유한요소해석을 이용한 파이프 굽힘 변형의 특성 예측 및 평가

장왕진(Wang Jin Jang),박종식(Jong Sik Park),정재영(Jae Young Jeong),김순섭(Soon Soub Kim),이성범(Seong Beom Lee) 한국자동차공학회 2007 한국자동차공학회 지부 학술대회 논문집 Vol.- No.-

For use of automobile parts, steel or aluminum pipe were used. But this pipe always undergoes bending process. Plastic deformation and pipe thickness deformation of circular section occur whenever pipe is bended. Pipe bending deformation causes fatigue failure of pipe. It causes severe problem of vehicle movement. Actually many accidents occurred in field by this problems. In this paper, bending deformation study of pipe was performed by Finite element analysis. The finite element analysis of pipe was executed to predict the behavior of deformation and pipe thickness. And the finite element analysis results are compared with the experimental results. As a results of comparison, the finite element analysis results are nearly similar to the experimental results. In order to get the confidence for analysis results, the variety of pip thickness is being performed experiment and finite element analysis.

포장가속시험을 이용한 소성변형예측 모델의 검증

최정훈(Choi Jeong Hoon),서영국(Seo Youngguk),서영찬(Suh Young Chan) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 D Vol.29 No.4D

본 연구는 포장가속시험을 이용하여 다양한 온도와 하중재하방법에 따라 아스팔트 포장에 발생하는 소성변형의 특성을 분석하고, 주요 시험결과를 유한요소해석으로 예측하는 방법을 제시하고 있다. 가속시험용 포장단면은 한국도로공사 시험도로 대표 단면 중에 하나를 선정하여 동일하게 시공하고 3가지 온도조건(30, 40, 50℃)에서 반복이동하중에 의한 소성변형을 비교분석하였다. 차량의 원더링 효과를 모사하기 위하여 가속시험기를 횡방향으로 좌우 35㎝ 범위 내에서 5㎝ 간격으로 이동하면서 시험을 수행하였다. 아울러 3가지 원더링 조건에 의한 소성변형의 차이도 수치해석을 통해서 검토하였다. 유한요소해석을 위하여 ABAQUS를 사용하였으며 가속시험 포장 단면을 plain strain 요소로 모델링하였다. 포장 층의 탄성계수는 FWD 시험에 의한 역산결과로 추정하였으며, 소성변형에 영향을 미치는 아스팔트 혼합물의 시간 의존성은 크리프 모델(creep model)로 고려하였다. 그리고 본 연구에서는 유한요소해석에 미치는 모델의 경계조건과 노상의 모델 포함 여부에 따른 영향을 두 가지 모델(전체모델과 부분모델)로 구분하여 검토하였다. 해석결과 두 가지 모델이 예측한 소성변형은 그 크기와 영향범위에서 확연한 차이를 보였으며 계측결과와 비교하여 보면 노상이 모델에 포함하여야 할 것으로 판단되었다. This paper presents the results of accelerated pavement tests (APT) that simulate permanent deformation (rutting) of asphalt concrete pavements under different temperatures and loading courses. Also, finite element (FE) analysis has been conducted to predict the test results. Test section for APT is the same as one of test sections at Korea Expressway Corporation test road and is subjected to a constant moving dual tire wheel load of APT at three different temperatures: 30, 40, 50℃. The moving wheel is applied at different loading courses within a 75㎝ wide wheel path to account for traffic wandering. Also, the effect of wandering on permanent deformation development is investigated numerically with three wandering schemes. In this study, ABAQUS is adopted to model APT pavement section with plain stain elements and creep strain rate model is used to take into account viscoplastic stain of asphalt concrete mixtures, and elastic layer properties are back-calculated from FWD measurements. Plus, the effect of boundary condition and subgrade on FE permanent deformation predictions is investigated. A full FE model that accounted for subgrade provided more realistic rut depth predictions, indicating subgrade has contributed to surface rutting.

수치해석모델을 이용한 강판재의 종굽힘 용접변형 생성기구의 해석

김용래(Yong Rae Kim),엄괄신(Jieshen Yan),송규영(Gyu Yeong Song),김재웅(Jae-Woong Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.1

용접변형이란 용접열원에 의해 구조물에 생성되는 불균일 온도분포에 의해서 발생하는 영구적인 변형이다. 용접변형은 용접구조물의 강도와 외관 및 치수 정밀도를 저하시킴으로써 생산성 저하의 주원인이 되기도 하며, 이러한 용접변형을 제어하기 위해 많은 실험과 연구가 수행되었다. 본 논문은 용접시 발생되는 변형 중에 하나인 종굽힘에 대하여 실험과 수치적 해석결과를 통해 비교 및 분석하였으며, 이를 통해 종굽힘 용접변형의 생성기구에 대하여 연구한 것이다. 용접실험은 4, 8.5 mm 두께의 평판에 대해 실시하였으며, 수치적 해석은 MSC.marc 상용프로그램을 사용하였다. Welding deformation is a permanent deformation that is caused in structures by welding heat. Welding distortion is the primary cause of reduced productivity, due to welded structural strength degradation, low dimensional accuracy, and appearance. As a result, research and numerous experiments are being carried out to control welding deformation. The aim of this study is to analyze the mechanism of longitudinal bending deformation due to welding. Welding experiments and numerical analyses were performed for this study. The welding experiments were performed on 4 mm and 8.5 mm thickness steel plates, and the numerical analysis was conducted on the welding deformation using the FE software MSC.marc.

고차전단변형이론에 기저한 4절점 가변형률 판 요소를 이용한 비대칭 적층 판의 유한요소해석

이상진(Lee Sang-Jin),김하룡(Kim Ha-Ryong) 대한건축학회 2009 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.25 No.1

A 4-node assumed strain finite element based on higher order shear deformation theory is developed to investigate the behaviors of unsymmetric laminated composite plates. The present plate element is denoted as HSA4 and it has seven degrees of freedom per node. The present element is based on Reddy's higher order shear deformation theory so that it can realistically represent the parabolic shape of transverse shear deformation through the thickness direction. In particular, assumed strain method is adopted to alleviate the shear locking phenomena inherited in the plate elements formulated with transverse shear deformation theory. Several numerical tests are carried out to show the capability of the present plate element for not only symmetric but also unsymmetric laminated composite plates with various values of plate thickness. The results are compared with reference solutions produced by other higher order shear deformation theories. From numerical results, it is found to be that the present element show very good performance in most cases and the present solutions have very good agreements with other reference solutions.

탄성받침 수평변형에 따른 수직강성 감소 및 슬래브교의 충격계수 변화 분석

김태현(Taehyeon Kim),이창석(Changseok Lee),노화성(Hwasung Roh) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.6

본 연구에서는 3차원 유한요소 이동하중해석을 통해 적층 탄성받침의 수평변형에 따른 슬래브교량의 충격계수 변화를 분석하였다. 탄성받침은 Neo-Hookean 모델을 적용하였으며 상부 슬래브는 solid 요소로 모델링하였다. 해석결과 탄성받침의 수평변형비(탄성받침 두께 대비 수평변위의 비)가 0.3까지는 탄성받침의 수직강성은 거의 변화가 없으나 그 이상 변형비부터는 수직강성 변화가 뚜렷하며 0.7 수평변형비에서는 초기 수직강성에 비해 10.87% 감소를 보였다. 충격계수에 있어서는 수평변형비 0.7까지는 거의 동일하나 그 이상부터는 가파르게 증가하여 본 연구에서 고려한 최대 수평변형비 1.0에서는 약 10% 증가를 보였다. In the present study, the impact factor variation of a slab bridge supported by laterally deformed laminated bearings was investigated through 3D FE moving load analysis. The neo-Hookean model was adopted for the bearing, and the slab deck was modeled with solid elements. From the analysis results, the bearing vertical stiffness decreased slightly until a lateral deformation ratio of 0.3, which is defined as the ratio of the lateral displacement to the total thickness of the bearing. However, the stiffness decreases above this ratio, showing a 10.87% decrease for a deformation ratio of 0.7. The peak impact factor is almost the same up to a deformation ratio of 0.7. However, a larger deformation ratio leads to a precipitous increase in the impact factor, which is an increase of approximately 10% under the 1.0 ratio, which is the maximum deformation ratio considered in this study.

복합적층 및 샌드위치판 전단변형함수에 관한 상호비교연구

박원태 ( Won Tae Park ),장석윤 ( Suk Yoon Chang ),천경식 ( Kyoung Sik Chun ) 한국복합신소재구조학회 2010 복합신소재학회논문집 Vol.1 No.3

본 연구에서는 Lagrangian 및 Hermite 보간함수를 혼합정식화한 유한요소법과 다양한 전단변형함수로 등방성, 대칭적층 및 샌드위치판 모델을 제시하였다. 제시된 전단변형이론은 판의 상하면에서 전단응력이 0이 되는 다항식, 삼각함수, 쌍곡삼각함수 및 지수함수로 구성되어 있다. 모든 전단변형함수는 해석에 정해 및 기발표된 유한요소 결과치와 비교하였으며, 합리적인 정확도를 갖는 것으로 예측되었다. 특히 지수형태의 전단변형함수(Karama et al. 2003; Aydogu 2009)가 적층 및 샌드위치판 해석에 있어서 상대적으로 가장 우수한 결과를 보였다. In this paper, we used various shear deformation functions for modelling isotropic, symmetric composite and sandwich plates discretized by a mixed finite element method based on the Lagrangian/Hermite interpolation functions. These shear deformation theories uses polynomial, trigonometric, hyperbolic and exponential functions through the thickness direction, allowing for zero transverse shear stresses at the top and bottom surfaces of the plate. All shear deformation functions are compared with other available analytical/3D elasticity solutions, are predicted the reasonable accuracy for investigated problems. Particularly, The present results show that the use of exponential shear deformation theory (Karama et al. 2003; Aydogu 2009) provides very good solutions for composite and sandwich plates.

반복 교통하중에 의한 도로지반의 장기변형 예측

박성완(Park Seong-Wan),안동석(An Dong Seok) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 D Vol.30 No.5D

교통하중이 작용하는 기초지반의 성능 및 도로하부 지반에서의 변형예측을 위해서는 반복적인 교통하중하에서의 장기변형 예측이 필요하다. 그러나 도로와 철도와 같은 다층시스템에서의 장기변형을 예측하는 것은 쉽지 않은 일이다. 따라서 보다 정량적인 해석을 위해서는 적절한 해석방식, 재료모형, 그리고 재료의 상수들을 통한 역학-경험적인 방식이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 반복 교통하중에 의한 응력의존적인 기초 지반재료의 장기변형 거동 파악을 위해 반복 하중의 응력수준과 함수비 조건이 고려된 반복재하 장기변형실험을 실시한 결과를 분석하고 해석에 활용하였다. 여러 응력상태조건에서 기초 지반 재료의 장기변형 특성이 반영된 유한요소해석을 실시하였고 장기변형 예측모델의 실내시험규모에서의 적용성을 평가하였다. Generally, the repeated traffic loading condition should be considered to predict the long-term deformation on road foundations or foundation systems. However, it is not easy to estimate long-term deformation on multi-layered system like roads and railways. For more quantitative analysis, mechanistic-empirical approach requires proper analytical tool, material's model, and material properties of foundation geomaterials under both traffic and environmental loadings. In this study, therefore, laboratory data from the long-term repeated load triaxial tests were used to predict accumulated deformation on pavement foundations and the results were analyzed based on the nonlinear, models and stress state considered. All these results are presented and verified on laboratory based scale using the finite element analysis with the deformation characteristics of foundation geomaterials at various stress states.

불연속면을 고려한 암반의 안정변형해석

황재윤(Jae-Yun Hwang) 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.1

암반에는 단층ㆍ절리ㆍ층리ㆍ균열ㆍ편리ㆍ벽개 등 불연속면이 포함되어 있다. 따라서, 불연속면을 포함한 암반의 역학적 거동은 연속체와는 다르게 불연속면의 역학적 거동에 좌우된다. 본 연구에서는 불연속면을 고려한 암반의 안정변형해석기법을 제안하고, 암반 붕괴재난현장에 적용했다. 암반 불연속면을 고려하여 평사투영법에 의한 안정해석과 개별절리요소를 포함한 유한요소법에 의한 변형해석 프로그램을 개발하여, 실제 암반 붕괴재난현장 지역에서의 해석결과와 비교 및 검토를 하였다. 암반 현장에 적용하여 결과를 비교 검토함으로써, 암반의 파괴 거동 해석에 있어서 개발한 불연속면을 고려한 암반의 안정변형해석법의 적용성에 대한 검증을 하였다. Rock mass includes such discontinuities as fault, joint, bedding, crack, schistosity, cleavage. The rock mass behavior, therefore, is influenced by the discontinuity behavior. In this study, a stability and deformation analysis method considering discontinuities in rock mass is proposed, and then applied to the rock collapse disaster site. As the method, the stability analysis by the stereographic projection method was carried out in an actual site, the deformation analysis program by the finite element method including the joint element was developed, and performed. To demonstrate the applicability of this developed stability and deformation analysis method considering discontinuities in rock mass, the analysis results are examined and compared with the failure behavior at the rock mass.

섭입대의 형태가 지진 후 변형에 미치는 영향에 관한 유한 요소 수치 모사 연구

김현섭,김민수,김나원,소병달 대한지질학회 2022 지질학회지 Vol.58 No.2

The geodetic techniques enable the observation of time-series surface displacement during an earthquake cycle, which provides accurate coseismic and postseismic information. Many geodynamic studies have tried to explain the postseismic deformation of the mantle beneath the seismic fault based on viscoelastic stress-strain relation. Megathrust earthquakes generating coseismic and postseismic deformation throughout a wide area provide a chance to invert the mantle viscosity beneath the intraplate region and plate boundaries. In this study, we performed a series of finite element numerical simulations of near- and far-field postseismic deformation associated with megathrust earthquakes to investigate the effects of mantle viscosity and subducting slab geometry (i.e., slab angle) on viscoelastic relaxation. We found the seaward postseismic horizontal displacement in most areas in the overriding plate one year after the earthquake. Our model showed that the smaller mantle viscosity and larger slab angle lead to the larger postseismic horizontal displacement. This trend is maintained even in the remote geodetic station located ~1000 km far from the megathrust fault. For instance, the horizontal displacement is 11.5 cm when the slab angle = 50° and mantle viscosity = 1018 Pa·s. In contrast, the displacement is extremely small as 0.9 cm with the slab angle = 20° and mantle viscosity = 1019 Pa·s. We demonstrate that the slab angle can influence the postseismic relaxation in distant locations from the fault. Furthermore, we suggest that the postseismic deformation model for estimating the mantle viscosity of remote regions should consider the detailed geometry of the subducting slab. 측지 기법의 발달은 지진 주기에 대한 지표의 연속적인 시계열 변위 관측으로 이어졌고, 이에 따라 정밀한지진 및 지진 후 변위 정보가 제공되었다. 한편, 지구동역학적 연구는 지진 단층이 있는 지각 하부 맨틀의 점탄성 응력-변형률 관계를 바탕으로 지진 후 변형을 설명했다. 특히, 지진 및 지진 후 변형이 광범위하게 나타나는메가스러스트 지진은 판 경계뿐만 아니라 판 내부의 맨틀 점성도를 추정할 수 있게 해준다. 본 연구는 메가스러스트 지진에 따라 발생하는 근거리/원거리 영역의 지진 후 변형을 유한 요소 수치 모사하였으며, 섭입대의 기하학적 형태(즉, 섭입 슬랩 각도)와 맨틀 점성도가 점탄성 완화에 미치는 영향을 분석했다. 수치 모사 결과, 지진 1 년 후 상판의 대부분 지역에서 바다 방향의 지진 후 수평 변위가 발생했다. 수치 모형에서 설정한 슬랩각이 클수록, 맨틀 점성도가 작을수록 지진 후 수평 변위가 커짐을 확인했다. 이러한 경향성은 메가스러스트 지진으로부터 원거리(~1000 km)에 있는 측지점에서도 일관적으로 나타났다. 예를 들어서, 슬랩각이 50°, 맨틀 점성도가 1018 Pa·s 일 때 수평 변위는 11.5 cm인 반면, 20°와 1019 Pa·s일 때는 수평 변위가 0.9 cm로 매우 작았다. 우리는 지진 후 점탄성 완화가 단층으로부터 거리가 매우 먼 지역에서도 섭입 슬랩의 각도에 의해 교란될 수 있다는 것을 수치 모사를 통해 주장한다. 본 연구는 원거리 지역의 맨틀 점성도를 지진 후 변형 역산을 이용해 추정하기 위해서는, 정밀한 섭입 슬랩의 형태를 포함해 수치 모사를 수행해야 함을 제안한다.

궤도설계를 위한 아스팔트 노반층의 영구변형 발생 예측

이병식(Byeongsik Lee),박재범(Jaebeom Park),송근우(Geunwoo Song),임유진(Yujin Lim) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.11

본 연구에서는 아스팔트 궤도구조개발을 목적으로, 노반용으로 배합설계된 19mm 밀입도 아스팔트 혼합물 시편을 제작한 다음 영구변형시험을 통해 영구변형 발생특성을 분석하였다. 영구변형시험결과와 AASHTO 2002 및 한국형 포장설계법(KPRP)에서 제시한 영구변형 예측식과 비교, 분석하였다. 현재까지 노반용 혼합물을 위한 영구변형 예측식이 개발된 바 없으므로 AASHTO 제안식을 이용하여 직결 및 유도상 아스팔트 궤도의 부설시 발생 가능한 영구변형량을 추정하였다. 이를 위해 유한요소해석을 실시, 궤도 깊이 별 발생응력을 산출한 후 공용중 발생 가능한 영구변형량을 계산할 수 있었다. 예측된 소성침하량은 극미하여, 공용중 침하에 대한 내구성 확보가 가능한 것으로 판단되었다. In this study, permanent deformation of asphalt trackbed is investigated by performing repetitive load test on specimen made with dense graded asphalt mixture that is prepared specially for the track. The obtained test results are compared with those computed from the prediction model proposed byAASHTO in 2002 called MEPDG. Prediction model adaptable only for permanent deformation of asphalt trackbed foundation has not been developed yet so that the prediction model by AASHTO is used in this study to simulate permanent deformation of trackbed foundation in asphalt slab track and ballasted asphalt track . In order to do simulate permanent deformation, a finite element analysis is performed to obtain generated stresses in trackbed due to wheel load. It is found that the predicted permanent deformation is much smaller than anticipated and the asphalt track can be stable during service life of the structure.