구분적선형시스템이 갖는 Chaos 응답의 확률적 특성에 대한 분석

마호성,김상효 대한토목학회 1996 대한토목학회 학술발표회 논문집 Vol.1996 No.1

사각에 따른 RC슬래브교의 반력특성 분석

마호성,원정훈,박인준 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.3

The support reactions of two-span RC slab bridges with various skews are studied through the time history analysis for moving vehicles. Dynamic behaviors of bridges are evaluated by using the commercial FEM code and the bridge is modelled using shell elements. The analysis method is verified by comparing measured values and analysis results. Parametric analysis are performed for various skew angles. The bearing below the end slab with an obtuse angle shows the largest reaction forces. As the skew angle is reduced(a skew angle of 90o means a straight bridge without skew in this study), the distribution of reaction force is growing uneven and the largest reaction force is increased. In case of the model having skew angles under 70o, the bearing located near the bearing with the largest reaction force shows the uplift force. Thus, it is concluded that the bearing in RC slab bridges with skew should be selected carefully by considering the variation of reaction force and uplift force. 본 연구에서는 2경간 연속 RC 슬래브교를 대상으로 차량 이동하중 시간이력해석을 수행하여 사각에 따른 받침의 반력분포특성을 분석하였다. 계측값과 해석값의 비교를 통해 적용 시간이력해석방법을 검증하였으며, 사각을 매개변수로 판 해석을 수행한 결과, 둔각부 최외측 받침에 반력이 집중되며, 사각이 감소함에 따라(사교의 정도가 커질수록) 반력의 편차가 커져 둔각부에반력의 크기가 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 반력이 집중된 최외측 받침의 인접 받침에서는 사각 70o 이하에서 부반력이발생하는 것으로 분석되었다. 따라서 사각을 갖는 RC 슬래브교에서는 받침의 용량 산정 시 반력의 편차와 부반력 발생에 유의하여야 한다고 판단된다.

다양한 곡률을 갖는 터널에서의 연속주행 차량에 따른 풍하중으로 인한 강재터널라이닝의 동적거동분석

마호성,조광일 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.4

Dynamic behaviors of the steel lining of curved tunnels with various curvatures are throughly examined to see the effect of wind loads due to consecutively passing vehicles. The wind pressure upon the lining is simplified into the pressure and suction while the vehicles are passing the specific positions. Results from cases of sole driving and consecutive driving conditions for both curved and straight tunnels are compared. It is found that the maximum displacements occur at middle location of the tunnel, and that the responses from consecutive passing vehicles increase compared to those from the single vehicle conditions for all tunnels. It is also found that the responses increase at the higher speed of passing vehicles while the responses decrease as the curvatures increase. In the case when the consecutive vehicles go at the high speeds, the increments of the responses become hardly noticeable compared to those from single passing vehicle conditions since the safety distance are getting long enough to eliminate the effect of wind load from the following vehicles. 본 논문에서는 연속주행으로 인한 풍하중에 대하여 곡률이 다른 곡선터널에서의 강재터널라이닝의 동적거동에 대하여 분석하였다. 차량의 주행으로 인한 풍하중은 하중작용지점에서의 차량의 통과위치에 따라서 압축 및 팽창력으로 표현되는 시간함수를이용하여 단순화시켜 모형화하였다. 곡선터널에서의 곡률의 변화에 따른 영향은 단독 및 연속주행시의 직선터널과의 해석결과를비교하여 분석하였다. 결과로부터 고려한 모든 터널에서의 변위는 터널의 중앙 부분에서 가장 큰 값을 보이며 연속주행 시에더 큰 값을 나타냈다. 응답변위는 곡률이 커질수록 적어지는 반면 속도의 증가에 따라서는 증가함을 알 수 있었다. 고속주행시에는 차량 간의 안전거리 증가로 인하여 따라오는 차량에 의해 터널에 미치는 영향이 줄어, 연속주행으로 인한 변위 증가는단독주행의 경우와 차이가 거의 없는 것으로 나타났다.

합리적인 시간이력 해석방법에 의한 장대터널라이닝의 동적거동분석

마호성,조광일,조효상 청운대학교 건설환경연구소 2011 청운대학교 건설환경연구소 논문집 Vol.6 No.2

Under various conditions of passing vehicles, dynamic behaviors of a relatively long corrugated steel tunnel lining system are examined. Due to the complexity of the system, the used computer program limits the length of the lining system. To overcome this problem, a rational time-history analysis method is adopted by applying the appropriate time functions resulting in the lining model as long as the program can allow. From results, responses are increasing as the velocity of both vehicles and wind increase. The effect of consequently passing vehicles hardly affects on the responses as it enlarges less than 4.5% of that from the case of single running vehicle. The maximum displacement occurs in the conditions when vehicles in the opposite lanes are crossing at the speed of 120㎞/h, which is twice bigger than that of the case of single running vehicle. It is recommended that the case of vehicles crossing should be considered for practical designs. 본 논문에서는 터널 내 통과차량에 의하여 발생하는 풍하중에 대한 상대적으로 긴 파형강판터널라이닝의 동적거동을 다양한 차량통과조건에 대하여 분석하였다. 구조물의 복잡성으로 인하여 많은 요소를 요구하는 바 사용프로그램의 제한으로 인한 터널길이의 제한을 극복하기 위하여 적절한 하중함수의 적용을 통한 합리적인 시간이력해석방법을 이용하여 해석 가능한 최대길이를 가진 터널모형의 거동을 분석하였다. 결과로부터 차량의 속도와 풍속이 증가함에 따라 응답변위 또한 증가하였고 연속주행의 경우는 단독주행보다 4.5%의 증가를 보여 영향이 크지 않은 것으로 나타났다. 차량이 120㎞/h로 교차 주행할 경우 단독주행에 비해 최대 2배에 가까운 최대변위가 발생하는 것으로 나타났다. 설계 시에는 이를 고려하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

Fokker-Planck 방정식의 Path-Integral Solution을 이용한 구분적선형시스템의 비선형동적거동분석

마호성 한국전산구조공학회 1999 한국전산구조공학회논문집 Vol.12 No.2

본 연구에서는 추계론적 동적시스템의 응답거동을 예측할 수 있는 반해석적 절차를 개발하였으며, 이를 이용하여 구분적선형시스템의 동적거동특성을 확률적 영역에서 분석하였다. 반 해석적 절차는 시스템의 추계론적 미분방정식에 상응하는 Fokker-Planck 방정식을 path-integral solotion을 이용하여 풂으로써 구할 수 있다. 결합확률밀도함수의 시간에 따른 전개과정을 통하여 시스템의 동적 응답거동 특성의 예측과 분석을 하고 시스템의 거동에 미치는 외부노이즈의 영향 또한 조사하였다. 반 해석적 방법은 위상면 상에서 결합확률밀도 함수를 통하여 응답거동의 예측은 물론 거동특성에 대하여 적절한 정보를 제공하는 것을 밝혔다. 혼돈거동의 특성은 외부노이즈가 존재하는 상황에서도 시스템의 응답 안에 잔재하는 것을 밝혔다.

구분적선형시스템을 이용한 해양 구조물의 거동분석

마호성 한국전산구조공학회 1997 전산구조공학 Vol.10 No.4

A piecewise-linear system is utilized to model the offshore mooring system. The approximated piecewise-linear restoring force is obtained to be compared with the analytically derived restoring force of a mooring system. Two systems are compared to verify the applicability of the piecewise-linear system to evaluate responses of the mooring system. Using the piecewise-linear system, the response behaviors of mooring systems are examined under various excitations. Nonlinearity of the system and effects of both system and excitation parameters are intensively examined. System responses are identified mainly by observing Poincare maps. The mooring system is found to have various types of responses such as regular harmonic, subharmonic and complex nonlinear behaviors, including chaos by utilizing a piecewise-linear system. Various values of parameters are applied to determine the effects of parameters upon system responses. Response domains are determined by establishing parametric maps. 해양계선시스템(offshore mooring system)의 거동을 구분적선형시스템(piecewise-linear system)을 이용하여 분석하였다. 계선시스템의 복원력을 유도하고 거기에 상응하는 근사치 구분적선형시스템의 복원력을 구하여 두 시스템의 복원력을 비교하였다. 다양한 파력 하에서의 계선시스템의 응답거동을 분석하였다. 시스템의 비선형정도 및 매개변수의 영향에 대하여 집중적으로 연구하였다. 시스템의 응답거동의 특성은 포인케어맵(Poincare map)을 통하여 확인하였다. 구분적선형시스템을 이용하여 분석한 결과, 계선시스템은 일반 조화, 열조화 및 복잡한 비선형거동인 chaos를 포함한 다양한 응답거동을 갖음을 알아냈다. 여러 값의 매개변수를 적용하여 시스템의 응답거동에 미치는 영향을 알아냈으며, 매개변수지도를 통하여 응답거동의 영역을 확인하였다.

평균 포인케어맵을 이용한 Noisy Field에서의 chaos거동의 검출방법

마호성 한국전산구조공학회 1997 전산구조공학 Vol.10 No.4

랜덤하중 하에서의 구분적선형시스템이 갖는 노이즈의 영향으로 인해 그 특성이 많이 감소되거나 소멸된 응답거동으로부터 chaos거동을 검출하는 방법을 개발, 분석하였다. 해양에서 구조물이 받는 파력은 결정론적이 아닌 추계론적이다. 바람, 파도 그리고 조류 등에 의한 파력은 유한도의 랜던성을 갖으며, 이러한 파력은 지배적인 조화가진하중과 정규 백색노이즈를 더함으로써 표현할 수 있다. 외적 동요를 받는 시스템의 응답거동은 그 거동이 방해를 받으며, 이로 인해 chaos응답거동을 확인하기가 어려우며, 그 거동의 특성이 일반적인 랜덤거동과 다를 바가 없다. 이러한 경우, 평균 포인케어맵을 이용하여 랜덤노이즈에 의해 발견되지 않는 chaos응답거동을 식별할 수 있다. 본 연구에서는 직접수치시뮬레이션상에서 이러한 평균 포인케어맵을 만드는 방법을 개발하였으며, 얻어진 평균 포인케어맵의 적용범위에 대하여 분석하였다. 평균 포인케어맵은 노이즈가 포함된 조화가진하중을 받는 시스템의 chaos응답거동을 확인하는데 있어서 노이즈의 강도가 높을 때 일반적인 포인케어맵만으로는 놓칠 수 있는 chaos응답거동을 성공적으로 확인할 수 있음을 알아내었다. 또한 시스템의 응답거동에서 chaos의 특성이 완전히 사라지는 노이즈의 강도를 얻을 수 있음도 알아내었다. The method to distinguish chaotic attractors in the perturbed response behaviors of a piecewise-linear system under combined regular and external randomness is provided and examined. In the noisy fields such as the ocean environment, excitation forces induced by wind, waves and currents contain a finite degree of randomness. Under external random perturbations, the system responses are disturbed, and consequently chaotic signatures in the response attractors are not distinguishable, but rather look just random-like. Mean Poincare map can be utilized to identify such chaotic responses veiled due to the random noise by averaging the noise effect out of the perturbed responses. In this study, the procedure to create mean Poincare map combined with the direct numerical simulations is provided and examined. It is found that mean Poincare maps can successfully distinguish chaotic attractors under stochastic excitations, and also can give the information of limit value of noise intensity with which the chaos signature in system responses vanishes.

PHC파일과 CT형강을 합성한 합성형 벽체파일의 휨거동에 대한 연구

마호성,원정훈,조효상,Mha, Ho-Seong,Won, Jeong-Hun,Cho, Hyo-Sang 한국강구조학회 2012 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.24 No.2

본 연구에서는 PHC(Pretensioned spun High strength Concrete)파일에 CT형강을 합성시킨 합성형 벽체파일을 실물 크기로 4개 제작한 후 휨 실험을 수행하여 합성형 벽체파일의 극한 강도와 합성작용 등의 구조 성능을 분석하였다. 합성형 벽체파일은 천공홀이 설치된 CT형강의 복부가 perfobond rib 전단연결재 역할을 하여 콘크리트와 CT형강을 합성시킨 구조물로써 CT형강의 플랜지를 이용하여 벽체파일과 버팀보 또는 상 하부 슬래브의 연결이 가능하므로 기능성과 구조적 성능이 동시에 향상된 구조이다. 모든 실험체의 파괴모드는 휨 파괴였으며, 극한강도는 설계기준에 따라 계산된 목표 설계값보다 큰 것으로 분석되어 개발된 합성형 벽체파일은 충분한 강도를 확보한 것으로 판단되었다. 또한 천공홀을 갖는 CT형강의 복부는 perfobond rib 전단연결재 역할을 적절히 수행할 수 있는 것으로 분석되었다. This study verifies the structural capacity of the composite PHC pile (Pretensioned spun high-strength concrete) consisting of a PHC pile and two CT structural steels. Four full-scale specimens are fabricated and the experimental tests were performed to investigate the flexural behaviors of the composite PHC piles. The composite PHC pile can enhance both the structural capacity and functional convenience, since the web of CT structural steel with holes in the web acts as a shear connector (referred to as the perfobond rib), which can connect concrete and steel. All specimens exhibited flexural failure and the ultimate strengths were larger than the anticipated design strength according to the design standard. Thus, the composite PHC pile can be applicable to wall structures with sufficient strength. In addition, it seems that the web of the CT structural steel with holes performs its role as shear connectors.

매개변수해석을 통한 원형 강관의 전단좌굴응력 상세분석

마호성,조광일 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.26 No.5

Shear buckling stresses of steel pipes due to the lateral forces have been analyzed via parametric analysis. Detailed FEM models are prepared, and steel types, thickness, radii and length of steel pipes are selected as parameters. STK400, STK490 and SM570 are used and the thickness of pipe is 2mm and 40mm. The radii(R) and lengths(L) aredetermined based on the values satisfying the following relationship as R/t=20~400 and L/R=1~3. The shear bucklingstresses decrease for all types of considered steels as R/t increase from 20 to 200. High strength steels are more sensitiveto R/t, and also have an bigger effect on shear buckling stresses than low strength steels. It is found that shear bucklingstresses decrease as L/R increases, showing that the steel pipes become weak as the length of the steel pipe increases. 본 연구에서는 매개변수해석을 통하여 횡력에 의한 강관의 전달좌굴응력에 대해 분석을 하였다. 비선형좌굴에 의한 전단좌굴응력을 산정하기 위해 ABAQUS의 상세 쉘 모델을 적용한 유한요소해석을 수행하였으며, 매개변수로는 강종, 두께, 반지름 그리고 길이를선택하였다. 해석대상 강종은 STK400, STK490, SM570이며, 강재의 두께는 2mm, 40mm로 하였고 반지름과 부께의 비(R/t)는 20~200, 길이와 반지름의 비(L/R)는 1~3이 되도록 하였다. 모든 강종에서 R/t이 20에서 200으로 변화하였을 때 전단좌굴응력은 감소하였고, 저강도 강재보다 고강도 강재일수록 R/t의 변화에 민감하며, 전단좌굴응력에 미치는 영향도 커지는 것으로 나타났다. 또한 L/R이 증가할수록 전단좌굴강도가 작아지는 것으로 보아 강관의 길이가 길수록 전단좌굴에 취약하다는 것을 알 수 있다.

비선형 해양시스템의 분기된 초구조에 대한 연구

마호성 한국전산구조공학회 1998 전산구조공학 Vol.11 No.1

본 연구에서는 복잡한 비선형시스템의 전체적 응답거동의 중요한 (그리고 잠재적으로 유익한) 특성을 상세히 분석하였다. 특히 강성도 및 여기력에 내재된 복잡한 비선형을 소유하는 수중다점계선해양시스템의 분기집합에 내재된 초구조와 혼돈거동의 가능경로에 대하여 해석적 및 수치적으로 분석하였다. 분기는 국부적 안정해석을 통하여 매개변수 영역상에서 확인되었으며, 정상 상태의 분기초구조는 수치해석을 통하여 밝혀졌다. 비선형정도와 해의 차원을 나타내는 공명수를 유도하였으며, 차수공명수를 통해 공명주위의 구조를 밝혔으며 열조화, 울트라조화, 울트라열조화 등과 같은 고도의 비선형 응답의 발생을 예측할 수 있음을 보였다. 결과에서 얻은 초구조는 시스템의 안정성과 이상끌개의 징후를 지배하는 메커니즘임도 밝혔다. 혼돈으로 가는 주기증가의 무한시퀀스에 대한 유연한 변환 외에 돌연한 격발(saddle에 의해 분리된 인접끌개의 충돌)로 인한 혼돈으로의 가능경로도 발견되었으며 이는 수치적으로도 입증되었다.