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동적이완법을 이용한 공간구조의 후좌굴 해석에 관한 연구
한상을,이경수 대한건축학회 2006 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.22 No.10
The present study is concerned with the application of dynamic relaxation method in the investigation of the large deflection behavior of spatial structures. The dynamic relaxation do not require the computation or formulation of any tangent stiffness matrix. The convergence to the solution is achieved by using only vectorial quantities and no stiffness matrix is required in its overall assembled form. In an effort to evaluate the merits of the methods, extensive numerical studies were carried out on a number of selected structural systems. The advantages of using dynamic relaxation methods, in tracing the post-buckling behavior of spatial structures, are demonstrated.
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한상을,이상주,이정현 한국공간구조학회 2006 한국공간구조학회지 Vol.6 No.1
The single layer latticed dome is very sensitive on the slenderness ratio and half open angle of the elements, load condition, and the connection type because it is organized by a lot of thin elements, so we have to use the geometrically nonlinear buckling load when the buckling of the structures is analyzed. But, it is very difficult to design the single layer latticed domes considered all conditions. Therefore the purpose of this paper is to propose the appropriate design method of the single layer latticed dome considered the geometrically nonlinear buckling load in base of the linear buckling load by the eigenvalue analysis. 단층 래티스 돔은 작은 단면의 선 부재 조합으로 전체구조물이 구성되는 특성상 구성부재의 세장비, 부재 반개각, 하중조건, 접합부 특성 등에 매우 큰 영향을 받으므로, 비선형 좌굴해석에 의한 좌굴하중을 사용해야 하지만 여러 가지 현실적 제약이나 문제점 등에 의해 이러한 것이 제대로 반영되지 않은 설계가 이루어지고 있다. 이러한 이유로 돔 구조물의 설계 시 부재의 과다 설계, 자유로운 형상 설계의 제약 등의 문제점들이 나타나는 것이 지금의 현실이다. 따라서 이 논문의 목적은 위에서 언급된 문제점을 해결하기 위하여 고유치 해석을 통한 선형 좌굴해석에 기초한 비선형 좌굴하중을 예측하고 이를 이용함으로서 보다 효과적인 설계를 가능케 하는 설계식을 제안하는 데 있다.
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조합하중를 받는 단층 래티스 돔과 아치의 안정경계에 관한 연구
한상을,이상주,이갑수 한국공간구조학회 2004 한국공간구조학회지 Vol.4 No.3
본 논문은 조합하중을 받는 공간구조물의 안정경계를 파악하는 것이다. 구조물에 작용하는 독립된 여러 가지 하중벡터는 기본이 되는 하중 모드와 하중매개 변수를 이용하여 나타내고, 독립된 하중 매개변수에는 비례관계를 설정함으로서 하나의 하중변수에 의해 하중을 부여한다. 구조물의 좌굴하중 즉 임계점은 평형조건이 불안정이 되는 극한점과 분기점으로 분류되고, 가장 낮은 하중이 좌굴하중으로 정의된다. 본 논문에서는 기하학적 비선형 문제를 해석하기 위한 수치해석법으로는 호장법과 뉴턴-랩슨법을 이용하였으며, 본 해석을 통하여 안정경계를 파악함은 물론 좌굴모드 및 좌굴하중을 명확히 규명하였다. The lowest load when the equilibrium condition becomes to be unstable is defined as the buckling load. The primary objective of this paper is to be analyse stability boundaries for star dome under combined loads and is to investigate the iteration diagram under the independent loading parameter. In numerical procedure of the geometrically nonlinear problems, Arc Length Method and Newton-Raphson iteration method is used to find accurate critical point(bifurcation point and limit point). In this paper independent loading vector is combined as proportional value and star dome was used as numerical analysis model to find stability boundary among load parameters and many other models as multi-star dome and arch were studied. Through this study we can find the type of buckling mode and the value of buckling load.
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탄성현수선요소와 일반화 알파법을 이용한 케이블 구조물의 비선형 동적해석
한상을,이상주 대한건축학회 2006 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.22 No.11
In the dynamic analysis of cable structures, geometrical non-linearity due to the flexibility of cables must be considered efficiently. In this paper, formulation of tangent stiffness matrix of elastic catenary cable is derived by using relative nodal displacements, self-weight and unstressed cable length. Free vibration analysis of simply supported cable using elastic catenary cable elements is conducted and compared with that using truss elements. The result shows that elastic catenary cable elements are more compatible than truss elements in the case of analysis of cable structures. Furthermore, the characteristic of dynamic behaviors of cable structures by temporary unstability phenomenon is confirmed. Generalized- method with numerical damping parameter is proposed to numerical analysis method, which removes temporarily unstable phenomenon problem having cable structures under external force and except divergent behavior of structures having Newmark method.
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Dynamic Instability of Lattice-Dome Structures by Lyapunov Concept
한상을,후효무 대한건축학회 2008 Architectural research Vol.10 No.1
Stability is a very important part which we must consider in structural design. In this paper, we take advantage of finite element method to study parametrical instability of lattice dome structures, which is subjected to harmonically pulsating load. We consider elastic stiffness and geometrical stiffness simultaneously during the calculation of stiffness matrix, and adopt consistent mass matrix to make the solution more correct. In order to obtain instability regions, we represent displacements and accelerations in dynamic equation by trigonometric series expansions, and then obtain Hill’s infinite determinants. After first order approximation, we can get first and second order dynamic instability regions eventually. Finally, we take 24-bar star dome and 90-bar lamella dome as examples to investigate dynamic instability phenomena.
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동적이완법에 의한 막구조의 등장력곡면 형태해석에 관한 연구
한상을,이경수 한국전산구조공학회 1998 전산구조공학 Vol.11 No.4
막구조의 초기형상을 결정하기 위하여 막요소의 기하학적 비선형을 고려한 평형방정식을 유도하고, 등장력곡면(equally stressed surface)을 결정하기 위한 알고리즘을 정식화한다. 막구조는 대변형에 의한 기하학적 비선형성을 포함하고, 막구조의 특성상 초기장력에 의한 초기변형을 고려해야 하므로, 본 논문에서는 막구조와 같은 인장구조물의 비선형 수치해석을 수행하기 위한 해석기법으로써, 동적이완법(Dynamic Relaxation Method)에 대한 해석알고리즘을 적용하고, 이 방법에 의해 수행한 해석결과를 검토함으로써 막구조 해석에 적용 가능한 수치해석기법을 제시하고, 수치해석에 대한 예를 통해 본 해석법의 타당성을 검증한다.
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한상을,Han, Sang-Eul 한국전산구조공학회 1996 전산구조공학 Vol.9 No.3
본 논문의 목적은 단층래티스 돔의 안정해석 기법을 제안하고, 다양한 조건하에서 단층 래티스 돔이 갖는 좌굴특성을 규명하는데 있다. 기하학적 비선형 평형경로의 탐색 및 좌굴점 그리고 분기경로의 방향 등을 수직적으로 계산하기 위하여 호장법(Arc-Length Method)을 이용하였으며, 부재의 좌굴가능성을 판단하기 위하여 에너지밀도함수를 제안하였다. 강절점을 갖는 구조물의 거동 특성을 규명하기 위하여 3종류의 비선형 강성행렬을 유도하여 해석하였으며, semi-rigid절점을 갖는 구조물을 해석하기 위하여 스프링모델을 제안하고, 부재의 세장비, 반개각, 경계조건 및 다양한 하중조건을 파라메터로하여 좌굴특성을 규명하였다. The primary objective of this paper is to grasp many characteristics of buckling behavior of latticed spherical domes under various conditions. The Arc-Length Method proposed by E.Riks is used for the computation and evaluation of geometrically nonlinear fundamental equilibrium paths and bifurcation points. And the direction of the path after the bifurcation point is decided by means of Hosono's concept. Three different nonlinear stiffness matrices of the Slope-Deflection Method are derived for the system with rigid nodes and results of the numerical analysis are examined in regard to geometrical parameters such as slenderness ratio, half-open angle, boundary conditions, and various loading types. But in case of analytical model 2 (rigid node), the post-buckling path could not be surveyed because of Newton-Raphson iteration process being diversed on the critical point since many eigenvalues become zero simultaneously.
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