3차원 강뼈대구조의 비선형 해석

김승억,김요숙,최세휴,김성모,최준호,Kim, Seung Eock,Kim, Yo Suk,Choi, Se Hyu,Kim, Sung Mo,Choi, Joon Ho 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.4

본 논문에서는 3차원 강뼈대구조물의 비선형 해석 기법을 개발하였다. 본 해석은 재료적 비선형과 기하학적 비선형을 고려하였다. 재료적 비선형으로 휨에 의한 점진적인 소성화를 고려하였다. 기하학적 비선형으로 $P-{\delta}$와 $P-{\Delta}$ 효과를 고려하였다. 절점에서의 재료적 비선형성은 여러개의 화이버로 구성되어 있는 P-M 힌지 개념을 사용함으로써 고려하였다. 기하학적 비선형성은 안정함수 (Stability function)를 사용하여 고려하였다. 단 전단과 비틀림에 의해 발생하는 비선형형은 고려하지 않았다. 수치해석법으로는 수정변위증가법을 사용하였다. 본 연구에서 제안된 해석방법으로 예측된 하중-변위가 다른 해석기법의 결과들과 잘 일치하였다. In this paper a nonlinear analysis of three-dimensional steel frames is developed. This analysis accounts for material and geometric nonlinearities. The material nonlinearity includes gradual yielding associated with flexural behaviors. The geometric nonlinearity includes the second-order effects associated with $P-{\delta}\;and\;P-{\Delta}$ effects. The material nonlinearity at the node is considered using the concept of P-M hinge consisting of many fibers. The geometric nonlinearity is considered by the use of stability function. The nonlinearity caused by shear and torsional interaction effects is neglected. The modified incremental displacement method is used as the solution technique. The load-displacements predicted by the proposed analysis compare well with those given by other approaches.

차량 충격 시뮬레이션을 통한 복합소재 교량용 방호울타리의 성능 분석

김승억,전신열,홍갑의,이민철,Kim, Seung-Eock,Jeon, Shin-Youl,Hong, Kab-Eui,Lee, Min-Chul 한국전산구조공학회 2011 한국전산구조공학회논문집 Vol.24 No.5

본 연구에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 복합소재 교량용 방호울타리의 성능을 분석하였다. 복합소재 방호울타리는 SB4등급을 선정하였다. 복합소재의 적층을 고려하기 위해 LS-DYNA에서 제공하는 재료모델 MAT58을 사용하였다. 복합소재는 섬유와 수지의 종류 및 섬유의 방향에 따라 성능이 상이하다. 수지는 폴리우레탄, 섬유는 유리섬유를 사용하였다. 본 논문에서는 섬유의 방향성이 다른 3가지 적층 설계안에 대해서 충돌 시뮬레이션을 수행하여 성능을 비교 평가하였다. 실차충돌 실무 업무편람에 따라 구조적 강도성능, 탑승자 보호성능, 충돌 후 차량의 거동, 가드레일의 비산에 대한 성능 평가를 실시하였다. 그 결과 적층 설계의 횡 방향 섬유의 양이 많아질수록 충돌 시뮬레이션에서 더 좋은 성능을 나타내었다. In this study, the performance of composite safety barriers was evaluated through computer simulation. A composite safety barrier of SB4 grade was modeled. The MAT58 material model provided by LS-DYNA software was used to model composite material. The performance of composite material varies according to fiber, resin type, and fiber direction. Polyurethane resin and glass fiber were used. The performance of three different stacking designs was evaluated by carrying out vehicle impact simulation. The performance evaluation based on the vehicle crash manual includes the structural strength performance, the passenger protection performance, the vehicle behavior after crash, scattering of the guardrail. As the result of the finite element analysis, the barrier composed of the more transverse direction fibers shows the better performance on the impact simulation.

국부좌굴을 고려하는 개선소성힌지해석을 이용한 3차원 강뼈대 구조물 해석 및 설계

김승억,박주수,Kim, Seung Eock,Park, Joo Soo 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.1

In this paper, 3-D frame design using refined plastic-hinge analysis accounting for local buckling is developed. This analysis accounts for material and geometric nonlinearities of the structural system and its component members. Moreover, the problem associated with conventional refined plastic-hinge analyses, which do not consider the degradation of the flexural strength caused by local buckling, is overcome. Efficient ways of assessing steel frame behavior including gradual yielding associated with residual stresses and flexure, second-order effect, and geometric imperfections are presented. In this study, a model consisting of the width-thickness ratio is used to account for local buckling. The proposed analysis is verified by the comparison of the LRFD results. A case study shows that local buckling is a very crucial element to be considered in second-order plastic-hinge analysis. The proposed analysis is shown to be an efficient, reliable tool ready to be implemented into design practice. 본 논문에서는 국부좌굴을 고려하는 개선소성힌지해석법을 이용하여 3차원 강뼈대 구조물의 설계기법을 개발하였다. 본 해석은 구조시스템 및 개별부재의 재료적 기하학적 비선형 거동을 고려한다. 더욱이, 종래의 개선소성힌지해석에서 국부좌굴효과에 의한 휨강도 감소 효과를 고려하지 못한 문제를 해결하였다. 강뼈대 구조물의 잔류응력과 휨에 의한 비선형성 및 기하학적 불완전성에 의한 점진적인 소성화효과를 고려하는 효율적인 방법을 기술하였다. 국부좌굴효과를 고려하기 위하여 단면의 폭-두께비로 구성되는 휨강도 감소모델을 사용하였다. 개발된 개선소성힌지해석법은 LRFD 설계방법과 비교함으로서 검증되었다. 예제해석을 통하여 국부좌굴효과는 개선소성힌지해석법에 고려해야 할 중요한 요소임을 나타내었다. 본 해석은 실제 설계에 활용할 수 있는 효율적이고 신뢰성 있는 방법이다.

화이버 요소를 이용한 3차원 강구조물의 비선형 비탄성 해석

김승억,오정렬,Kim, Seung-Eock,Oh, Jung-Ryul 한국전산구조공학회 2006 한국전산구조공학회논문집 Vol.19 No.4

본 논문에서는 단면상의 화이버 요소를 사용하여 3차원 강구조물의 점진적인 소성화를 고려하는 실용적인 비선형 비탄성 해석방법을 개발하였다. 부재의 p-$\delta$, p-$\Delta$ 등의 기하비선형은 안정함수로 고려하였다. 잔류응력은 단면상에 있는 화이버 요소에 초기응력을 가하여 고려하였다. 각 하중 단계에서 탄성상태인 단면을 계산하여 축강성과 휨강성을 직접 결정함으로서 점진적인 소성화를 고려하였다. 각 화이버 요소의 응력 변화를 계산하여 변형률 반전효과를 고려하였다. 제안된 해석 방법은 3차원 강구조물의 실용적인 해석 및 설계에 유용하게 사용될 것이라 판단한다. In this paper, practical nonlinear inelastic analysis method of 3-dimensional steel structures accounting for gradual yielding with fibers on a section is developed. Geometric nonlinearities of member(p-$\delta$) and frame(p-$\Delta$) are accounted for by using stability functions. Residual stresses are considered by assigning initial stresses to the fiber on the section. The elastic core in a section is investigated at every loading step to determine the axial and bending stiffness reduction. The strain reversal effect is captured by investigating the stress change of each fiber. The proposed analysis proves to be useful in applying for practical analysis and design of three-dimensional steel frames.

비선헝 비탄성 유한변위 해석 및 좌굴해석에 의한 강사장교의 극한강도 비교

김승억,최동호,마상수,송원근,Kim Sung-Eock,Choi Dong-Ho,Ma Sang-Soo,Song Weon-Keun 한국전산구조공학회 2005 한국전산구조공학회논문집 Vol.18 No.3

본 논문은 강사장교의 극한강도를 다루고 있다. 강사장교의 극한강도를 평가하기 위하여 비선형 비탄성 해석 접근법과 분기점 좌굴 고유치해석 접근법인 유효접선탄성계수$(E_f)$법을 사용하여 예제를 수행하였다. 이를 위하여 초기형상을 고려한 실용적인 비선형 비탄성 해석기법을 제시하였다. 초기형상 해석 시각 형상해석 단계마다 보-기둥 부재의 부재력 대신 개선된 구조물형상을 고려하였다. 보-기둥 부재의 기하학적 비선형은 안정함수를 사용하여 고려하였고, 재료적 비선형은 CRC 접선계수와 포물선 함수를 사용하여 고려하였다. 또한, 케이블 부재의 기하학적 비선형은 할선탄성계수 값을 사용하여 고려하였다. 본 연구에서 제안한 해석기법으로 예측된 하중-변위 곡선들이 다른 연구에 의한 결과들과 비교 검증 되었으며, 제시된 3차원 강사장교 모델들에 대하여 제안한 해석기법과 비탄성 좌굴해석을 사용하여 극한강도를 비교하였다. The study examines the limit strength for steel cable-stayed bridges. A case studies have been performed in order to evaluate the limit strength lot steel cable-stayed bridges using nonlinear inelastic analysis approach and bifurcation point instability analysis approach, effective tangent modulus $(E_f)$ method. To realize it, a practical nonlinear inelastic analysis condoling the initial shape is developed. In the initial shape analysis, updated structural configuration is introduced instead of initial member forces for beam-column members at every iterative step. Geometric and material nonlinearities of beam-column members are accounted by using stability function, and by using CRC tangent modulus and parabolic function, respectively Besides, geometric nonlinearity of cable members is accounted by using secant value of equivalent modulus of elasticity. The load-displacement relationships obtained by the proposed method are compared well with those given by other approaches. The limit strengths evaluated by the proposed nonlinear inelastic analysis for the proposed cable-stayed bridges with tee dimensional configuration compared with those by the inelastic bifurcation point instability analyses.

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.

순차하중을 재하한 3차원 강뼈대 구조물의 극한강도 실험

김승억,강경원,Kim, Seung Eock,Kang, Kyung Won 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.1

2층, 1경간 그리고 횡지지되지 않은 3차원 강뼈대 구조물의 극한강도 실험을 수행하였다. 과거의 강뼈대 구조물 실험은 2차원 구조물들의 실험이 대부분이었으므로 이 분야의 지식을 확대하기 위하여 3차원 실험에 대한 연구가 필요하다. 실험체에 수직과 수평 비비례하중을 재하하여 하중-변위곡선을 얻었다. 실험결과들은 3차원 비선형 해석의 검증을 위하여 유용하게 사용될 수 있다. ABAQUS를 이용한 3차원 비선형해석으로 얻은 결과를 실험 데이타와 비교하였다. The ultimate strength testing of a two-story, single-bay, and sway allowed space steel frame was performed. Considering a majority of large-scale frame tests in the past, only two-dimensional frames were experimentally studied. Therefore, three-dimensional experiment is needed to extend the knowledge of this field. The steel frame subjected to non-proportional vertical and horizontal load was tested. The load-displacement curve of the test frame is provided. The experiment results are useful for verification of the three-dimensional numerical analysis. The results obtained from 3D non-linear analysis using ABAQUS were compared with experimental data.

유전자 알고리즘을 이용한 비선형 탄성 최적설계

김승억,마상수,Kim, Seung Eock,Ma, Sang Soo 한국강구조학회 2003 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.15 No.2

본 논문에서는 유전자 알고리즘을 이용한 비선형 탄성 최적설계 방법을 제시하였다. 제안한 비선형 탄성해석은 종래 설계의 단점 즉 탄성해석 후 비선형 효과를 고려하기 위하여 $B_1$, $B_2$ 계수를 사용하는 불합리성을 극복하였다. 유전자 알고리즘은 다윈(Darwin)의 적자생존의 개념을 기본으로 선택, 교배 및 돌연변이라는 세 가지 연산을 수행함으로써 최적설계에 필요한 설계변수 즉 부재 단면을 형성하여, 제약조건을 모두 만족하는 최소 구조물 중량을 제공하는 설계변수를 선택하면서 최적설계를 수행하였다. 목적함수로는 구조물의 총중량을 사용하였으며, 제약조건식으로는 하중저항능력, 사용성 및 연성도를 사용도를 사용하여 최적설계를 수행하였다. 2차원 강뼈대 구조물, 3차원 강뼈대 구조물, 그리고 3차원 강아치교의 설계예제를 수행하였다. The optimal design method in cooperation with a nonlinear elastic analysis method was presented. The proposed nonlinear elastic method overcame the drawback of the conventional LRFD method this approximately accounts for the nonlinear effect caused by using the moment amplification factors of and. The genetic algorithm uses a procedure based on the Darwinian notions of the survival of the fittest, where selection, crossover, and mutation operators are used to look for high performance among the sections of the database. They satisfy constraint functions and give the lightest weight to the structure. The objective function was set to the total weight of the steel structure. The constraint functions were load-carrying capacities, serviceability, and ductility requirement. Case studies for a two-dimensional frame, a three-dimensional frame, and a three-dimensional steel arch bridge were likewise presented.

실용적인 고등해석을 이용한 공간 강뼈대구조물의 직접설계

김승억,최세휴,Kim, Seung Eock,Choi, Se Hyu 한국강구조학회 2001 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.13 No.2

본 논문에서는 실용적인 고등해석을 이용한 3차원 강뼈대구조물의 직접설계방법을 제시하였다. 고등해석을 이용한 직접설계법에서는 해석시에 구조시스템과 그에 속한 부재의 강도와 인정을 직접 고려함으로서, 해석후 개별부재의 강도검토가 필요없는 설계방법이다. 고등해석은 기하학적 비선형과 재료적 비선형을 고려한다. 기하학적 비선형은 안정함수를 사용함으로서 고려하였다. 재료적 비선형은 CRC 접선 탄성계수와 포물선 함수를 사용함으로서 고려하였다. 제안한 해석방법에 의하여 예측된 하중-변위는 다른 해석기법의 결과들과 잘 일치하였다. 또한, 22층 강뼈대구조물에 대하여 설계예제를 수행하였다. 본 설계예제를 통하여 제안한 방법이 매우 실용적인 방법임을 알 수 있었다. A direct design method of three-dimensional frames using practical advanced analysis is presented. In this method. separate member capacity checks encompassed by the code specifications are not required. because the stability of separate members and the structure as a whole can be rigorously treated in determining the maximum strength of the structures. Advanced analysis accounts for geometric and material nonlinearities. The geometric nonlinearlity is considered by the use of stability function. The material nonlinearity is accounted for using CRC tangent modulus and parabolic function. The load-displacements predicted by the proposed analysis compare well with those given by other approaches. A design example has been presented for a 22-story frame. The analysis results show that the proposed method is suitable for adoption in practice.

첨단 복합소재 교량용 방호울타리 개발

김승억,전신열,홍갑의,Kim, Seung-Eock,Jeon, Shin-Youl,Hong, Kab-Eui 한국복합신소재구조학회 2010 복합신소재학회논문집 Vol.1 No.3