형상에 따른 주름강판의 탄성전단좌굴 특성 및 경향성 분석 연구

손수덕,이승재,유미나 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.6

This paper aims at comparing and analyzing shear buckling characteristics between sinusoidal corrugation shape and trapezoidalone. For this, I adopted the equal-length trapezoidal corrugation and sinusoidal one for the analytical models, and analyzed theirshear buckling characteristics through linear buckling analysis and on its theory. Generally, the shear buckling shapes of corrugatedsteel plates are classified into local buckling, global buckling, and interactive buckling from the two buckling modes. Sinusoidalcorrugation shape, unlike trapezoidal corrugation, does not have flat sides, which causes another tendency in shear buckling mode. Especially, the changes and different aspects of shear buckling on the boundary between local buckling and global buckling appearin different corrugation shapes. According to the analysis results, interactive buckling mode appeared on the boundary of localbuckling and global bucking in trapezoidal corrugation. However, in the case of corrugated steel plates with sinusoidalconfiguration, interactive buckling mode appeared in the part where global bucking takes place. Besides, trapezoidal shapes are ofadvantages on shear buckling resistance in the local buckling section, and so are sinusoidal shapes in the global buckling section. 본 연구는 정현형 주름과 마름모형 주름 형상의 전단좌굴 특성을 비교, 분석하는 것이 목적이다. 이를 위해서 동일한 길이의 마름모꼴주름과 정현파주름을 해석대상모델로 채택하였으며, 선형좌굴해석을 통한 전단좌굴특성과 이론식에 의한 특성을 분석하였다. 일반적으로주름강판의 전단좌굴 형태는 국부좌굴, 전체좌굴 및 두 좌굴에 의한 연성좌굴로 분류된다. 그러나 마름모꼴주름과는 달리 정현파주름형상은 평평한 면이 없기 때문에 전단좌굴의 양상에 대한 경향이 달라진다. 특히 국부좌굴과 전체좌굴의 경계에서 나타나는 전단응력변화와 양상은 주름형태에 의해 차이가 난다. 분석 결과에서 볼 때, 제형 (마름모꼴)의 경우는 이론식내의 전체좌굴과 국부좌굴의 경계에서 연성좌굴모드가 발생했다. 그러나 정현파형의 경우 전체좌굴이 발생하는 구간에서 연성좌굴모드가 발생하는 양상을 보였다. 또한 국부좌굴 구간에는 제형형상이 그리고 전체좌굴 구간에서는 정현파형상이 전단좌굴에 저항하는데 유리하게 작용하였다.

형상에 따른 주름강판의 탄성전단좌굴 특성 및 경향성 분석 연구

손수덕,유미나,이승재 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.6

본 연구는 정현형 주름과 마름모형 주름 형상의 전단좌굴 특성을 비교, 분석하는 것이 목적이다. 이를 위해서 동일한 길이의 마름모꼴주름과 정현파주름을 해석대상모델로 채택하였으며, 선형좌굴해석을 통한 전단좌굴특성과 이론식에 의한 특성을 분석하였다. 일반적으로 주름강판의 전단좌굴 형태는 국부좌굴, 전체좌굴 및 두 좌굴에 의한 연성좌굴로 분류된다. 그러나 마름모꼴주름과는 달리 정현파주름형상은 평평한 면이 없기 때문에 전단좌굴의 양상에 대한 경향이 달라진다. 특히 국부좌굴과 전체좌굴의 경계에서 나타나는 전단응력변화와 양상은 주름형태에 의해 차이가 난다. 분석 결과에서 볼 때, 제형 (마름모꼴)의 경우는 이론식내의 전체좌굴과 국부좌굴의 경계에서 연성좌굴모드가 발생했다. 그러나 정현파형의 경우 전체좌굴이 발생하는 구간에서 연성좌굴모드가 발생하는 양상을 보였다. 또한 국부좌굴 구간에는 제형형상이 그리고 전체좌굴 구간에서는 정현파형상이 전단좌굴에 저항하는데 유리하게 작용하였다. This paper aims at comparing and analyzing shear buckling characteristics between sinusoidal corrugation shape and trapezoidal one. For this, I adopted the equal-length trapezoidal corrugation and sinusoidal one for the analytical models, and analyzed theirshear buckling characteristics through linear buckling analysis and on its theory. Generally, the shear buckling shapes of corrugated steel plates are classified into local buckling, global buckling, and interactive buckling from the two buckling modes. Sinusoidal corrugation shape, unlike trapezoidal corrugation, does not have flat sides, which causes another tendency in shear buckling mode. Especially, the changes and different aspects of shear buckling on the boundary between local buckling and global buckling appear in different corrugation shapes. According to the analysis results, interactive buckling mode appeared on the boundary of local buckling and global bucking in trapezoidal corrugation. However, in the case of corrugated steel plates with sinusoidal configuration, interactive buckling mode appeared in the part where global bucking takes place. Besides, trapezoidal shapes are of advantages on shear buckling resistance in the local buckling section, and so are sinusoidal shapes in the global buckling section.

정현파형 주름강판의 전단좌굴특성 분석

손수덕,유미나,이승재,강주원 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.3

파형강판은 제형, 정현형 등의 형상으로 얇은 강판을 주름지게 가공한 것으로 두꺼운 평판을 대신하여 사용하여도 높은 면외방향의 강성을 확보할 수 있다. 또한, 아코디언효과로 축방향 강성이 거의 없어 플레이트거더의 웨브에 적용할 경우 웨브가 전단력만을 부담하는 방법으로 쉽게 설계할 수 있다. 그러나 파형강판의 전단좌굴은 평판과는 달리 국부좌굴과 전체좌굴 외에도 이들의 연성에 의해서도 좌굴이 발생하는 매우 복잡한 특성이 있으며, 이러한 연성좌굴에 대한 원인과 특성의 규명은 정현형의 경우 제형보다 연구결과가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 정현형 파형강판의 전단좌굴 특성과 연성좌굴이 발생하는 경향에 대해서 연구하였다. 전단좌굴강도를 계산하기 위해서는 유한요소프로그램을 이용하였고 해석결과를 정해와 비교하였다. 또한, 주름의 두께와 형상 파라메타에 따른 좌굴응력 변화의 특성과 좌굴모드형상의 변화를 분석하였으며, 이들의 결과를 이론식의 결과와 비교하여 좌굴양상의 변화시점에 대해서 분석하였다. Corrugated steel plates are made by fabricating thin steel plates to have trapezoidal or sinusoidal corrugation, and the corrugated plates are able to maintain high out-of-plane rigidity even when they are used instead of thick flat plates. Also, corrugated steel plates have almost no axial rigidity due to the accordion effect. Thus, if they are applied to the webs of plate girders, designing can be easily conducted so that the webs bear only shear stresses. However, unlike flat plates, the shear buckling of corrugated steel plates has very complex characteristics where buckling occurs due to the interaction of local and global buckling, besides local buckling and global buckling. For the investigation of the cause and characteristics of this interactive buckling, studies on sinusoidal corrugated steel plates are fewer than studies on trapezoidal corrugated steel plates. Therefore, in this study, the shear buckling characteristics of sinusoidal corrugated steel plates and the occurrence pattern of interactive buckling were investigated. For the calculation of shear buckling strength, a finite element program was used, and the analysis results were compared with the exact solution. In addition, the characteristics of buckling stress change and the change of buckling mode shape depending on corrugation thickness and shape parameter were analyzed, and by comparing these results with the results of a theoretical equation, the timing of buckling mode change was analyzed.

축하중을 받는 원통형 쉘의 좌굴강도

김승억,최동호,이동원,김창성,Kim, Seung Eock,Choi, Dong Ho,Lee, Dong Won,Kim, Chang Sung 한국강구조학회 2001 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.13 No.2

본 연구에서는 수치해석을 통하여 축하중을 받는 원통형 쉘의 좌굴해석을 수행하였다. 해석 식과의 비교를 통하여 수치모델 방법, 적절한 요소의 종류 및 요소의 개수등을 제시하였다. 매개변수 해석결과, 직경/두께비가 증가하면 좌굴응력은 크게 감소하나 높이/직경비가 증가하면 그 변화는 미세하며 이는 일반적인 기둥의 좌굴해석 결과와 상이하다. 높이/직경비가 커질수록 원주방향 좌굴모드의 파장수가 감소하였다. 바닥판의 두께가 증가하면 좌굴응력은 1~2% 증가한다. 따라서 그 영향은 거의 무시할 수 있다. 초기 형상결함의 크기가 증가하면 좌굴응력은 큰 감소를 보인다. 또한 회기분석을 통하여 좌굴응력을 간편하게 구할 수 있는 설계식을 도출하였으며, 수치해석 결과와 잘 일치하였다. This paper presents buckling analysis of the cylindrical shell subjected to axial loads using numerical method. The modeling method, appropriate element type, and number of element are recommended by comparing with analytical solution. Based on the parametric study, buckling stress decreases significantly as the diameter-thickness ratio increases. These results are different from those obtained from buckling analysis of columns. The number of buckling half-wave in circumferential direction decreases as the diameter-height ratio increases. Buckling stress increases 1~2% as the thickness of base plate increases. Therefore the effect of base plate on buckling strength for cylindrical shell can be disregarded. Buckling stress significantly decreases as the amplitude of initial geometric imperfection used for calculating buckling stress is developed and it shows a good agreement with numerical results.

비등방성 복합 적층판의 임계좌굴하중 및 모드의 수치 해석

이상열,임성순,장석윤,Lee, Sang Youl,Yhim, Sung Soon,Chang, Suk Yoon 한국강구조학회 1998 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.3

1차전단변형 판이론에 의한 비등방성 복합적층판의 임계좌굴하중 및 좌굴모드는 기존의 해석적인 방법으로는 다양한 조건에 대하여 해를 제공할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 따라서 근사해법인 수치해석을 이용하게 되는데, 이러한 수치해석기법으로 기존 상용프로그램에서는 유한요소법이 널리 사용되었다. 그러나 least upper bound 특성을 가지고 있는 유한요소법을 이용한 적층판의 좌굴해는 구조적인 안정성을 보장하지 못하는 경우도 있다. 따라서 본 논문에서는 유한차분법에 의한 좌굴해석을 수행하여 유한요소법과 상호 비교함으로서 각 경우에 관한 두 가지 수치해석기법의 장단점을 규명하고 효과적으로 적용할 수 있는 기법을 제시하는 것을 목적으로 하였다. 수치해석 결과, 유한차분법에 의한 좌굴하중 및 좌굴모드는 신소재를 사용하는 적층 구조물의 실용화에 앞서 다양한 기준을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. The solution of anisotropic plate via the classical methods is limited to relatively load and boundary conditions. If these conditions are more complex, the analysis becomes increasingly tedious and even impossible. For many plate problems of considerable practical interest, analytic solutions to the governing differential equations cannot be found. Among the numerical techniques presently available, the finite difference method and the finite element method are powerful numerical methods. The objective of this paper is to compare with each numerical methods for the buckling load and modes of anisotropic composite laminated plates considering shear deformation. In applying numerical methods to solve differential equations of anisotropic plates, this study uses the finite difference method and the finite element method. In determining the eigenvalue by Finite Difference Method, this paper represent good convergence compared with Finite Element Method. Several numerical examples and buckling modes show the effectiveness of various numerical methods and they will give a guides in deciding minimum buckling load and various mode shapes.

경수로용 핵연료집합체 지지격자의 좌굴특성에 관한 연구

전상윤,이영신,Jeon Sang-Youn,Lee Young-Shin 한국전산구조공학회 2005 한국전산구조공학회논문집 Vol.18 No.4

본 연구에서는 경수로용 핵연료집합체의 전체지지격자(Full Size Grid)와 부분지지격자(Small Size Grid)에 대한 정적 좌굴강도 실험과 전체 지지격자와 부분지지격자를 구성하는 지지격자판(Grid Strap)에 대한 정적 좌굴해석을 수행하여 지지격자의 좌굴특성을 분석하였으며, 분석결과를 이용하여 전체지지격자와 부분지지격자에 대한 좌굴하중값의 예측 가능성을 평가하였다. 좌굴강도 실험은 웨스팅하우스형 연료의 $17{\times}17$셀을 갖는 전체지지격자와 $1{\times}1,\;1{\times}2,\;1{\times}3,\;1{\times}4,\;1{\times}5,\;1{\times}17\;,2{\times}1,\;2{\times}2,\;2{\times}3,\;2{\times}9,\;2{\times}17,\;3{\times}17$ 등의 셀을 갖는 부분지지격자에 대하여 수행하였으며, 실험결과를 이용하여 지지격자의 좌굴강도와 지지격자의 행(rows)과 열(columns) 사이의 관계식을 제시하였다. 좌굴강도 해석은 범용 유한요소해석코드인 ANSYS를 이용하여 수행하였으며, 해석결과를 이용하여 지지격자의 좌굴특성을 분석하고 실험결과와 비교평가 하였다. This study contains the static buckling tests and static buckling analyses for small size grids and full size grids. The buckling tests and finite element analyses were performed to evaluate the buckling characteristics of the spacer grids in a pressurized water reactor fuel assembly and to evaluate the possibility of the prediction lot the buckling strength of spacer grids. The buckling tests were performed for small size grids and full size grids, and the correlations between buckling strength and the number of straps and the correlations between buckling strength and the number of rows are derived based on the test results. The static buckling analyses were performed to identify the effect of the number of rows and the number of columns on the buckling strength of spacer grid by a finite element method using ANSYS program and the results were compared with the buckling test results.

다층 대칭배열된 타원형 적층관의 좌굴하중 및 모드해석

천경식(Chun Kyoung Sik),손병직(Son Byung Jik),지효선(Ji Hyo Seon) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.3A

Fiber-reinforced composite materials due to their high specific strength, high stiffness and light weight are becoming increasingly used in many engineering industry, especially in the aerospace, marin and civil, etc. In this paper, the buckling load and mode shapes of composite laminates with elliptical cross-section including transverse shear deformations are analyzed. For solving this problems, a versatile flat shell element has been developed by combining a membrane element with drilling degree-of-freedom and a plate bending element. Also, an improved shell element has been established by the combined use of the addition of enhanced assumed strain and the substitute shear strain fields. The combined influence of shell geometry and elliptical cross-sectional parameter, fiber angle, and lay-up on the buckling loads of elliptical cylinder is examined. The critical buckling loads and mode shapes analyzed here may serve as a benchmark for future investigations. 화이버로 보강된 복합재료는 비강성과 강도가 높을 뿐만 아니라 경량화를 위한 작업이 가능한 재료로써, 항공, 선박 그리고 토목분야와 같은 많은 산업분야에서 계속적으로 사용이 증대되고 있다. 본 연구는 전단변형을 고려한 타원단면을 갖는 복합적층 구조물의 좌굴하중 및 모드형상을 분석하였다. 좌굴해석을 수행하기 위해, 면내회전자유도를 갖는 평면응력 요소와 휨 요소를 결합하여 무결점 4절점 쉘요소를 작성하였다. 이때 추가변형률과 대체전단변형률을 도입함으로써 요소의 거동을 개선하였다. 해석모델에 대해 쉘의 기하학적 형상, 종횡비, 화이버 보강각도, 그리고 적층배열에 따른 영향을 고찰하였다. 본 연구에서 제시한 타원단면을 갖는 적층관의 임계좌굴하중과 모드형상은 여러 가지 설계변수에 의한 거동에 대한 정확한 이해로부터 효율적인 설계방향을 제시하고자 하였으며, 추후 적층관의 좌굴해석시 좋은 참고자료로 활용할 수 있으리라 기대된다.

원공 크기 및 원공 위치에 따른 샌드위치 복합재 기둥의 좌굴 거동

이상진 ( Sang Jin Lee ),윤성호 ( Sung Ho Yoon ) 한국복합재료학회 2012 Composites research Vol.25 No.1

본 연구에서는 압축하중을 받는 원공을 가진 샌드위치 복합재 기둥의 좌굴 거동을 조사하였다. 샌드위치 복합재 기둥은 유리섬유직물/에폭시 면재와 우레탄 폼 심재로 구성되어 있다. 이때 면재 두께는 1.7mm, 심재 두께는 23mm, 37mm, 48mm, 61mm, 그리고 원공 직경은 25mm와 38mm를 고려하였다. 원공 위치가 샌드위치 복합재 기둥의 좌굴 거동에 미치는 영향을 조사하기 위해 직경 25mm인 원공이 시편중앙부에 있는 경우, 시편중앙부를 기준으로 중앙부와 끝단 사이의 1/4 지점에 있는 경우, 시편중앙부를 기준으로 중앙부와 끝단 사이의 1/2 지점에 있는 경우를 고려하였다. 시편중앙부에 직경 25mm인 원공이 있는 경우의 좌굴하중과 최대하중은 원공이 없는 경우보다 10% 정도 낮게 나타나며, 시편중앙부에 직경 38mm인 원공이 있는 경우의 좌굴하중과 최대하중은 원공이 없는 경우보다 30% 정도 낮게 나타났다. 그러나 원공 위치가 좌굴하중과 최대하중에 미치는 영향은 크지 않았다. 주요 파괴 모드는 심재 두께가 23mm와 37mm와 같이 얇은 경우는 심재 전단파괴가 지배적이고 심재 두께가 48mm와 61mm와 같이 두꺼운 경우는 면재-심재 분리가 지배적으로 관찰되었다. The study investigated the buckling behavior of sandwich composite columns with different hole sizes and hole positions when they were applied to a compressive load. The columns consisted of 1.7mm thick faces of glass fabric/epoxy and 23mm, 37mm, 48mm, and 61mm thick cores of urethane-foam. Different hole sizes with the diameter of 25mm and 38mm were considered in this experiment. To evaluate the effect of hole position on the buckling behavior, we considered three types of hole position: 25mm diameter hole located at the center, 25mm diameter hole at 1/4 position from the center to the end of the column, and 25mm diameter hole at 1/2 position from the center to the end of the column. According to the results, buckling and maximum loads of the column having 25mm diameter hole were lower by 10% compared to those of the column without hole, whereas the loads for the column having 38mm diameter hole were 30% less than those of the column without hole. Hole position appeared to have no effect on buckling and maximum loads. Major failure modes were observed as follows: the core shear failure for the thin columns having 23mm and 37mm thick cores, and the face-core debonding for the thick columns having 48mm and 61mm thick cores.

ABAQUS를 이용한 정현파형 주름판의 전단좌굴해석과 경계조건에 관한 연구

유미나(Yoo, Mi-Na),손수덕(Shon, Su-Deok),이승재(Lee, Seung-Jae),강주원(Kang, Joo-Won) 대한건축학회 2013 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.29 No.11

The characteristics of shear buckling about corrugated plates affect web height as well as the corrugated plate. Besides, there are complex phenomena, separated by local buckling, global buckling and ductility buckling. For this reason, the experimental and analytical study of corrugated webs are mainly conducted on shear buckling behavior and stability, whereas analytical study mainly uses commercial software. However, there are some differences between the application of boundary conditions and element modeling in the literature for each one. This study was performed to study about appropriate boundary condition in finite element analysis for sinusoidal corrugated plate. The analysis in this study was compared to shear buckling strength about each boundary condition with the plate shear theory, and shear buckling strength was obtained by converting the eigenvalues about primary mode. From the result of the analysis, the proposed boundary condition was demonstrated better condition.

적응적 쉘유한요소를 이용한 박스형 구조물의 좌굴해석

송명관,김선훈,Song, Myung-Kwan,Kim, Sun-Hoon 한국전산구조공학회 2007 한국전산구조공학회논문집 Vol.20 No.3

본 논문에서는 적응적 h-유한요소 세분화에 의한 박스형 절판 구조물의 선형좌굴 유한요소해석법을 제안한다. 면내회전 자유도를 갖는 변절점 평판쉘유한요소를 사용하여 유한요소의 거동을 개선하고 6자유도를 갖는 다른 유한요소와의 자유도의 연결을 용이하게 한다. 이와 같이 개발된 평판쉘유한요소에 의하여 박스형 절판구조물의 정확한 구조해석이 가능한데, 변절점유한요소를 정식화함으로써 적응적 h-유한요소 세분화시에 발생하는 다른 패턴의 사각형 유한요소 세분화망의 연결을 용이하게 해결한다. 오차평가에 대한 개선된 응력장을 얻기 위하여 상위수렴 조각회복법을 적용한다. 이와 같이 상위수렴 조각회복법에 의한 개선된 응력장에 의하여 구성된 유한요소 세분화망을 이용하여 좌굴하중과 좌굴모드를 자동적으로 구할 수 있도록 한다. The finite element linear buckling analysis of folded plate structures using adaptive h-refinement methods is presented in this paper. The variable-node flat shell element used in this study possesses the drilling D.O.F. which, in addition to improvement of the element behavior, permits an easy connection to other elements with six degrees of freedom per node. The Box-typed structures can be analyzed using these developed flat shell elements. By introducing the variable-node elements some difficulties associated with connecting the different layer patterns, which are common in the adaptive h-refinement on quadrilateral mesh, can be overcome. To obtain better stress field for the error estimation, the super-convergent patch recovery is used. The convergent buckling modes and the critical loads associated with these modes can be obtained.