FRP 합성보의 휨/전단거동해석에서 콘크리트손상소성모델의 여러 변수들의 영향

유승운,유준상 한국복합신소재구조학회 2019 복합신소재구조학회논문집 Vol.10 No.4

본 연구는 FRP-콘크리트 합성구조의 휨/전단에 대한 구조적 성능 및 거동 특성을 해석적으로 규명하고자 휨/전단 저항성능에 대해 외연적 유한요소해석을 이용하여 FRP 합성보의 휨/전단파괴거동 해석을 실시하여 기 수행한 실험과 비교분석 하고, 적용된 콘크리트손상소성모델의 각각의 인자들의 영향에 대해 매개분석하고 최적화된 안을 제시하고자 하였다. 기하학적 및 재료적 비선형성 큰 경우 유한요소해석 중 내연적 해석의 경우 수렴에 많은 문제점을 내포함으로 외연적 유한요소 접근법이 보다 합리적임을 수치해석을 통해 보였다. 본 연구의 경우 콘크리트손상소성모델의 여러 인자들에 대한 매개변수 해석을 수행한 결과, 다이레이션각의 경우는 26°, 파괴에너지 값으로 100Nm/m2, 인자 Kc의 값으로는 0.667 그리고 손상계수는 감안하는 것이 합리적이다. This paper is about flexure/shear behavior of FRP composite structure that can replace reinforced concrete structure. In order to investigate the flexure/shear behavior characteristic in analytical means, ABAQUS/Explicit was utilized for nonlinear analysis, and the various parameters and their influence were analyzed and compared with previous results to suggest values appropriated to this FRP composite structure. In case of implicit finite element analysis, the convergence is very ambiguous when geometrical and material non-linearity are large, so explicit FEA used in this study seems to be appropriate and it was proved by numerical analysis test. As the result of CDP(concrete damaged plasticity) model, it was recommended the result that 0.667 for Kc value, 100Nm/m2 for the value of fracture energy, 26° for the dilation angle and the consideration of damage parameter are believed to be appropriate.

유한요소해석을 활용한 장신구디자인 사례연구 – 예술장신구 사례를 중심으로 –

민복기 한국기초조형학회 2020 기초조형학연구 Vol.21 No.1

The purpose of this study is to examine the Finite Element Analysis, studied in Applied Mathematics and used in the fields of Civil Engineering and Architecture, and to explore the possibilities of applying it to the field of jewelry. Finite Element Method changes differential equations into different forms and appears as one of the numerical approximation methods. With this mathematical principle background, the linear combination of the certain function’s value sets the external factors such as property and weight in the engineering field, material mechanics and Finite Element Analysis is the evaluation of the structure by approximating the physical displacement of the object. FEA quickly became a computerized simulation technology, and later integrated to utilize CAD modeling data to simulate various physical environments such as strength, heat, flow, and vibration, etc. for effective design. A jewelry is a very small object it has an inevitable condition to be worn on top of the body; therefore, needs to be made with a secure structure but, there has been no case for it with FEA. This research studies the required conditions of this kind of jewelry with new prong structure research that uses FEA and minimizes the number of prongs in the prongs’ structure to two from four or six, and developed new prong structures for the object to float 2mm above the basis for light to pass. In such a case, FEA not only verifies the structural stability but make new concept design exploration possible and can improve productivity and quality through the interpretation of heat and flow in the casting process of the jewelry industry’s production process. Moreover, various physical external forces such as weight, fall or wind can be simulated to construct safer structures for vessel making in the field of Metal Craft as well. 본 연구의 목적은 응용수학분야에서 연구되어 토목, 건축 등의 분야에서 활용되고 있는 유한요소해석에 대해 살펴보고, 이를 장신구 분야에 적용할 가능성을 탐색하는 데 있다. 유한요소법(Finite Element Method; FEM)은미분방정식 문제를 다른 형태로 바꾸고 이 해(解)를 어떤 함수의 일차결합으로 나타내는 수치적인 근사해법(approximation method)의 하나이다. 이러한 수학적 원리를 바탕으로 재료역학 등의 공학분야에서 물성과 하중 등 외부적 요인을 설정하고 대상물의 물리적 변위의 근사값을 도출하여 구조를 해석하는 것이 유한요소해석(Finite Element Analysis; FEA)이다. FEA는 컴퓨터의 계산을 통한 시뮬레이션 기술로 빠르게 정립되었고, 이후 CAD의 모델링데이터를 활용할 수 있도록 통합되어 강도, 열, 유동, 진동 등 다양한 물리적 환경의 시뮬레이션을 통해 효율적 설계를 도출하는데 활용되고 있다. 장신구는 매우 작은 사물이지만 신체 위에 착용되는 필연적 조건을 가지므로 안정적 구조로 제작되어야 하지만 이를 위해 FEA를 활용한 사례는 없었다. 연구자는 이러한 장신구의 요구조건을 충족하는 새로운 난발(Prong)의 구조연구를 위해 FEA를 활용한 난발구조를 연구하였고 4개 혹은 6개로 이루어진 일반적인 난발구조에서 난발의 개수를 최소화하여 2개의 난발구조를 가지도록 하였다, 그리고 빛의 유입을 위해 오브제를 기저부에서 2mm 위로 띄워 고정할 수 있는 난발구조를 개발하였다. 이러한 사례에서와 같이 FEA는 주얼리의 구조안정성 검증 뿐 아니라 새로운 컨셉의 디자인탐색에 도움을 줄 수있고 주얼리산업의 생산과정에서도 열과 유동의 해석을 통해 주조생산성과 품질을 개선시킬 수 있다. 또한 금속공예의 대공분야에서도 하중이나 낙하, 바람 등 다양한 물리적 외력을 시뮬레이션 하여 좀 더 안정적인 구조를도출하는데 활용될 수 있을 것이다.

양단고정 단부구속에 따른 H 형 강재기둥의 좌굴 후 잔존내력 평가

아베베 다니엘 예쉬와웍(Daniel Yeshewawork Abebe),최재혁(Jae Hyouk Choi),김진향(Jin Hyang Kim) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.1

연쇄붕괴는 충격이나 폭발 등의 비정상 하중에 의하여 구조물의 하중 전달요소가 제거됨으로써 구조물의 일부 또는 전체가 연쇄적으로 붕괴되는 형상을 말한다. 예상외의 하중이 기둥부재에 작용할 경우, 좌굴이 발생하며 내력저하가 급격히 진행되어 붕괴에까지 이르게 된다. 하지만 좌굴 후 에너지를 흡수할 수 있는 잔존내력이 충분하면 붕괴를 막을 수 있다. 따라서, 구조물이 최종 붕괴상태에 도달되는 전 과정에 대한 기둥부재의 하중-변형관계를 명확히 파악할 필요가 있다. 본 논문에서는 비선형유한요소해석을 실시하여 H 형 강재기둥의 단부 구속조건이 고정일 경우 잔존내력의 변화추이를 파악하였다. 또한, 처짐이론을 기반으로 이론식을 도출하여 해석값과의 적합성을 검토하였다. Progressive collapse is a chain reaction of failures propagating throughout a portion of a structure that is disproportionate to the original local failure. When column members are subjected to unexpected load (compression load), they will buckle if the applied load is greater than the critical load that induces buckling. The post-buckling strength of the columns will decrease rapidly, but if there is enough residual strength, the members will absorb the potential energy generated by the impact load to prevent progressive collapse. Thus, it is necessary to identify the relationship of the load-deformation of a column member in the progressive collapse of a structure up to final collapse. In this study, we carried out nonlinear FEM analysis and based on deflection theory, we investigated the loaddeformation relationship of H-section steel columns when both ends were fixed.

원자로 CRDM 관통노즐 J-Groove 용접부 잔류응력 예측을 위한 유한요소 변수 민감도 해석

배홍열(Hong Yeol Bae),김주희(Ju Hee Kim),김윤재(Yun Jae Kim),오창영(Chang Young Oh),김지수(Ji Soo Kim),이성호(Sung Ho Lee),이경수(Kyoung Soo Lee) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.10

최근 원자로 압력용기 상부헤드 관통노즐 J-groove 용접부 주변에서 균열로 인한 냉각수 누출사고가 발행하고 있다. 이러한 사고의 원인은 용접에 의한 인장잔류응력, 농축된 붕산수 및 응력부식에 민감한 재료로 인한 일차수응력부식균열(PWSCC : primary water stress corrosion cracking)인 것으로 판명되었다. PWSCC 평가는 원자로 건전성 평가의 주요 관심사로서 용접에 의해 발생되는 잔류응력을 정확하게 예측함으로써 가능하다. 본 연구에서는 유한요소해석을 이용하여 국내 원자로의 일반적인 J-groove 용접부의 해석절차를 소개하고, 용접해석 관련 변수의 민감도 해석을 통해 잔류응력 예측기법을 제시하고자 한다. 이를 위해 2차원 및 3차원 요한요소해석 방법을 바탕으로 변수 민감도 해석을 수행하였으며, 기존 연구결과와 비교를 통해 해석절차 및 방법의 유용성을 검정하였다. In nuclear power plants, the reactor pressure vessel (RPV) upper head control rod drive mechanism (CRDM) penetration nozzles are fabricated using J-groove weld geometry. Recently, the incidences of cracking in Alloy 600 CRDM nozzles and their associated welds have increased significantly. The cracking mechanism has been attributed to primary water stress corrosion cracking (PWSCC), and it has been shown to be driven by welding residual stresses and operational stresses in the weld region. The weld-induced residual stress is the main factor contributing to crack growth. Therefore, an exact estimation of the residual stress is important for ensuring reliable operation. This study presents the residual stress computation performed for an RPV CRDM penetration nozzle in Korea. Based on two and three dimensional finite element analyses, the effect of welding variables on the residual stress variation is estimated for sensitivity analysis.

Cohesive Zone Model을 이용한 압입자 형상에 따른 균열특성분석

현홍철(Hong Chul Hyun),이진행(Jin Haeng Lee),이형일(Hyungyil Lee),김대현(Dae Hyun Kim),한준희(Jun Hee Hahn) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.12

본 연구에서는 유한요소해석과 압입시험으로 압입자 형상이 압입균열특성에 미치는 영향을 조사했다. 본 논문에서는 Lee 등(2012)이 제시한 cohesive zone 모델특성 및 균열생성, 진전을 위한 해석 조건에 기초해 다양한 균열해석을 수행했다. 우선, 사각뿔 및 삼각뿔 압입균열 시험과 해석을 비교해 해석 모델의 유효성을 검증했다. 아울러 비대칭 압입자에 의한 압입시, 압입하부에서 비대칭 균열의 발생 여부를 해석적으로 관찰했다. 최종적으로 압입발생 균열수와 균열길이 관계를 조사했다. 균열수와 균열길이 관계 및 동일 압입자형상(압입자 모서리수)에서 압입자각에 따른 균열길이 변화를 이용하면, 특정 압입자 형태의 압입시험에서 얻은 균열길이 만으로 다양한 압입자 형태의 균열길이를 예측할 수 있다. In this study, we investigated the effect of the indenter geometry on the crack characteristics by indentation cracking test and FEA. We conducted various cohesive finite element simulations based on the findings of Lee et al. (2012), who examined the effect of cohesive model parameters on crack size and formulated conditions for crack initiation and propagation. First, we verified the FE model through comparisons with experimental results that were obtained from Berkovich and Vickers indentations. We observed whether nonsymmetrical cracks formed beneath the surface during Berkovich indentation via FEA. Finally, we examined the relation between the crack size and the number of cracks. Based on this relation and the effect of the indenter angle on the crack size, we can predict from the crack size obtained with an indenter of one shape (such as Berkovich or Vickers) the crack size for an indenter of different shape.

PCB Handler의 과도응답해석 및 충격계수 산출 연구

이병화,권순기,고만수 한국디지털정책학회 2017 디지털융복합연구 Vol.15 No.7

EO/IR 카메라에 적용된 볼 베어링의 3축 스프링 요소 모델 및 EO/IR 카메라의 구조 응답해석

조희근(Hee Keun Cho),이주훈(Juhun Rhee),이준호(Jun-Ho Lee) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.12

본 연구는 무인항공기 및 헬리콥터 등에 장착되어 운용되는 고정밀 관측 다축·구동 EO/IR 카메라의 진동해석에 관한 것이며, 카메라에 적용된 볼 베어링을 모델링 하는데 있어서 3축 스프링요소를 적용하는 방법을 제시하였고, 이것에 의한 유한요소모델의 진동 응답 결과를 얻었다. 볼 베어링을 3축 스프링 요소로 모델링한 진동해석결과는 시험결과와 비교 되었으며, 잘 일치함을 알 수 있었다. 또한, 랜덤진동 시간이력해석을 통하여 다축·구동 EO/IR 카메라의 진동 응답 특성을 해석하고 분석하였다. 이의 연구결과는 우주용 카메라들에 사용되는 볼 베어링의 유한요소모델링 기법에 응용 될 수 있다. This study is focused on the structural dynamic responses, i.e., vibration analysis results of the high-accuracy observation multi-axial camera, which is installed and operated for the UAV (Unmanned Aerial Vehicle) and helicopter etc. And, the authors newly suggest a modeling technology of the ball bearing applied to the camera by using three-axis spring elements. The vibration analysis results well agreed to the randum vibration test results. Also, the vibration responses characteristics of the multi-axial camera through the time history analysis of the random vibration were analyzed and evaluated. The above results can be applied to the FE-modeling of the ball bearings used for the space cameras.

정상 Ⅰ급 교합과 Full-CUSP Ⅱ급 교합의 두개골 구조거동 비교 해석연구

이여경,박재용,김희선 한국전산구조공학회 2016 한국전산구조공학회논문집 Vol.29 No.4

최근 치의학 분야에서도 인체에 대한 구조적이고 역학적인 이해를 위하여 유한요소해석 기법이 널리 사용되고 있다. 따라 서 본 연구에서는 CT 이미지를 기반으로 하는 유한요소모델링 기법을 제안하고, 실험결과와 비교하여 검증하였다. 또한 제 안된 해석기법을 통해 교합 시뮬레이션을 구현하여 정상 Ⅰ급 교합과 Full-CUSP Ⅱ급 교합상태의 두개골 모델에 대하여 기 하비선형구조해석을 수행하였다. 그 결과, 하악골이 같은 거리만큼 이동할 때 사람의 실제 교합력 범위에서는 두 모델의 교 합력에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 응력분포를 비교했을 때 정상 Ⅰ급 교합모델은 치아 및 치조골 전반에 응력 이 균등하게 발생하는 반면, Full-CUSP Ⅱ급 교합모델의 경우 일부 구역에 응력집중 현상이 나타났다. 이는 치아의 부재 및 재배열로 인하여 교합면이 달라지면서 생긴 결과라고 분석된다. Recently, finite element analysis technique has been widely used for structural and mechanical understandings of human body in the dentistry field. This research proposed an effective finite element modeling method based on CT images, and parametric studies were performed for the occlusal simulation. The analyses were performed considering linear material behaviors and nonlinear geometrical effect, and validated with the experimental results. In addition, the skull models with two different molar relations such as Class Ⅰ and full-CUSP Class Ⅱ were generated and the analyses were performed using the proposed analytical method. As results, the relationships between the mandibular movement and occlusal force of both two models showed similar tendency in human occlusal force. However, stress was evenly distributed from teeth to facial bone in the skull model with Class Ⅰ, while stress concentration was appeared in the model with full-CUSP Class Ⅱ due to the changes of occlusal surfaces of the model.

유한요소해석법을 이용한 자유곡면 반사경의 조립부 형상에 따른 초정밀 가공 특성

김경환,이영신,이상용,김상혁 한국기계기술학회 2015 한국기계기술학회지 Vol.17 No.5

Demand for precision optical system is increased due to the rapid development of aerospace, defense, and imaging fields. Research to produce high precision reflector mirror is being carried out. In particular, confocal off-axis reflecting optical system can be applied to various fields due to the advantage of being able to implement a short focal length and a large field of view. The axis of freeform reflector is asymmetrical, so ultra precision machining which is possible to accurately controls over three- axis is required for the reflector. Precision machining of free-form reflectors is more difficult than precision machining of symmetrical reflector. In this study, effect of mirror mounting structure on cutting characteristics was researched by finite element analysis(FEA) to set the reference plane using the machining and measurement of the freeform mirror. The mirror mounting has been divided into four types of squares, hexagons, octagons, and dodecagon. This study of FEA shows that there are not much difference in stress on the surface of the mirror for rotating and cutting forces. It was confirmed that deflection have great different over 5 times according to mounting structure. The analysis results are expected to be useful in the assembly part design and production to minimize the manufacturing tolerances of the freeform mirror.

유한요소해석을 통한 튜브액압 성형시의 굽힘 특성 연구

이건엽(Lee Gun Yeop),최민규(Choi Min Kyu),박성필(Park Sung Pill),문영훈(Moon Young Hoon) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.11

Tube hydroforming is recently used in wide industrial fields as a metal forming prcess to substitute for the existing stamping process due to decrease of a general manufacturing process and cost-cutting. Parts having complex shapes sometimes require one or more pre-forming operations such as bending before the hydroforming process. At initial pre-bending stage, the variations of wall thickness and cross-section have effects on the accurracy of final products and quality. Because of a relatively excellent productive speed , geometric size precision and reliance of product qualities, rotary draw bending is widely used . This study shows the bendability in the various conditions of materials and process parameters with rotary draw bending FE Analysis.