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.

정현파 하중을 받는 래티스 돔 구조물의 동적 구조불안정 특성에 관한 연구

김승덕,강주원,장제필,Kim, Seung-Deog,Kang, Joo-Won,Jang, Je-Pil 한국공간구조학회 2012 한국공간구조학회지 Vol.12 No.2

주기성을 가진 하중하에서의 거동은 스텝하중하에서의 거동과는 다른 거동을 보일 것이라 예상된다. 본 연구에서는 기하학적 형태에 따른 래티스 돔 구조물을 정현파 하중에서의 동적구조불안정 특성을 알아본다. 대공간 구조시스템의 하나인 스페이스 프레임 구조는 종횡의 부재가 3차원적으로 연결되어 입체적으로 외부 힘에 저항하는 구조로써 높은 강성을 갖는다. 또한 균등한 응력 분담이 가능하도록 설계되는 스페이스 프레임 고유의 역학적 특성에 기인하여 경량화가 가능하다. 스페이스 프레임의 구조안정문제는 구조물의 여러 가지 조건에 따라 결정되고 매우 중요한 사항이다. 따라서 기하학적 형태에 따라 Star Dome, Parallel Lamella Dome, 3-Way Grid Dome을 모델로 선택하여 라이즈-스팬(${\mu}$)비 및 형상불완전에 따른 불안정 거동 특성을 알아본다. 전체적으로 래티스 돔 구조물은 비감쇠 보다 감쇠를 도입한 경우 동적 좌굴하중에 대한 효율이 높아짐을 알 수 있다. 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. A space frame structure has high stiffness with a structure resisting external forces in steric conformation. According to many structural conditions, structural stability problems in the space frame are determined and considered very important. This study seeks to understand the space frame collapse mechanism using the 2-free nodes truss model in order to examine static structural instability characteristics of the latticed dome. According to geometrical shape, the star dome, parallel lamella dome and three way grid dome were selected as models. The models were examined for characteristics of instability behavior according to rise-span ratio(${\mu}$) and shape imperfection.

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.

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.

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.

케이블 돔 구조시스템의 정적불안정 특성

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

Hybrid 구조물의 비선형 불안정 거동에 관한 연구(II) -STEP 하중에서의 동적 면내비틀림 좌굴 특성-

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

STEP 하중을 받고 있는 쉘형 구조물의 동적 불안정 문제를 다룬 연구 결과는 다소 발표되고 있으나 Hybrid 케이블 돔의 동적 불안정 문제를 다룬 연구는 아직 없는 실정이다. 또 카오스의 생성을 파악하기 위하여 위상면을 이용하여 동적 좌굴의 기본적 현상을 다룬 연구도 거의 없다. 본 연구에서는 기하학적 비선형을 고려한 Hybrid 케이블 돔의 간접좌굴을 수치적 기법으로 조사하고 이를 정적 임계하중과 비교하였다. 동적 좌굴하중은 비선형 운동방정식을 수치분석하여 결정하고 위상면을 이용하여 간접좌굴 현상을 규명한다. Many papers which deal with the dynamic instability of shell-like structures under the STEP load has been published but there have been few papers related to the dynamic instability of hybrid cable domes. And also there are a few researches which treat the essential phenomenon of the dynamic buckling using the phase for investigating occurrence of chaos. In this study the indirect buckling of hybrid cable domes considering geometric nonlinearity are investigated numerically and compared it with the static critical load The dynamic critical loads are determined by the numerical integration of the geometric nonlinear equation of motion and the mechanism of the indirect buckling is examined by using the phase curves.

스텝하중을 받는 얕은 정현형 아치의 연속 응답 스펙트럼에 의한 동적 좌굴 특성 분석

김승덕,윤태영,손수덕(KIm Seung-Deog),Yun Tae-Young,Shon Su-Deok 대한건축학회 2004 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.20 No.10

Many researches have been performed for investigating dynamic instability of shell-like structures under STEP excitations, but most of them do not deal with the essential phenomenon of dynamic buckling by phase plane to investigate for occurrence of chaos. Dynamic buckling process in a phase plane is very important issue for understanding why unstable phenomena are sensitively originated in nonlinear dynamic by various initial conditions.<br/> Fundamental mechanisms of the dynamic instability are studied when the sinusoidally shaped arch structures are subjected to sinusoidally distributed excitations with pin-ends. Especially the mechanisms of dynamic indirect snapping of shallow arches are investigated under STEP function excitations. The dynamic nonlinear responses are obtained by the numerical integration of the geometrically nonlinear equation of motion.<br/> Finally, nonlinear displacement responses are obtained using Newmark - β method and the characteristics of dynamic instability are analyzed through the running response spectrum by FFT(Fast Fourier Transform)

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.