3차원 유한요소해석을 이용한 줄눈콘크리트 포장의 다웰바 최적배치에 대한 연구

전범준(Chon Beom Jun),홍성재(Hong Seong Jae),이승우(Lee Seung Woo) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 D Vol.30 No.2D

국내 줄눈콘크리트 포장 다웰바의 경우 합리적 근거가 없이 경험에 의하거나 국외의 기준에 의해 설계시공되고 있다. 다웰바를 합리적으로 설계하기 위해서는 다웰바 거동에 대한 고찰이 요구되며 이에 3차원 유한요소해석을 이용하여 분석하였다. 다웰바의 거동을 평가하기 위해서 다웰바의 3차원 유한요소해석과 다웰바 거동에 대한 대표적인 모델인 Timoshenko 이론을 비교분석하였다. 본 연구에서는 다웰바의 사이즈 및 배치에 대한 합리적인 설계를 하기 위해서 3차원 유한요소해석을 사용하여 다웰바의 그룹작용(Dowel Group Action) 범위와 차량바퀴의 주행경로(Wheel Path)분포를 고려하여 슬래브 처짐을 감소시킬 수 있는 다웰바 최적배치를 제시하였다. Dowel bar in the jointed concrete pavement has been designed and constructed by Foreign standard and experience in Korea. The behavior of dowel bar is explored based in analyze of 3-Dimension Finite Element Method. To evaluate behavior of dowel bar compared Timoshenko theory and 3-Dimensional Finite Element Method. Based on the 3-Dimension Finite Element Method analyze the dowel-bar optimum position that can reduce deflections of slabs by considering wheel path distributions was suggest in this study.

3차원으로 직조된 복합재 보강 패널의 기계적 특성 연구

정재형,홍소망,변준형,남영우,권진회 한국복합재료학회 2022 Composites research Vol.35 No.4

본 연구에서는 층간분리의 위험이 없는 3차원 직조방식으로 복합재 보강패널을 제작하고 좌굴하중과 고유진동수 등의 기계적 특성을 연구하였다. 보강패널의 스트링거와 외피는 일체형으로 제작하였고 T800급 탄소섬유로 만들어진 프리폼에 수지(EP2400)를 충진시키는 방식을 적용하였다. 제작된 보강판에 대하여 압축시험과 고유진동수 측정 시험을 수행하였고 유한요소해석 결과와 비교하였다. 또한 3차원 직조 구조물의 성능을 상대적으로 비교하기 위해 일방향 프리프레그와 2차원 평직(fabric)으로 동일한 치수의 보강패널을 제작하여 시험과 해석을 수행하였다. 시험값을 기준으로 일방향 프리프레그와 2차원 평직으로 제작된 보강패널의 좌굴하중은 3차원 직조 패널의 좌굴하중 대비 각각 20%, -3%의 차이를 보였다. 본 연구로부터 3차원 직조방식으로 제작된 일체형 보강패널의 좌굴하중은 일방향 프리프레그 적층 보강판의 좌굴하중보다는 낮지만 2차원 평직 보강판넬보다는 미세하게 높은 수준의 값을 보임을 확인하였다.

3차원 프린팅으로 제작된 개인맞춤형 안경테의 유한요소해석

이지은(Ji-Eun Lee),임영은(Young-Eun Im),박근(Keun Park) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.1

최근 개방형 소스 기반의 저가 3 차원 프린터의 출현에 의해 3 차원 프린팅에 대한 관심이 고조되고 있다. 3 차원 프린팅은 기존 제조업의 진입장벽을 낮추고 유연성을 높일 것으로 기대되며, 저비용으로 개인맞춤형 제품의 제작이 가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 뱀 모양을 형상화한 비대칭 형상의 독특한 안경테를 설계하였고, 사용자의 안면 특성을 반영하여 개인맞춤형으로 설계하였다. 또한 3 차원 프린팅으로 제작된 안경테의 구조적 안전성을 평가하기 위해 유한요소해석을 수행하였으며, 이때 적층방향별 인장시험을 통해 확보한 직교이방성 물성을 반영하였다. 해석을 통해 가장 안전성이 높게 평가된 적층 방향으로 프린팅을 수행하였고, 제작된 안경테는 조립과정에서 파손 없이 조립됨을 확인하였다. In recent years, 3D printing has received increasing attention due to releases of low-cost 3D printers based on open-source platform. 3D printing is expected to reduce the barrier to entry in the traditional manufacturing processes by increasing flexibility and creating an advantage to manufacture customized products at low costs. In this study, a unique eyeglass frame was designed to have a snake shape, which has an asymmetric geometry unlike traditional frames. The eyeglass frame was designed in a customized manner by reflecting dimensional characteristics of a customer’s face. Finite element analysis was performed to investigate the structural safety of the 3D printed frames during the assembly process. The analysis also considered the effect of anisotropic material properties as determined by tensile tests. The eyeglass frame was then printed using the customized sizes and the best building process. The eyeglass frame was successfully assembled with lenses and without structural failure during its assembly procedure.

3차원 유한요소해석에 의한 필 댐의 3가지 단면 형상을 고려한 지진해석

최병일(Byoungil Choi) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.8

댐 유지관리 측면에서 계측기를 통해 실시간 댐 거동을 파악하고 있으나 노후 댐의 경우 댐 축조 시 설치한 계측기가 오작동하거나 작동되지 않는 경우도 빈번히 발생하고 있다. 1종 국가시설물인 댐은 정밀안전진단을 통해 주기적으로 댐의 상태를 파악하고 있으며, 정밀안전진단 시 댐체의 안정성 평가를 실시하고 있다. 일반적으로 댐 안정성평가 시 가장 큰 단면을 대표단면으로 적용해 2차원 수치해석으로 결론을 도출하고 있으나 최근 많은 연구자들이 3차원 수치해석 프로그램 기술 발달에 기인해 댐 형상, 주변지형 및 댐 하부지형 형상을 정확히 반영한 3차원 수치해석에 관한 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 지진에 대한 댐 안정성 평가를 위해 지반공학 범용 FEM 해석 프로그램인 PLAXIS 3D를 이용하여 존별 형상을 모두 반영한 댐체의 지진 특성과 댐체를 사력존 하나로 가정한 경우, 댐체를 사력존 및 코어존으로 가정한 경우와 수치해석 결과를 비교?분석하여 존별 형상에 따른 지진파 영향 특성을 분석하고자 한다. Dam movements are identified in real-time with measuring instruments for dam maintenance. However, for dams that have aged, the measuring instruments that were installed during the dam construction are frequently malfunctioning or completely failing altogether. Precision safety diagnosis is being executed for dams that are national facilities Type 1. During the diagnosis, a safety assessment is conducted for the dam body. Normally, during the analysis of dam safety, the widest cross-section is selected and a two-dimensional numerical analysis is taken place for the cross-section. However, numerous researchers have recently looked into applying the 3-dimensional numerical analysis program developments to precisely analyze the structure of the dam, as well as the surrounding strata, and the lower dam strata. In this study, PLAXIS 3D, a geotechnical generic FEM analysis program, was used to conduct dam safety assessments for earthquakes. The following were compared and analyzed: considering the seismic properties of the dam body with all zoned structures reflected as one rock-fill zone together with the dam body, considering the dam body as the rock-fill zone and the core zone, and the numerical analysis results. Thus, the study was aimed to analyze the impact properties of seismic waves according to the different zones.

3차원 수치해석에 의한 필 댐의 누수량 평가

최병일(Byoungil Choi) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.8

침투에 대한 안정성 평가 시 댐체의 가장 큰 단면을 반영해 2차원으로 수치해석을 실시하는 것이 일반적이며, 해석결과를 이용한 침투수량 평가 시 댐체 하부지반을 단순한 직사각형 형태로 가정하여 침투수량을 구한 후 단면형상을 반영해 최종 침투수량을 계산하고 있다. 하지만 최근 기술의 발달로 댐 시공 시 다양한 형태의 지반 위에 다양한 형태의 댐들이 축조되고 있는 점을 감안하면 3차원 수치해석을 통해 댐체의 형상 및 지형조건을 보다 정확하게 반영한 결과를 이용하여 결론을 도출하는 것이 바람직하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 3차원 FEM 수치해석법을 이용하여 강우량을 포함한 다른 기타요인은 배제한 후 댐체로만 통과되는 침투수량 평가를 통해 안전관리를 할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. Using 2D numerical analysis that covers the largest section of the dam body, a process is generally performed when evaluating its stability against seepage. The quantity of seepage is first obtained by assuming that its bottom topography is in the simple form of a rectangle, it is then calculated by reflecting its sectional shape during this process of analyzing the seepage quantity. Considering that various forms of dams are being constructed on various types of ground, thanks to more recent technological advances, it is judged more appropriate to draw a conclusion by means of the results on reflecting the realistic shape and topographical conditions of the dam body through 3D numerical analysis. Therefore, this study intends to present a method designed to carry out safety management by evaluating the correct quantity of water leakage that passes only through the dam body, having excluded other factors that include the amount of rainfall through the 3D FEM analysis.

스프링백을 고려한 루프사이드 레일의 인장-굽힘 성형을 위한 3차원 금형설계

진성원,임재혁,박병도,추정욱,정규율,최인호 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集A Vol.46 No.12

Three-dimensional (3D) stretch-bending die design was performed based on the response surface model with a calibrated FE model with reference to the test results of 3D stretch-bending of the roof-side rail for SUV class vehicles. To accurately predict the springback, the calibrated FE model that reproduces the springback of the 3D stretch-bending test was prepared through one-way stretch-bending forming. The calibrated model was applied to the two-way stretch-bending process to predict the configuration of the 3D die design. To achieve the target shape of the roof-side rail considering the springback behavior, three design variables - tensile force and two die angles - were chosen to construct a response surface model with the central composite design and used for the prediction of the die design for the target shape. Finally, it was verified by the test results of the two-way stretch-bending forming. SUV급 차량의 루프사이드 레일(roof-side rail)의 금형설계를 위해 유한요소해석을 이용하여 스프링백 (springback) 형상 예측 및 3차원 인장-굽힘 금형의 형상을 최적화 기법을 통해 도출하였다. 스프링백을 예측하기 위해 단방향 인장-굽힘 해석을 수행하고 해석모델을 보정하여 3차원 인장-굽힘 시험의 스프링백 현상을 재현하는 유한요소모델을 준비하였다. 보정된 해석모델을 양방향 인장-굽힘 성형 공정에 적용하였으며 이를 기반으로 양방향 인장-굽힘 성형용 금형을 제안하였다. 이때 루프사이드 레일의 목표 형상을 손쉽게 달성하기 위해 인장력과 2개의 금형의 각도로 구성된 3개의 설계변수를 설정하고 중심합성계획법을 이용하여 반응표면을 생성하였다. 이를 기반으로 최적화를 수행하여 최적의 금형을 제안하였다. 최종적으로 양방향 인장-굽힘 성형 결과와 해석 결과 형상을 비교하여 제안된 방법의 적절성을 확인하였다.

무차원 변수 해석을 이용한 LSP 공정변수 영향 분석

김주희(Ju Hee Kim),김태양(Tae Yang Kim),김윤재(Yun Jae Kim) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.9

복잡한 물리적 현상에 대한 수학적 모델을 만들기 위해 적용되는 차원해석은 LSP 공정변수의 영향을 이해하는데 중요한 도구가 된다. 본 연구에서는 버킹검(Buckingham) Π이론을 이용한 차원해석을 통해 레이저 충격 피닝의 잔류응력 결과에 영향을 미치는 변수를 확인하고, 유한요소법을 이용하여 LSP 공정변수인 최대압력파, 압력파 지속시간, 레이저 샷 크기 및 다중 LSP 에 대한 잔류응력 결과를 확인하였다. Dimensional analysis is an important tool for developing mathematical models of physical phenomena in order to understand the effects of laser shock peening(LSP) process parameters. By using the Bucking Π theorem, we proposed an applicable dimensional analysis method to verify the effects of LSP process parameters on the residual stresses. Furthermore, by using finite element analysis, we proposed a finite element method of LSP and discussed various parameters, such as peak pressure, pressure pulse duration, laser spot size, and multiple LSPs.

인체 족부 근골격계 상세 유한요소모델링을 통한 족저압 계산

전성모(Seoung-Mo Jeon),김철(Cheol Kim) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.4

족저부의 압력 분포를 해석하기 위하여 인체에 근접한 족부 상세 해석용 모델을 개발하였다. 인체에 근접한 족부 상세 해석용 모델은 족부 CT Scan image를 CAD 모델로 변환한 뒤 3D 족부(근육, 뼈, 피부 모두 반영한) 유한요소 해석 모델을 개발하였다. 피부도 뼈와 같은 방법을 통하여 유한 요소 해석 모델을 개발하였다. 개발된 3D 족부 유한 요소 모델과 CAE 범용 해석 프로그램인 Patran/Nastran의 접촉 해석을 통하여 족저압의 분포를 계산하여 압력을 분산 시킬 수 있는 신발의 기초 데이터를 확보 하였다. In this study, the foot detail analysis model close to a body has been developed to analyze the distribution of plantar pressure. The foot detail analysis modal close to body was developed using finite element method for a 3D foot (including the muscle, bone and skin) after converting a CT scan image to a CAD model. The shoes for diabetes patients can be designed, once the distributed pressure on a foot plantar was obtained by calculating distribution of plantar pressure through the contact analysis from the developed 3D finite element model using Patran/Nastran.

3차원 유한요소해석을 이용한 줄눈콘크리트 포장의 다웰바 거동에 대한 연구

홍성재,윤찬영,이승우,김연복 한국도로학회 2009 한국도로학회논문집 Vol.11 No.4

Dowel-bar in the jointed concrete pavement has been designed and constructed by Foreign standard and experience in Korea. Timoshenko solution was evaluated for dowel bar design. However, various assumptions, Timoshenko solution evaluated only single dowel bar. Therefore, This study object is evaluated the guide line dowel size and arrangement that using the 3Dimensional Finite Element Method. Dowel bar behavior, Timoshenko solution and 3D FEM estimated used result. Dowel allowable stress and Friberg bearing stress estimated using result. The effects of Dowel Group Action were analyzed using Timoshenko range and Friberg range and 3D FEM. 국내의 줄눈 콘크리트 포장설계에 주로 사용되는 다웰바 설계 기준은 국외 기준과 검증되지 않은 경험에 의해 사용되고 있다. 또한 다웰바의 설치는 길어깨나 하부층의 조건 등을 고려하지 못한 상태에서 슬래브 폭에 대하여 일률적으로 적용되고 있다. 이에 다웰바를 합리적으로 설계하기 위해서는 다웰바 거동에 대한 고찰이 요구되며, 이를 3차원 유한요소해석을 이용하여 수행하였다. 다웰바의 거동에 대한 3차원 유한요소해석 결과의 타당성을 검토하기 위하여 Timoshenko이론의 다웰바 거동을 비교하였다. 또한 실제 도로에서 교통하중이 여러 개의 다웰바에 분산 전달하는 다웰바의 그룹작용(Dowel Group Action)을 3차원 유한요소해석 통하여 다웰바 그룹작용 적용범위를 산정하였다. 본 연구에서 제시된 다웰바 그룹작용 범위는 Friberg의 그룹작용 범위와는 상이한 결과가 나타났으며, 비교적 최근 연구 결과인 Tabatabaie의 그룹작용 범위의 연구결과와 유사한 결과가 도출되었다.

이론적 방법과 유한요소해석이 융합된 커팅용 공구 혼의 설계에 관한 연구

이한창,정진혁,박충우,오명석,박명규,이봉구,김창환,Lee, Han-Chang,Jeong, Jin-Hyuk,Park, Chung-Woo,Oh, Myung-Seok,Park, Myung-Kyu,Lee, Bong-Gu,Kim, Chang-Hwan 한국융합학회 2018 한국융합학회논문지 Vol.9 No.6

본 연구에서는 초음파 진동에너지가 융합된 커팅기용 공구 혼 제작에 대한 기초 연구 자료를 제작하고자 이론적방법과 유한요소해석을 병행하여 설계하였다. 고 성능의 초음파 절단을 진행하기 위해서는 횡진동이 아닌 종진동으로만 진동해야 하며, 기계적 진동에너지를 효율적으로 전달하기 위해 출력부에 최대진폭이 발생해야 한다. 따라서 공구 혼은 발진기의 가진 주파수와 공구 혼의 고유주파수가 동일하게 설계되어야만 한다. 공구 혼을 공진설계하기 위해서는 1차원 파동방정식을 이용한 이론적 접근법과, 유한요소 해석결과를 설계모델에 반영하는 방법이 있는데, 본 연구에서는 최초에 공구 혼의 대략적인 치수를 1차원 파동방정식을 통해 결정하고, 유한요소 해석 결과를 바탕으로 최적 모델을 선정하여 공구 혼의 최종 형상에 반영하였다. 이와 같은 내용을 실제 커팅용 공구 혼의 기초자료로 활용하고자 하며, 추후 제작 및 실험 데이터를 본 연구내용과 비교할 예정이다. In this study, the theoretical method and the finite element analysis were designed in parallel to fabricate basic research data on the production of tool horn for cutting machine with ultrasonic vibration energy. In order to perform high-performance ultrasonic cutting, it is necessary to vibrate only with longitudinal vibration instead of transverse vibration. In order to efficiently transmit the mechanical vibration energy, the maximum amplitude should be generated at the output portion. Therefore, the tool horn must be designed so that the excitation frequency of the oscillator and the natural frequency of the tool horn are the same. In order to design the resonance of the tool horn, there are a theoretical approach using the one-dimensional wave equation and a method of reflecting the finite element analysis result to the design model. In this study, the approximate dimensions of the tool horn are first determined through the one- Based on the results of the finite element analysis, the optimal model was selected and reflected in the final shape of the tool horn. We will use this information as the basic data of actual tool horn for cutting, and will compare the production and experimental data with the contents of this research.