케이블 돔 구조물의 형태 변화에 따른 비선형 불안정 거동의 특성에 관한 연구

김승덕,백인성,김형석,Kim, Seung Deog,Back, In Seong,Kim, Hyung Seok 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.3

대공간 구조물의 중요한 문제중의 하나는 지붕 구조물의 자중을 극복하는데 있다. 이 문제는 인장부재를 효과적으로 사용함으로서 해결할 수 가 있다. 이러한 면에서 텐세그러티 구조시스템인 케이블 돔 구조물은 대공간을 구성하는데 효과적으로 사용되고 있다. 그러나 케이블 돔 구조시스템은 외력의 증가에 따라 전체좌굴의 위험성을 가진다. 본 연구는 케이블 돔 구조물인 Geiger형과 Flower형을 대상으로 초기장력 작용에 의한 형상문제를 해결하고 축대칭 하중 재하시 완전형상과 초기형상불완전을 가지는 형상에서의 불안정 현상을 파악한다. One of the key issues in spatial structures with large spaces is how to carry the weight of the roof. This can be solved by the effective use of tension members. A cable dome structural system facilitates the construction of a large space structure. As external load increases, however, the cable dome structural system is put at risk due to global buckling. This study measures the shape of the Geiger and Flower-type cable dome by applying an initial stress. This unstable phenomenon is also examined using a perfectly shaped model and an imperfect model, which are both subjected to an axisymmetric load.

적층방법에 따른 복합적층판의 저속충격거동 조사

김승덕,권숙준,Kim, Seung-Deog,Kwon, Suk-Jun 한국공간구조학회 2010 한국공간구조학회지 Vol.10 No.4

복합적층판은 다른 금속재료에 비해 높은 비강도, 비강성 등의 우수한 역학적 특성을 지니므로, 최근 다양한 분야에서 사용하고 있다. 그러나 이러한 복합적층판은 충격에 약하다는 단점이 있다. 그리하여 복합적층판의 충격거동에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 충격거동을 조사하기 위해서는 우선 충격체와 복합적층판사이의 접촉력을 계산하여야 한다. 접촉력을 알기 위해서는 운동방정식, 복합적층판의 운동방정식 그리고 압입량에 관한 관계식을 동시에 풀어야 한다. 본 연구에서는 고전적인 헤르츠식, 썬식, 썬&양식 그리고 썬&탄식을 포함한 유한요소프로그램을 이용하여 복합적층판의 저속충격거동을 조사한다. Laminated composite plates have shown their superiority over metals in applications requiring high specific strength, high specific modulus, and so on. Therefore, they have used in various industry. However, they have poor resistance to impact compared to typical metal materials. So, many researchers have investigated about impact behavior of laminated composite plate. To investigate impact behavior of laminated composite plate, we have to calculate contact force between impactor and laminated composite plate at the first. Impactor's equation of motion, plate's equation of motion and correlations for indentation were solved to know the contact force at the same time. In this study, low velocity impact behavior of composite plate was investigated using the finite element program which is involved the classical Hertzian law, Sun's law and Sun & Yang's experimental law and Sun & Tan's experimental law considering the stacking method.

케이블 돔 구조물의 브레이싱 및 막재 보강 효과에 따른 비교분석

김승덕,신인아,Kim, Seung-Deog,Sin, In-A 한국공간구조학회 2012 한국공간구조학회지 Vol.12 No.1

The purpose of this paper is to study comparative analysis of cable dome structures by reinforcement effect with bracing and fabric. Tensegrity systems are stable structures which are reticulated spatial structures composed of compressive straight members, struts, and cables. Tensegrity structures need to be introduced to the initial stress for the self-equilibrated system to have a stable state. In this paper, the effect of reinforcement resisting the in-plan twisting is investigated for the Geiger-type and Zetlin-type models reinforced by bracing and fabric. The effect of initial imperfection is also studied because the structural instabilitity phenomenon of shell-like structures is very sensitive according to the initial condition. We study a more exact analysis concerning the structural instability of tensegrity structures using nonlinear analysis program. Then, two types of tensegrity models will be analysed and compared. 본 논문은 케이블 돔 구조물의 브레이싱 및 막재 보강 효과에 따른 비교분석을 하고자 한다. 텐세그러티 구조시스템은 초기응력의 도입을 통해 자기평형을 가지는 구조물로서 연속적으로 연결되어 있는 인장재와 이들을 연결해 주는 불연속의 압축재로 구성되어 있다. 본 연구에서는 경량화한 Hybrid 구조물인 케이블 돔의 불안정 현상이 면내 비틀림에 의해 발생함을 기본 Geiger형과 Zetlin형 모델에 브레이싱 및 막재를 보강하여 발생되는 효과를 알아본다. 또한, 쉘형 구조물의 구조불안정 거동이 초기조건에 매우 민감하게 반응하므로 초기형상불완전량 0.1%를 도입하여, 초기조건에 대한 영향도 알아본다.

선재 요소를 이용한 막 구조물의 형상해석에 관한 연구

김승덕,이신우,Kim, Seung-Deog,Lee, Shin-Woo 한국공간구조학회 2010 한국공간구조학회지 Vol.10 No.2

막 구조물의 비선형 문제는 많은 연구자들에 의해 연구가 있었고 현재 또한 많은 연구가 이루어지고 있다. 막 구조물은 해석방법에 따라 그 수렴성이 민감하게 반응하기 때문이다. 이러한 비선형 문제는 매우 복잡하고 정교한 연구가 수반되어야 하며 고도의 기술을 필요로 하기 때문에 해석방법에 대한 접근이 초기형상결정단계부터 어려운 실정이다. 따라서 본 논문에서는 해석할 때에 발생하는 해의 발산과 면재의 쏠림 현상에 대한 해결책으로 막 구조물 설계 시에 많이 사용되는 삼각형 평면요소에 대해서 선재로 치환하여 해석하는 방법을 제안하고, 카테나리 예제를 대상으로 해석을 수행하여 해의 수렴성 및 신뢰도를 고찰한다. Nonlinear problems for membrane structures are very sensitive in convergence procedure in nonlinear iterations. Therefore many researchers have suggested a lot of ideas in published papers. In this study, authors are trying to get easier solution for taking membrane shape by initial stresses from substitution of the membrane to line elements. To obtain nonlinear stiffness, the nonlinear finite element method is used for both membrane and cable elements, and only geometric nonlinear terms are taken for shape analysis. By some examined models, we can find that the substituted models show better results to get, initial shape in which the concentrating phenomenon is removed at edge parts.

시험편 형상에 따른 ETFE 필름재의 인장 특성

김승덕,주석범,장명호,이정현,Kim, Seung-Deog,Chu, Seok-Beom,Jang, Myung-Ho,Lee, Jeong-Hyun 한국공간구조학회 2017 한국공간구조학회지 Vol.17 No.4

In this paper, uniaxial tensile tests of ETFE films with three kinds of thicknesses(100, 200, $250{\mu}m$) and two kinds of directions(machine direction & transverse direction) are performed and the tensile strength, the tensile strain at break and the Young's modulus of ETFE films are compared for two kinds of specimen types(2 & 5). It could be figured out that there are no significant difference between tensile strengths of two specimen types but the tensile strain at break and the Young's modulus of ETFE films are affected by the specimen types. And it is concluded that the uniaxial tensile test of specimen type 2 are more reliable than that of specimen type 5.

ETFE 필름의 2축 인장특성 및 텐션방식 막구조물의 응력완화 거동에 관한 실험적 연구

김승덕,정을석,카와바타 마사야,Kim, Seung-Deog,Jeong, Eul-Seok,Kawabata, Masaya 한국공간구조학회 2016 한국공간구조학회지 Vol.16 No.1

Until recently, almost all ETFE film structures that have been erected is the cushion type because there are problems at lower allowable strength under elastic range and viscosity behaviour such as creep and relaxation of ETFE films under long-term stresses. But the number of tension type structures is currently increasing. This paper proposes the stretch fabrication of ETFE film to verify the applicability of ETFE films to tensile membrane structures. First of all, to investigate the possibility of application on tensile membrane structures, the stretch fabrication test is carried out, and it is verified that it is possible to increase the yield strength of the film membrane structures. After simulating the experiment also carries out an analytical investigation, and the effectiveness of the elasto-plastic analysis considering the viscous behavior of the film is investigated. Finally, post-aging tension measurement is conducted at the experimental facilities, and the viscosity behavior resulting from relaxation is investigated with respect to tensile membrane structures.

Hybrid 구조물의 비선형 불안정 거동에 관한 연구(I) -초기형상 불완전에 의한 정적 면내비틀림 좌굴 특성-

김승덕,손수덕,김형석,강문명,Kim, Seung Deog,Son, Su Deok,Kim, Hyung Seok,Kang, Moon Myung 한국강구조학회 2001 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.13 No.5

연속체 쉘을 이산화한 구조시스템은 돔형 구조물을 만들기 위해 많이 이용되고 있으며, 이러한 구조물은 하중레벨이 어느 임계값에 도달하면 구조물의 형상에 따라 뜀좌굴(snap-through) 또는 분기좌굴(bifurcation)에 의한 불안정 현상이 일어난다. 케이블 돔의 구조거동 특성은 초기장력 및 외력에 다라 비선형성이 강하게 나타나며 또한 초기조건에 매우 민감하게 반응한다. 본 연구에서는 케이블 돔의 불안정 문제를 파악하기 위해 Geiger 모델을 대상으로 하여 초기 장력도입에 의한 형상결정 문제를 다루고 이를 이용하여 완전형상 및 초기형상 불완전을 도입하여 외력에 의한 불안전성현상을 규명한다. The structural system that discreterized continuous shells is frequently used to make dome-type structures and these structures show the unstable phenomena by snap-through or bifurcation when a load level reaches certain critical value. The characteristic structural behaviour of a cable dome shows a strong nonlinearity and very sensitive according to the initial imperfection. In this study the shape finding problem by applying initial tension stress is investigated and using this the unstable phenomena of perfectly shaped and initially imperfected shape model by external forces are examined to grasp the unstable behavior of cable dome using the Geiger-type model.

전개구조시스템의 안정화 방법에 관한 연구

김승덕,박선경,Kim, Seung-Deog,Park, Sun-Kyeong 한국공간구조학회 2014 한국공간구조학회지 Vol.14 No.1

Deployable structure is a system on which the study is being actively performed in various fields including architecture field. However, There is little study which can enhance the practicality since the interpretation condition is difficult as the unstable structure in the architecture field. In this study, the Scissors system has been focused on among the Deployable structure. The structure was developed using the Scissors system and the Mock-up test was performed. Through this, the unfolding method was proposed and the practicability was surveyed through the specific design of the Test model. Also, the structure stability was reviewed through structure analysis of Mock-up test model. and stabilizing method was proposed.

케이블 돔 구조시스템의 정적불안정 특성

김승덕,김형석,Kim, Seung-Deog,Kim, Hyung-Seok 한국공간구조학회 2003 한국공간구조학회지 Vol.3 No.3

정현파 하중을 받는 EP(Elliptic Paraboliodal)쉘 구조물의 동적 불안정 특성 분석

김승덕,김두리,Kim, Seung-Deog,Kim, Doo-Ri 한국공간구조학회 2010 한국공간구조학회지 Vol.10 No.1

동적 불안정 좌굴현상에 관한 연구는 다소 발표되고 있으나 주기성을 가진 히중하에서의 동적 좌굴을 다룬 연구는 그리 많지 않은 편이다. 주기성을 가진 하중하에서의 거동은 스텝 하중하에서 거동과는 다르리라 예상된다. 본 논문에서는 동적 불안정의 기본 메커니즘을 파악하기 위하여 2자유도의 얕은 EP(Elliptic Paraboliodal)쉘이 정현파 하중을 받았을 때의 직접좌굴과 간접좌굴 현상을 조사한다. Newma가-$\beta$법에 의한 수치적분을 이용하여 비선형 운동 방정식의 변위응답을 구하고 얻어진 비선형 변위응답으로 위상곡면선의 끌개를 비교하고, FFT(Fast Fourier Transform)에 의한 연속 응답 스펙트럼을 구해 동적 불안정 특성에 관해서 분석한다. 그 결과 동적 좌굴하중은 구조물의 고유주기와 외력 탁월진동수와의 관계에 크게 영향을 받는다. The dynamic instability for snapping phenomena has been studied by many researchers. Few paper deal with the dynamic bucking under the load with periodic characteristics, and the behavior under periodic excitation is expected the different behavior against STEP excitation. We investigate the fundamental mechanisms of dynamic instability when shallow EP(Elliptic Paraboliodal) shell of two degree of freedom are subjected to sinusoidal excitation with direct snapping and indirect snapping. By using Newmark-$\beta$ method, we can get the nonlinear response, and characteristics of the dynamic instability through the running response spectrum by FFT(fast Fourier Transform) and attractors are compared in the phase plane. Dynamic buckling loads are strongly influenced by the relationships between the natural frequency of structures and the dominant frequency of incident excitations.