부분강절 뼈대구조의 비탄성 좌굴해석

민병철,Min, Byoung Cheol 한국강구조학회 2014 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.26 No.3

본 연구에서는 부분강절 뼈대구조물의 비탄성 좌굴해석기법을 제시하기 위하여, 이전의 연구[16]에서 제시되었던 부분강절 뼈대구조의 엄밀한 강도행렬과 선형해석을 위한 탄성 및 기하학적 강도행렬을 도입하고 비탄성 좌굴해석을 위해 도로교시방서의 극한내하력 기준과 EF법을 이용하여 부분강절 뼈대구조의 비탄성 좌굴해석 프로그램을 새롭게 개발하였다. 본 연구에서 제시한 부분강절 뼈대구조의 접선강도행렬은 안정함수를 사용함에 따라 부재 당 하나의 요소만으로 정확한 비탄성 좌굴해석 결과를 얻을 수 있으며 고유벡터를 이용하여 비탄성 좌굴형상을 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 엄밀한 접선강도행렬에 대해 Taylor 전개를 수행하여 4차항까지 고려함으로서 탄성 강도행렬과 기하학적 강도행렬을 유도하고 선형화된 좌굴해석기법을 제시하였다. 결국, 접선강도행렬을 이용한 비선형 해석프로그램(M1)과 탄성 및 기하학적 강도행렬을 이용한 선형 해석프로그램(M2)이 개발되었으며 이를 이용하여 부분강절로 연결된 뼈대구조물의 비탄성좌굴에 대한 시스템 좌굴하중과 개별부재의 유효좌굴계수를 제시함에 따라 부분강절이 전체 구조계의 좌굴과 개별부재의 유효좌굴길이에 미치는 영향을 다양한 해석예제를 통해 조사하였다. An improved method for evaluating effective buckling length of semi-rigid frame with inelastic behavior is newly proposed. Also, generalized exact tangential stiffness matrix with rotationally semi-rigid connections is adopted in previous studies. Therefore, the system buckling load of structure with inelastic behaviors can be exactly obtained by only one element per one straight member for inelastic problems. And the linearized elastic stiffness matrix and the geometric stiffness matrix of semi-rigid frame are utilized by taking into account 4th terms of taylor series from the exact tangent stiffness matrix. On the other hands, two inelastic analysis programs(M1, M2) are newly formulated. Where, M1 based on exact tangent stiffness matrix is programmed by iterative determinant search method and M2 is using linear algorithm with elastic and geometric matrices. Finally, in order to verify this present theory, various numerical examples are introduced and the effective buckling length of semi-rigid frames with inelastic materials are investigated.

일반화된 부분강절을 갖는 뼈대구조물의 안정성 및 P-Δ 해석

민병철,Min, Byoung Cheol 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.2

부재간의 연결조건에 따른 다양하고 복잡한 강구조물의 P-${\Delta}$ 해석 및 좌굴 거동특성을 파악하기 위하여, 본 연구에서는 부재의 연결이 회전 및 이동스프링으로 구성된 부분강절(semi-rigid) 뼈대요소의 일반화된 접선강도 행렬을 유도하였고 이로부터 다시 Taylor 전개를 적용하여 탄성강도 행렬과 기하학적 강도행렬을 일반화된 형태로 제시하였다. 이를 위하여, 보-기둥부재의 좌굴조건을 만족시키는 처짐함수로부터 안정함수(stability function)를 유도하였고, 횡변위(sway)를 고려한 힘-변위관계와 적합조건을 고려하여 엄밀한 부분강절 뼈대요소의 접선강도행렬을 제시하였다. 다양한 수치해석 예제에 대해 타 연구자의 해석 결과 및 본 연구의 선형 및 비선형 해석이론을 통한 좌굴해석 결과를 비교하여 본 연구의 타당성과 부분강절 뼈대구조물의 좌굴거동 특성을 제시하였다. For stability design and P-${\Delta}$ analysis of steel frames with semi-rigid connections, the explicit form of the exact tangential stiffness matrix of a generalized semi-rigid frame element having rotational and translational connections is firstly derived using the stability functions. And its elastic and geometric stiffness matrix is consistently obtained by Taylor series expansion. Next depending on connection types of semi-rigidity, the corresponding tangential stiffness matrices are degenerated based on penalty method and static condensation technique. And then numerical procedures for determination of effective buckling lengths of generalized semi-rigid frames members and P-${\Delta}$ and shortly addressed. Finally three numerical examples are presented to demonstrate the validity and accuracy of the proposed method. Particularly the minimum braced frames and coupled buckling modes of the corresponding frames are investigated.

부분강절로 연결된 평면뼈대구조의 엄밀한 접선강도행렬 및 안정성 해석프로그램 개발

민병철,경용수,김문영,Min, Byoung Cheol,Kyung, Yong Soo,Kim, Moon Young 한국강구조학회 2008 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.20 No.1

일반적인 강구조물의 연결은 강절(rigid) 또는 활절(hinge)로 취급되고 있으나 실제 강구조물은 연결부위에서 부재간의 상대적인회전이 허용됨으로 인해 부분강절(semi-rigid)의 특성을 갖게 된다. 본 연구에서는 부분강절을 회전스프링으로 가정하여 부재 단부에 적용시킨 평면 뼈대구조물의 엄밀한 접선강도행렬을 유도하고 이를 다시 탄성강도행렬과 기하학적 강도행렬로 분리 유도함으로써 부분강절을 갖는 평면 뼈대구조물의 안정성해석을 위한 일반화된 해석방법을 제시하고자 한다. 이를 위하여, 보-기둥부재의 좌굴조건을 만족시키는 처짐함수로부터 안정함수(stability function)를 유도하고, 횡변위(sway)를 고려한 힘-변위관계와 적합조건을 고려하여 정확한 접선강도행렬을 제시하였다. 본 연구의 타당성과 실용성 제고를 위해 두 가지 방법에 의한 수치해석프로그램을 개발하였고 다양한 해석예제를 통해, 타 연구자 해석 결과와 비교하고 부분강절이 구조물의 좌굴강도에 미치는 영향에 대하여 조사한다. Generally the connection of members is defined as hinge or rigid. But, real joints on structure have to be considered semi-rigid connections because this permits relative rotation for members on joints. The purpose of this study is to derive a generalized tangential stiffness matrix of frames with semi-rigid connections and to develop a buckling analysis program. For the exact stiffness matrix, an accurate displacement field is introduced using an equilibrium equation for beam-columns under the bending and axial forces. Also, stability functions that consider sway deformation and force-displacement relations with rotational spring on ends were defined. In order to illustrate the accuracy of this study and the characteristics of semi-rigid for system buckling load, samples of angle-, portal- and 3-story frames with semi-rigid connections are presented, where the proposed approach is found to be in excellent agreement with other research results. Meanwhile, the application of codes such as Eurocode 3 and LRFD led to significant inaccuracies.

환원 백색소자인 텅스텐 산화물 적극 계면의 전기화학적 특성 연구

민병철,박인철,주재백,손태원 ( Byoung Chul Min,In Cheol Park,Jeh Beck Ju,Tae Won Sohn ) 한국공업화학회 1995 공업화학 Vol.6 No.5

텅스텐을 열 산화하여 제조한 산화전극과 전자빔 진공 증착기에 의하여 ITO표면에 텅스텐 산화물을 증착시킨 박막전극의 전기화학적 발색 현상을 연구하였다. 두 종류의 전극에 대한 전기화학적 특성 및 용액내 용존 산소와 수소 이온농도의 영향을 순환 전류-전압 측정법, Tafel 분극실험 측정을 통하여 고찰하였다. 산소농도 변화에 따른 cathodic Tafel 분극 특성으로부터 산소 농도의 증가는 발색 반응의 이온교환 전류밀도를 미약하게 증가시키는 반면 Tafel 기울기는 크게 감소시킴을 알 수 있었다. 진공증착 박막 전극에서 발색 반응에 대한 α_°n을 계산하였으며 매우 느린 발색반응속도를 감안하여 완전 비가역이라 가정할 경우 반응에 소모되는 전자수는 0.62로써 박막 텅스텐 산화물의 반응성이 우수한 것을 알 수 있었다. 수소이온농도의 감소시 Tafel 기울기는 일차적으로 감소하였으나 수소이온 농도가 매우 적은 경우에는 반응기구가 다르게 변함을 알 수 있었다. 또한, 주사전자 현미경에 의하여 각 전극의 표면 상태를 조사한 결과 발색-소색의 순환 실험 후의 열 산화 후막 전극에서 심한 균열이, 또한 진공증착 박막 전극의 경우에는 균열에 의한 산화 막의 박리현상이 관찰되었다. X선 회절 분석법에 의하여 열 산화 후막 전극은 결정성을, 진공증착 박막 전극은 비정질성을 지님을 알 수 있었다. The phenomenon of the electrochromism of tungsten oxide films, which were deposited by electron-beam vacuum evaporation on indium tin oxide(ITO) glass and by thermal oxidation of tungsten bulk, was studied in H₂SO₄ solution. The electrochemical characteristics of these two kinds of electrodes were examined by cyclic voltammetry and Tafel polarization method. Considering the effect of dissolved oxygen on the Tafel polarization, the ion exchange current densities were slightly increased, while the catholic Tafel slopes were decreased with an increase of oxygen content. If the coloring process is assumed completely irreversible, the number of electrons or protons consumed in the coloring reaction would be 0.62 as a maximum value. This indicates that the evaporated film used in this study provided the good reactivities for the electrochromic reaction. The Tafel slope was linearly decreased with the decrease of hydrogen ion concentration and the reaction mechanism seems to be changed in a solution with very low hydrogen ion concentration. From the results of SEM, severe and moderate cracks were observed on the surface of thermally oxidized films and evaporated films, respectively. By the analysis of XRD, the structure of thermally oxidized film was identified as polycrystalline, whereas that of evaporated film was amorphous.

전단변형을 고려한 일축대칭 박벽 곡선보의 면외 좌굴 및 자유진동에 대한 엄밀해 연구

민병철 ( Byoung-cheol Min ) 한국고등직업교육학회 2004 한국고등직업교육학회논문집 Vol.5 No.3

For out-of-plane buckling and free vibration analyses of thin-walled curved beams with non-symmetric cross sections in account for shear deformation, an improved formulation is proposed. Firstly the displacement field is introduced considering the second order terms of semi tangential rotations. Next an elastic strain energy is newly derived by using transformation equations of displacement parameters and stress resultants and considering shear deformation effects due to shear forces and restrained warping torsion. And then the potential energy due to initial stress resultants is consistently derived with accurate evaluation of Wagner effect. In order to illustrate the accuracy and the reliability of this study, closed-form and numerical solutions for instability and natural frequencies of the structure are cross-checked with each others and compared with results by available references. Furthermore, the parametric studies for shear deformation and curvature effect are performed on out-of-plane behaviors of curved beams.

Haringx의 전단변형 이론을 고려한부분강절 뼈대구조의 비탄성 좌굴해석

민병철 ( Byoung Cheol Min ) 한국안전학회(구 한국산업안전학회) 2014 한국안전학회지 Vol.29 No.3

The generalized tangential stiffness matrix of semi-rigid frame element with shear deformations based on Haringx``s shear theory is newly derived and compared with the previous study based on Engesser``s shear theory. Also, linearized elastic and geometric stiffness matrices are newly presented from the exact tangential stiffness matrix. In oder to obtain the inelastic system buckling load of shear flexible semi-rigid frame structure, the Efmethod by tangential modulus theory is adopted and the FE analysis programs are developed. Finally, the shear and semi-rigid effects of system bucking are investigated by two numerical examples.

전단변형효과를 고려한 부분강절 평면뼈대구조의 안정성 해석

민병철(Min Byoung Cheol),민동주(Min Dong Ju),정명락(Jung Myung Rag),김문영(Kim Moon Young) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 A Vol.31 No.1A

구조부재의 연결은 강절(rigid), 활절(hinge) 그리고 부재 간의 상대적인 회전이 허용되는 부분강절(semi-rigid)로 구분될 수 있다. 본 연구에서는 부분강절을 탄성회전스프링으로 가정하여 부재 단부에 적용시킨 평면 뼈대구조에 대하여 전단변형을 고려한 엄밀한 접선강도행렬을 유도하고 이를 다시 탄성강도행렬과 기하학적 강도행렬로 분리?유도함으로써 부분강절을 갖는 평면 뼈대구조물의 안정성해석을 위한 일반화된 해석방법을 제시하고자 한다. 이를 위하여, 보-기둥부재의 좌굴조건을 만족시키는 처짐힘수로부터 안정함수(stability function)를 유도하고, 횡변위(sway)를 고려한 힘-변위관계와 적합조건을 고려하여 정확한 접선강도행렬을 제시하였다. 본 연구의 타당성을 입증하고 부분강절 뼈대구조의 전단거동 특성을 파악하기 위하여, 다양한 수치해석 예제에 대해 타 연구자 해석 결과와 본 연구의 안정성 해석결과를 비교하여 제시함으로서 전단변형과 부분강절이 구조물의 좌굴강도에 미치는 영향을 조사한다. Generally the connection of structural members is assumed as hinge, rigid and semi-rigid connections. The exact tangent stiffness matrix of a semi-rigid frame element is newly derived using the stability functions considering shear deformations. Also, linearized elastic- and geometric-stiffness matrices of shear deformable semi-rigid frame are newly proposed. For the exact stiffness matrix, an accurate displacement field is introduced by equilibrium equation for beam-column under the bending and the axial forces. Also, stability functions considering sway deformation and force-displacement relations with elastic rotational spring on ends are defined. In order to illustrate the accuracy of this study, various numerical examples are presented and compared with other researcher's results. Lastly, shear deformation and semi-rigid effects on buckling behaviors of structure are parametrically investigated.

식품용 변성전분 신제품 및 개발방향

민병철(Byoung Cheol Min) 한국식품과학회 2014 식품과학과 산업 Vol.47 No.3

부분강절 뼈대구조의 안정성 해석

민병철 ( Byoung-cheol Min ) 한국고등직업교육학회 2007 한국고등직업교육학회논문집 Vol.8 No.4

This paper newly presents the generalized exactly tangent stiffness matrix of frame with semi-rigid connections using the stability functions. Also, in order to verify the present theory, FE program is formulated that is based on presented generalized exactly tangent stiffness matrix. Therefore, the accurate system buckling load can be obtained by only one element per one member because exact stability functions are utilized. Finally, the buckling loads by this study are compared with other researcher's results and the relations of buckling load and semi-rigid connections are discussed.

전단변형을 고려한 부분강절 뼈대구조의 안정성 해석

민병철 ( Byoung-cheol Min ) 한국고등직업교육학회 2008 한국고등직업교육학회논문집 Vol.9 No.3

The generalized exact tangent stiffness matrix of semi-rigid frame with shear deformations using the stability functions is newly proposed in this paper. In this formulation, shearing force acting on cross section is normal to the axis of the member as conservative force philosophy. In order to verify the present theory, FE program has been developed by using the generalized exact tangent stiffness matrix. Especially, FE program based on the exact tangent stiffness matrix in this present study has a good advantage showing the buckling load is evaluated accurately by only one element per one member in numerical modeling. Furthermore, this scheme by Penalty method provides eigen vectors for buckling shape plotting. Finally, numerical results are presented to demonstrate the accuracy and the practical usefulness of the proposed theory.