강-콘크리트 합성구조물의 비선형해석을 위한 화이버 유한요소 혼합법

박정웅(Park Jung-Woong),김승억(Kim Seung-Eock) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.6A

강성도법에서는 평형상태의 해석을 통해 구조물의 변위를 바로 산정할 수 있다. 그러나 변위형상함수를 사용하여 강성행렬과 부재내력의 계산이 근사적으로 수행되므로 유연도법에 비해 정확도가 낮은 단점이 있다. 종래의 유연도법에서는 변위형상 함수를 사용하지 않고 평형방정식을 만족하는 단면력-절점력 관계를 사용하여 단면력을 산정하므로 요소 내의 모든 단면에서 평형방정식을 만족시킬 수 있다. 그러나 유연도법은 강성도법에 비해 요소상태의 결정이 용이하지 않은 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 강성도법과 유연도법의 장점을 활용하여 강-콘크리트 합성구조물의 비선형해석을 위한 새로운 화이버 유한요소 혼합법(mixed method)을 개발하였다. 제안된 방법은 하중제어를 통한 Newton 방법을 사용하고 수치해석적으로 효과적이고 수렴성이 우수한 증분할선탄성계수법에 기반을 두고 있다. 또한 제안된 방법을 사용하여 강-콘크리트 합성구조물을 해석하였고 그 결과를 상용프로그램인 ABAQUS와 비교하였다. 그 결과 제안된 방법은 강-콘크리트 합성구조물의 비선형 거동을 정확하게 평가하였고 경제성이 매우 우수한 방법으로 입증되었다. The stiffness method provides a framework to calculate the structural deformations directly from solving the equilibrium state. However, to use the displacement shape functions leads to approximate estimation of stiffness matrix and resisting forces, and accordingly results in a low accuracy. The conventional flexibility method uses the relation between sectional forces and nodal forces in which the equilibrium is always satisfied over all sections along the element. However, the determination of the element resisting forces is not so straightforward. In this study, a new fiber finite element mixed method has been developed for nonlinear anaysis of steel-concrete composite structures in the context of a standard finite element analysis program. The proposed method applies the Newton method based on the load control and uses the incremental secant stiffness method which is computationally efficient and stable. Also, the method is employed to analyze the steel-concrete composite structures, and the analysis results are compared with those obtained by ABAQUS. The comparison shows that the proposed method consistently well predicts the nonlinear behavior of the composite structures, and gives good efficiency.

샌드위치 구조물 내에서의 응용과 관련된 2차원 단위 셀 형상을 지닌 심재에 대한 연구

김범근(Beomkeun Kim) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.8

등방성의 2차원 단위 셀 형상을 지닌 세 종류의 심재-삼각형 심재, 육각형 심재와 starcell 심재-에 대하여 샌드위치 구조물 내에서의 응용과 관련된 기계적 특성을 연구하였다. 세 종류의 심재에 대하여 축 방향 Young 계수, 전단 계수를 계산하여 비교하고, 심재의 셀 벽을 압축 하중과 전단 하중을 받고 있는 판재로 가정하여 축 방향 압축 좌굴 강도와 전단 좌굴 강도를 산출하였다 심재의 유연성을 나타내는 평면탄성계수를 비교하고 쌍축 굴곡 실험(biaxial flexural test)을 실시하여 유연성을 측정하였다. 세 가지 심재 모두 축 방향으로 같은 강성을 가지고 있었으나, 삼각형 심재는 다른 두 종류의 심재에 비하여 낮은 강도를 나타내었고, starcell 심재는 다른 심재들에 비해 월등히 높은 유연성 을 나타내었다. 이러한 유연성은 starcell 심재가 곡면에 적용되는 샌드위치 구조물의 심재로서 응용될 수 있음을 보여주었다. The mechanical characteristics of three types of core with two-dimensional isotropic patterns-triangular, hexagonal and starcell-were studied in applications to sandwich structures. The Young's modulus and shear modulus were calculated for the three core types in the direction normal to the faces. The compressive buckling strength and shear buckling strength were calculated by modeling each cell wall of the core as a plate under compressive or shear load. To verify this model, tests were conducted on scaled specimens to measure the compressive buckling strength of each core. The bending flexibilities of the three cores were also studied. Compliances for the three cores were measured using biaxial flexural tests. The three isotropic core patterns exhibited distinct characteristics. In the direction normal to the faces, all three cores had the same stiffness. However, the starcell core exhibited high flexibility compared to the other cores, indicating potential for application to curved sandwich structures.

Ni-Co 유연구조물 기반의 박막 액추에이터 개발

김수환(Suhwan Kim),김용대(Yongdae Kim) 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2019 No.11

이 논문에는 Ni-Co 유연 기판 기반의 열전기(electrothermal)적 박막 액추에이터의 FEM 설계 및 성능평가 결과가 기술되어 있다. 박막 액추에이터는 마이크로 미러(micro mirror), 소형 origami 로봇용 액추에이터, MAV(micro air vehicle) 등에 적용이 가능하다. 본 연구에서는 미세정밀가공공정(MEMS 공정)을 이용하여 두께 수 μm ~ 수십 μm의 유연한 Ni-Co 박막을 제작한 후 그 위에 절연층 및 백금(Pt) 히터를 형성시켜 유연구조체 기반의 소형 액추에이터를 구현하였다. 본 논문에서 제시한 유연박막 액추에이터의 유한요소해석(FEM)을 하였다. 유한요소해석은 실험 기반으로 조건과 환경 요소를 정하고 다중물리(multiphysics)을 이용하여 변위, 힘 해석을 수행 했었다. 액추에이터에 대해 입력전력량 별 작동변위, 작동력을 측정하고 FEM 해석 결과와 비교를 하였다.

입력설계기법에 의한 유연구조물의 잔류진동제어

박명호,한명석,박성종 대한공업교육학회 2006 대한공업교육학회지 Vol.31 No.2

This paper presents a procedure for designing command to maneuver flexible structure with very little residual vibration, even in the presence of modeling errors. For the open loop maneuver, the various shaped profiles using multiple step inputs delayed in time are considered for robustness and compared with the responses of rigid body and flexible body in virtue of simulations and experiments. Input shaping generates vibration-reducing shaped commands through convolution of an impulse sequence with the desired command. A flexible model with a cylindrical hub and four symmetric appendages is considered to examine the responses to real plant, and to illustrate the effectiveness of the proposed shapers. The appendages are long and flexible, leading to low frequency vibration under any control action. It is shown by a series of simulation that a properly designed feedback controller with input shaper performs well, as compared with open loop controller with input shaper. The control objective is to achieve a fast settling time of residual vibration to flexible structure and robustness (insensitivity)to plant uncertainty, to eliminate residual vibration. 본 연구는 모델링 오차를 갖는 유연구조물의 잔류진동을 억제하는 입력설계에 대한 방법이다. 개루프 제어방법으로 시간지연방법을 이용하여 여러 가지 형태로 설계된 입력을 사용하여 유연구조물의 강체운동과 잔류진동을 억제함을 시뮬레이션과 실험을 통해 비교 확인해 보았다. 또한 모델 오차에 대한 강인성 측면에서도 해석적으로 개루프 시스템에서 검토해 보았다. 여기서 사용된 입력설계(Input-Shaping) 방법은 일련의 임펄스 콘볼류션을 이용하여 진동이 제어되는 입력을 설계한다. 최근 마이크로 엔드밀을 이용한 가공은 소형구조물이나 소형기계의 부품과 금형산업에서 양호한 표면 거칠기와 가공시간의 단축을 위해 고정도의 기술을 요구하고 있다. 마이크로 엔드밀을 이용한 가공에 있어서 가공조건은 절삭면의 표면거칠기에 커다란 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 마이크로 엔드밀을 이용하여 스테인리스 강(STS 304)의 표면을 가공하였고, 실험계획법에 의해 최적의 표면거칠기를 얻기 위한 가공조건에 대해 분산분석하였다. 본 연구를 통하여 마이크로 엔드밀에 의한 가공에서 가공조건은 절삭깊이, 스핀들의 회전수, 이송속도의 순서로 표면거칠기에 영향을 미치는 것을 알았다.

두 개의 유연 링크로 이루어진 2차원 구조물의 동적 모델링 및 실험

최민섭(Min S. Choi),곽문규(Moon K. Kwak) 한국소음진동공학회 2016 한국소음진동공학회 논문집 Vol.26 No.7

유연구조물의 진동제어를 위한 압전작동기의 응용

성윤경,이규태 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2004 機械技術硏究 Vol.7 No.1

The paper presents the modeling and optimal control for the reduction of transverse vibration of simply supported beam under a moving mass. The equations of motion are derived by using assumed mode method. The coriolis and centripetal accelerations are accommodated in the equations of motion to account for the dynamic effect of the traveling mass. In order to reduce the transverse vibration of the beam, an optimal controller with full state feedback is designed based on the linearized equations of motion. The optimal actuator locations are determined with the evaluation of an optimal cost functional defined by the worst initial condition with the trade-off of controlled mode performance. Numerical simulations are performed with respect to various velocities and different traveling masses. Even if the velocity of the traveling mass reaches to the critical speed which can cause the resonance of the beam, the controller with two piezoelectric actuators shows the excellent performance under severe time-varying disturbances of the system.

유연한 구조물 위를 주행하는 물체의 동역학적 해석

이기수 대한기계학회 1994 대한기계학회논문집 Vol.18 No.7

An efficient iterative method is presented for the dynamic analysis of bodies moving on flexible structures. In contrast to traditional approaches, the nominal motion of the body is considered here as an unknown. The correct contact forces between the bodies and the flexible structures are computed by an iterative method reducing the specially defined error vectors to zero, and thus satisfying the constraints between the bodies and the structures. Even thought only simple equations of motions and simple time integrators are adopted, the correct solutions are economically obtained and the Timoshenko paradox is completely resolved. Numerical simulations are conducted demonstrate the accuracy and reliability of the solution and to compare the results with the reference.

Dynamic Analysis of a Flexible Structure in Motion

Lee, Sin-Young 한국공작기계학회 2003 한국공작기계학회 추계학술대회논문집 Vol.2003 No.-

Moving flexible structures such as transfer systems in press machine, crane, working table of machine tools have vibration problems because of starting, feeding and stopping. An analysis method is suggested and experimentally studied in order to solve a vibration problem of a moving flexible structure. In this method, the concepts of substructure synthesis method and semi-static displacement including rigid body mode were used. Total deformation of a structure was assumed to be composed of quasi-static and dynamic components. Experimental results from an elementary model of a transfer feeder showed good agreements with computational results.

유연구조물을 가진 인공위성을 위한 H<SUB>∞</SUB> 자세제어기 설계

문민기(Min Gi Mun),김태호(Tae Ho Kim),김한익(Han Ik Kim),방효충(Hyo Choong Bang) 한국항공우주학회 2020 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2020 No.11

유연 구조물에 대한 동역학 모델링 및 LQG/LTR 제어기 설계

채장수(Jang Soo Chae),박태원(Tae Won Park) Korean Society for Precision Engineering 2004 한국정밀공학회지 Vol.21 No.2

Some of Spacecraft's structures are flexible so that a certain expected disturbance can easily excite a low frequency vibration on these structures, having very low natural damping. Such vibration will degrade the performance of the system, which should to be kept in a specific shape or attitude against the undesired vibration. In this paper, LQG/LTR controller is developed using an additional dynamic model to increase the performance of the frequency responses at low frequency area. This study presents that the LQG/LTR design was an effective controller for the flexible structure.