축방향변형요소-점소성요소 조합해석기법을 이용한 변형률속도에 따른 구조물의 응답해석

임윤묵(Lim Yun Mook),신승교(Shin Seung Kyo),박주완(Park Ju Wan) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.5A

기존의 실험결과에 의하면 구조재료의 인장ㆍ압축강도 등과 같은 재료특성은 하중의 재하속도가 변함에 따라 달라지는 현상을 보인다. 따라서 지진이나 충격하중과 같이 고변형률속도를 가진 하중에 의한 구조물의 거동을 정확하게 파악하기 위해서는 변형률속도에 의존적인 구조재료의 역학적인 특성을 고려한 해석이 필수적이다. 본 연구에서는 변형률속도에 따른 구조물의 거동해석을 위하여 탄-점소성모델과 축방향변형요소를 조합한 새로운 수치해석 기법을 개발하였다. 개발된 수치해석기법의 검증을 위하여 직접인장 및 휨하중이 작용하는 경우에 대한 기존 실험결과와 수치해석결과의 비교ㆍ검토를 수행하였다. 검증된 수치해석기법을 이용하여 정적하중 재하시와 충격하중 재하시 접합부를 가지고 있는 보-기둥 구조물의 하중-변위거동 및 파괴거동을 검토하였다. 또한, 변형률속도를 3×10??/s 에서부터 3×10?¹/s 까지 변화시켜 매개변수해석을 수행하여 변형률 속도에 따른 구조물의 손상범위를 검토하고 구조물의 파괴형상이 연성파괴에서 취성파괴로 전이되는 변형률속도의 한계값을 수치해석적으로 규명하였다. From the material point of view, concrete shows an increase in tensile strength and compressive strength as the strain rate increases, and the change in failure mode from ductile to brittle also happens. Thus, understanding the behavior of concrete subjected to high strain rate loading such as earthquake or impact is essential. This study proposes a numerical method that can predict the strain rate effect of concrete. Developed numerical model uses coupled axial deformation link element (ADLE) and elasto-viscoplastic element as a basic element. To verify the numerical method, simulations of uniaxial and three-point bending specimen are performed and the predicted responses are compared with experimental results. Concrete beam-column is simulated to investigate the load-deflection response and failure mode under static and impact loading. A parameter study regard?ing strain rate from a value of 3×10??/s to a value of 3×10?¹/s is conducted to investigate the damage range of concrete and a limit value of strain rate from which the failure mode changes from ductile to brittle.

섬유-강판 복합플레이트로 보강된 콘크리트 압축부재의 압축성능

조백순(Cho Baik-Soon),최은수(Choi Eunsoo),정영수(Chung Young-Soo),김연욱(Kim Yeon-Wook) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 A Vol.31 No.4A

콘크리트 공시체의 압축강도와 연성성능을 향상시키기 위하여 섬유-강판 복합플레이트 fiber-sheet and steel-plate composite plate(FSP))의 적용을 실험적으로 연구하였다. FSP 보강재료, 앵커볼트 설치방법, 콘크리트 압축강도 등이 고려된 FSP 보강 콘크리트 공시체의 압축실험을 실시하였다. FSP 보강 콘크리트 공시체의 압축실험결과, FSP는 콘크리트 공시체의 압축강도와 변형저항성능을 크게 향상시켰다. FSP 보강 콘크리트 공시체의 압축성능은 FSP 보강재 종류, 앵커볼트 사용방법, 콘크리트 압축강도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 앵커볼트를 사용한 FSP 보강 콘크리트 공시체 실험에서 측정된 FSP의 파단변형률은 FRP 보강 콘크리트 압축부재 실험에서 측정된 FRP 파단변형률보다 크게 측정되었다. FSP 파단변형률의 크기는 FSP의 보강효과에 영향을 미친다. FSP 보강 콘크리트 공시체 압축실험에서 측정된 축방향변형률, 원주방향변형률, 체적변형률에 의한 FSP 내부 콘크리트의 손상상태를 분석하여 FSP 보강효과를 평가하였다. 연구결과, FSP 보강공법은 콘크리트 압축부재의 보강방법으로 실용적 기법이라 판단된다. The application of newly developed fiber-sheet and steel-plate composite plate (FSP) as a means of improving strength and ductility capacity of concrete cylinders under axial compression load through confinement is investigated experimentally in this study. An experimental investigation involves axial load tests of two types of FSP strengthening material, two anchoring methods, and three concrete strengths. The FSP-confined cylinder tests showed that FSP provided a substantial gain in compressive strength and deformability. The performance of FRP-confined cylinders was influenced by type of the FSP strengthening material, the anchoring method, and concrete compressive strength. The FSP failure strains obtained from FSP-confined cylinder tests were higher than those from FRP-confined cylinder tests. The magnitude of FSP failure strain was related to the FSP composite effectiveness. The effects of FSP confinement on the concrete microstructure were examined by evaluating the internal concrete damage using axial, radial, and volumetric strains. From the observations obtained in this investigation, it is believed that FSP is one of the best solutions for the confinement of concrete compressive members.

변형률 데이터를 이용한 철골모멘트골조의 횡응답 예측을 위한 해석적 연구

김시준,최세운 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.6

본 연구는 철골모멘트골조를 대상으로 변형률 기반 횡응답 예측 기법 제시한다. 기둥의 변형률 데이터를 이용하여 건물레벨의 횡 응답을 예측한다. 변형률 데이터는 한 개의 기둥 당 총 4개의 변형률 센서가 설치된다고 가정하여 기둥의 양 단부의 변형률 응답 값을 이용한다. 양단부의 변형률 값을 통해 단부의 휨모멘트를 계산하고 이를 처짐각법에 적용하면 건물레벨의 횡응답을 예측할 수 있다. 또한 한 개층에 설치 된 가속도계의 응답을 이용하여 지점에 위치한 회전스프링의 강성값을 예측하였다. 제시한 기법은 5층 1경간 철골모멘트골조 예제에 적용하 여 그것의 신뢰성를 검증하였다. 횡변위 및 횡가속도에 대한 예측 응답이 비교값과 일치하는 결과를 얻었으며, 손상 여부 및 위치를 파악하는 데 효과적임을 확인하였다. 반면 고유주기와 같은 동특성은 구조물의 손상을 파악하는데 한계가 있음을 확인하였다. In this study, the method to predict the lateral response by using strain data is presented on the steel moment frame. For this, the reliability of the proposed method by applying the example of five-story frame structure were verified. Using the strain value of columns, it predicted the lateral response of structure. It is assumed that all of four strain sensors for one column set up and the strain responses of both end of the column are utilized. The lateral response of member is calculated by using the slope deflection method. Also, using the acceleration response of the one layer, the stiffness of the rotation spring located in the supporting point is predicted. As a result, it was effective to understand the lateral displacement and acceleration responses and to predict local damage and location.

철근콘크리트 기둥의 축방향 변형률 평가

이정윤(Jung-Yoon Lee),김민옥(Min-Ok Kim),김형범(Hyung-Beom Kim) 한국콘크리트학회 2013 콘크리트학회논문집 Vol.25 No.1

터보차저의 축추력 예측을 위한 해석 및 실험적 연구

이인범,홍성기,최복록 한국기계기술학회 2015 한국기계기술학회지 Vol.17 No.2

In this paper, the main objective is to determine the mechanical responses due to the axial forces on thrust bearing for an automotive turbocharger. The rotating shaft in a turbocharger is supported by the bearings, usually oil-lubricated radial journal bearings and a thrust bearing. The axial forces acting on the thrust bearing have significant influences on the mechanical friction losses, which reduces the efficiency and performance of high-speed turbocharger. There are simple well-known formulas such as Petroff’s equation for calculating the mechanical frictional losses in these types of bearings. However, it's difficult to estimate the accurate axial forces from this formula. Thus, this work determined the relationship between thrust forces and strains by measuring and calculating the strains on thrust bearing and compared both results. The result shown that behaviors of axial strain are changed linear and non-linear depend on the boundary condition. Therefore, it’s possible to predict the magnitudes of the axial forces by measuring the strains under operating turbocharger.

터보차저의 축추력 예측을 위한 해석 및 실험적 연구

이인범,홍성기,최복록 한국기계기술학회 2015 한국기계기술학회지 Vol.17 No.2

In this paper, the main objective is to determine the mechanical responses due to the axial forces on thrust bearing for an automotive turbocharger. The rotating shaft in a turbocharger is supported by the bearings, usually oil-lubricated radial journal bearings and a thrust bearing. The axial forces acting on the thrust bearing have significant influences on the mechanical friction losses, which reduces the efficiency and performance of high-speed turbocharger. There are simple well-known formulas such as Petroff’s equation for calculating the mechanical frictional losses in these types of bearings. However, it's difficult to estimate the accurate axial forces from this formula. Thus, this work determined the relationship between thrust forces and strains by measuring and calculating the strains on thrust bearing and compared both results. The result shown that behaviors of axial strain are changed linear and non-linear depend on the boundary condition. Therefore, it’s possible to predict the magnitudes of the axial forces by measuring the strains under operating turbocharger.

MW급 풍력발전기 동력전달용 테이퍼 연결장치 설계에 관한 연구

강종훈(JongHun Kang),배준우(JunWoo Bae),온한용(Hanyong On),권용철(Yongchul Kwon) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集A Vol.39 No.11

본 연구는 풍력발전기용 동력 전달부품의 테이퍼 연결장치 설계에 관한 것이다. 요구되는 전달토크의 크기, 동력을 전달하는 축의 직경, 테이퍼 링의 접촉면적 그리고 압축 면압을 부과하기 위한 볼트의 체결력 등이 테이퍼 연결장치 설계의 주요 변수이다. 테이퍼 연결의 계산은 축대칭 평면 변형률 조건의 복합링 구조로 가정하여 응력과 변형량을 계산 하였다. 축에 작용하는 면압은 요구 전달동력을 이용하여 계산하였고, 보강링에 작용하는 면압은 축과 허브의 변형량 일치 조건을 이용하여 계산하는 방법을 제안하였다. 복합링의 수식으로 구한 반경방향의 변형량으로 테이퍼 각도를 고려한 축방향 습동거리를 계산하였다. 수식으로 구한 응력과 상대습동거리의 타당성을 검증하기 위하여 유한요소해석을 수행하였으며 축방향의 하중이 발생하는 테이퍼면에서 원주방향의 응력이 최대 10% 수준의 오차를 보이고 있으나 그 외 응력분포와 상대습동거리는 수식적인 방법과 해석적인 방법이 일치함을 확인하였다. This study focuses on the design of the tapered joints of a wind power turbine. The main variables of the tapered joint are the transmitted torque, shaft diameter, contact area of the tapered ring, and tightening torque of the bolts, which applies a compressive pressure from the hub to the shaft. The stress distribution of the taper fit was calculated under axisymmetric plane strain conditions because of the small taper angle. The axial displacement of the clamp can be calculated from the radial elastic deformation and the taper angle. The stress field of each ring is obtained from the cylinder stress equation. To verify the accuracy of the calculation, finite element (FE) analysis was performed, and the results of the calculation and FE analysis were compared. The hoop stress of the tapered surface showed a discrepancy of approximately 10, but the trends of the stress distributions of each component and the relative movement obtained by FE analysis were in good agreement with the analytical calculation results.

지진파 입사방향에 따른 매설관 종방향 응답특성 규명

곽형주(Hyungjoo Kwak),박두희(Duhee Park),이장근(Jangguen Lee),강재모(Jaemo Kang) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.9

이 연구에서는 사실적인 매설관의 종방향 지진 응답특성을 규명하기 위하여 3차원 시간 이력해석이 가능한 쉘-스프링 수치모델을 구축하였으며 지진파 입사방향, 2방향 재하의 영향을 평가하였다. 조화운동을 적용한 결과, 이의 주기는 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 이는 주기가 감소할수록 매설관의 곡률이 증가하며 응답이 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 입사방향의 영향을 평가하기 위하여 매설관 축 방향, 수평평면, 그리고 수직평면으로 운동을 재하 하였다. 매설관 축 방향으로 하중을 재하할 경우 휨 변형만을 유발하므로 응답이 매우 작게 계산되었다. 수평 및 수직평면에서 매설관 축 방향과 45°로 재하 하는 경우 축방향 변위가 응답에 지배적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한 2방향 재하 시, 휨 변형만을 유발하는 요소의 영향이 극히 작으므로 1방향으로만 재하 하는 경우와 결과가 유사하게 계산되었다. 계측기록을 재하 하는 경우에도 응답은 유사하게 계산되었고 1방향 및 2방향 해석의 결과는 크게 다르지 않은 것으로 나타났다. 결과적으로 매설관의 종방향 지진 응답은 축 방향 변위를 유발하는 1방향 재하만으로도 충분히 정확하게 예측할 수 있을 것으로 판단된다. In this paper, a 3D shell-spring model that can perform time history analysis of buried pipelines is used to evaluate the effect of the incident direction of the earthquake motion. When applying harmonic motions, it is shown that the period of vibration has pronounced influence on the response of buried pipelines. With decrease in the period, the curvature of the pipeline and corresponding response are shown to increase. To evaluate the effect of the incident angle, the motions are applied in the direction of the pipleline, horizontal, and vertical planes. When the motion is applied parallel to the direction of the pipeline, it only induces bending strains and therefore, the response is the lowest. Under motions subjected in horizontal and vertical planes at an angle of 45° from the longitudinal axis of the buried pipeline, the axial deformation is shown to contribute greatly to the response of the pipelines. When imposing two-components simultaneously, the calculated response is similar to the case where only single-component is imposed. It is because one component only induces bending strain, resulting in very small increase in the response. The trend of the response is shown to be quite similar for recorded motions. Therefore, it is concluded that use of a single-component is sufficient for estimation of the longitudinal response of buried pipelines.

철근콘크리트 기둥의 축방향변형률

박종욱(Park Jong-Wook),권구정(Kwon Koo-Jung),김병일(Kim Byoung-Il),이정윤(Lee Jung-Yoon) 대한건축학회 2011 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.27 No.8

Plastic hinges are generally developed at both ends of reinforced concrete (RC) beams in the post-yield region. To complete the plastic deformation mechanism, column plastic hinges at the base of the structure are also required. The longitudinal axial strain in the plastic hinge regions of RC columns has a significant influence on the behavior of RC structures subjected to reversed cyclic loading. This strain affects energy dissipation in the hysteretic response by causing the sliding along interconnecting wide flexural cracks. In addition, the strain also influences on the deformability of RC structures. In order to investigate the effects of the axial force on the axial strain in the plastic hinge region of RC members, experimental and analytical study was performed with ten RC members subjected to reversed cyclic loading. The experimental and analytical results indicated that the axial force significantly decreased the axial strain in the plastic hinge region of RC members.

자오 변형률에 근거한 2절검 축대칭 셸요소

유하상,신효철,Ryu, Ha-Sang,Sin, Hyo-Chol 대한기계학회 1997 大韓機械學會論文集A Vol.21 No.6

Two shear-flexible curved axisymmetric shell elements with two nodes, LCCS(linear curvature and constant strain) and CCCS(constant curvature and constant strain) are designed based on the assumed meridional strain fields and shallow shell geometry. At the element level, meridional curvature, membrane strain and shear strain fields are assumed by using polynomials and the displacement fields are obtained by integrating the assumed strain fields along the shallowly curved meridian. The formulated elements have high order displacement fields consistent with the strain field. Several test problems are given to demonstrate the performance of the two elements. Analysis results obtained reveal that the elements are very accurate in the displacement and the stress predictions.