 분할한 경우에서 단일 케이블요소로 고려되는 축방향진동 이외의 다양한 진동모우드를 나타내고 이러한 면내, 면외진동의 영향이 주탑 및 바닥판과의 상호 연성관계를 통한 추가적인 거동을 유발함을 알 수 있었다. 또한 케이블의 진동영향을 고려한 경우 비대칭 편도의 이동하중을 적용하여 바닥판의 회전각을 비교할 경우에도 케이블의 횡진동의 영향이 전체구조의 추가적인 동적응답을 나타냄을 볼 수 있었다.

• Earthquakes and Structures
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• 제11권6호
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• pp.925-942
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• 2016

With ongoing development of earthquake engineering research and the lessons learnt from a series of strong earthquakes, the seismic design concept of "resilience" has received much attention. Resilience describes the capability of a structure or a city to recover rapidly after earthquakes or other disasters. As one of the main features of urban constructions, tall buildings have greater impact on the sustainability and resilience of major cities. Therefore, it is important and timely to quantify their seismic resilience. In this work, a quantitative comparison of the seismic resilience of two tall buildings designed according to the Chinese and US seismic design codes was conducted. The prototype building, originally designed according to the US code as part of the Tall Building Initiative (TBI) Project, was redesigned in this work according to the Chinese codes under the same design conditions. Two refined nonlinear finite element (FE) models were established for both cases and their seismic responses were evaluated at different earthquake intensities, including the service level earthquake (SLE), the design-based earthquake (DBE) and the maximum considered earthquake (MCE). In addition, the collapse fragility functions of these two building models were established through incremental dynamic analysis (IDA). Based on the numerical results, the seismic resilience of both models was quantified and compared using the new-generation seismic performance assessment method proposed by FEMA P-58. The outcomes of this study indicate that the seismic resilience of the building according to the Chinese design is slightly better than that according to the US design. The conclusions drawn from this research are expected to guide further in-depth studies on improving the seismic resilience of tall buildings.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권9호
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• pp.45-59
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• 2006

탄소성 구성방정식은 주로 미분방적식(rate equation)으로 이루어져 있기 때문에 유한요소법 등을 이용한 지반구조물 해석시 미분방정식들에 대한 수치적분을 수행할 수 있는 방법이 필요하다. 구조물의 거동을 해석할시 미분방정식들을 위한 적분방법은 해석결과의 정확성과 유한요소법 모델링의 안전성에 큰 영향을 미치고 있다. 본 논문에서는 최근에 개발되어 사용되고 있는 흙에 관한 구성모델인 "Two-surface soil plasticity model (Manzari and Dafalias 1997)"을 Implicit return-mapping 수치적분방법을 이용하여 실행하는 과정을 제시한다. 본 연구에서 사용된 수치적분방법은 Closest-Point-Projection Method(CPPM) 방법으로 탄성 예측자-소성 교정자(elastic predictor-plastic corrector) 개념을 Implicit Backward Euler방법으로 체계화 시킨 알고리듬이다. 본 연구에서 수행한 "Two-surface soil plasticity model"은 조립토의 비선형거동을 해석하며, Bounding surface 개념 및 비선형 등방경화와 이동경화법칙을 사용하는 모델이다. 본 연구는 CPPM 방법이 정확하고 안정되며 유용한 수치적분을 수행할 수 있는 알고리듬이라는 것을 제시한다. 또한, CPPM 알고리듬은 구성방정식의 해를 반복적으로 해석하는 동안 "Consistent tangent operator $d{\sigma}/d{\varepsilon}$"를 제공하므로, 비선형 유한요소 해석이 2차(quadratic convergence rate)의 수렴 조건을 만족하는데 기여한다는 것을 보여준다.