유한요소해석에 의한 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 바닥판의 휨성능 평가

오현철,정철헌,강명구,박세진,신동호 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.1

본 연구에서는 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 교량 바닥판 이음부의 정적 휨성능을 예측하기 위한 비선형 유한요소해석 모델 을 구성하였으며, 선행연구에 의한 실험결과와의 비교를 통해 유한요소해석의 적합성을 확인하였다. 유한요소해석 모델을 구성하는 재료특 성으로 각각의 이론을 적용하였으며, 실험결과 및 사전 변수해석을 통해 입력변수들을 결정하여 유한요소해석 모델을 구성하였다. 본 연구에 서 수행된 유한요소해석 결과는 각각의 실험체에 대한 구조적 거동을 평균 5% 이내로 비교적 정확하게 추정하는 것으로 나타났으며, 소성 변 형률 분포로부터 각 실험체의 균열양상 및 파괴형태를 간접적으로 예측할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 사용된 유한요소해석 모델은 향후 프 리캐스트 바닥판 이음부의 극한거동 예측 및 이음부의 설계식 도출을 위한 변수해석 연구 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. In this study, a non-linear FEM model is presented to predict the static flexural performance of precast bridge decks with ribbed joint and is verified with previous experiment results through comparison. The several theory of material properties were applied to each mechanical properties in FEM model and FEM model’s input variables were determined through experiment result and parametric study. The FEM results showed good accuracy in predicting the structural performance of the specimens and FEM model’s average error rate was 5%. Also, each specimen’s cracking aspect and failure mode can be predicted through FEM’s plastic strain distribution. Thus, this FEM model can be used effectively for predicting the ultimate behavior and parametric study to development of design formula for joint.

유한요소해석에 의한 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 바닥판의 휨성능 평가

오현철,정철헌,강명구,박세진,신동호 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.1

In this study, a non-linear FEM model is presented to predict the static flexural performance of precast bridge decks with ribbed joint andis verified with previous experiment results through comparison. The several theory of material properties were applied to each mechanical propertiesin FEM model and FEM model’s input variables were determined through experiment result and parametric study. The FEM results showed goodaccuracy in predicting the structural performance of the specimens and FEM model’s average error rate was 5%. Also, each specimen’s cracking aspectand failure mode can be predicted through FEM’s plastic strain distribution. Thus, this FEM model can be used effectively for predicting the ultimatebehavior and parametric study to development of design formula for joint. 본 연구에서는 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 교량 바닥판 이음부의 정적 휨성능을 예측하기 위한 비선형 유한요소해석 모델을 구성하였으며, 선행연구에 의한 실험결과와의 비교를 통해 유한요소해석의 적합성을 확인하였다. 유한요소해석 모델을 구성하는 재료특성으로 각각의 이론을 적용하였으며, 실험결과 및 사전 변수해석을 통해 입력변수들을 결정하여 유한요소해석 모델을 구성하였다. 본 연구에서 수행된 유한요소해석 결과는 각각의 실험체에 대한 구조적 거동을 평균 5% 이내로 비교적 정확하게 추정하는 것으로 나타났으며, 소성 변형률 분포로부터 각 실험체의 균열양상 및 파괴형태를 간접적으로 예측할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 사용된 유한요소해석 모델은 향후 프리캐스트 바닥판 이음부의 극한거동 예측 및 이음부의 설계식 도출을 위한 변수해석 연구 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

주조공정에서의 효율적인 열응력 해석을 위한 이종해석기법의 연계

곽시영(Si Young Kwak),임채호(Chae Ho Lim) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.8

본 논문에서 유한차분법(FDM)과 유한요소법(FEM)을 연계하여 주조공정 해석을 수행하는 이종해석기법을 제안하였다. 수치해석기법으로는 FDM, FEM, BEM 등 다양한 기법이 있으며, 대부분의 공학문제는 각각의 현상에 적합한 수치해석기법을 사용하여 해석을 수행하고 있다. 일반적으로, FDM 또는 FVM 은 유동 및 열전달 해석에, FEM 은 열응력 해석에 많이 적용되고 있지만 복합적인 공학 문제를 해결하기 위해서 각각 수치해석기법을 연동한 해석의 필요성이 점점 증가하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 3 차원 공간에서 FDM 을 사용하여 응고 및 열 전달 해석을 수행하고, 계산된 온도 데이터를 FEM 해석장에 적합하게 변환하여 열응력 해석을 수행하는 FDM/FEM연계해석 방법을 제시하였다. 그리고 제시한 해석방법을 주조 공정 해석에 적용한 결과, 요소생성 등의 해석작업과 해석속도 면에서 효율적으로 해석을 수행할 수 있었다. This paper proposes a method that involves a combination of FDM and FEM for analyzing casting process. At present, many numerical analysis methods such as FDM, FEM, and BEM are used for solving engineering problems. For a given problem, a specific method that is suited to the problem is adopted; in general, FDM or FVM is favored for problems related to fluid flow or heat transfer, and FEM is adopted in stress analysis. However, there is an increasing need for using a combined method for complex and coupled phenomena analysis. Hence, we proposed a method in which FDM and FEM are coupled in three-dimensional space, and we applied this method to analyze casting process. In the proposed method, solidification and heat transfer was analyzed by using FDM. The field data such as temperature distribution were converted into a format suitable for FEM analysis that was used for calculating thermal stress distribution. Using the proposed method, we efficiently analyzed the analysis process from the viewpoints of work and time.

스마트 스킨 구조물 시편의 유한요소 해석

전지훈 ( Jeon Ji Hun ),황운봉 ( Hwang Un Bong ) 한국복합재료학회 2003 Composites research Vol.16 No.4

샌드위치 구조물의 응용된 형태인 스마트 스킨 구조물을 ABAQUS로 유한요소 해석하였다. 심재로 쓰이는 하니컴은 일반적으로 두께 방향 강성 및 전단 강성만 제작회사에 의하여 제공된다. 이를 바탕으로 하니컴 재료의 물성을 추정하여 다른 방향의 제공되지 않는 물성을 계산하였고, 이를 유한요소 해석시 물성 자료로 적용하였다. 또한, 스마트 스킨 구조물의 좌굴 및 3점 굽힘 거동을 유한요소 해석하였으며, 기존의 실험결과 및 이론값과 비교 분석하였다. 비교적 결과가 잘 일치하였다. 본 연구를 통하여서 하니컴의 물성을 사용 패키지에 적용하는 방법 및 타당한 근거를 제시하였고, 이 결과를 바탕으로 스마트 스킨 구조물을 상용 패키지로 유한요소 해석시 지침을 제시할 수 있다. FEM analysis of the smart skin structure, and application of the sandwich structures investigated. The honeycomb manufactures only provide stiffness of thickness direction and transverse shear modulus. Although these are dominant mechanical properties, the other mechanical properties are needed in FEM analysis. Hence, this work shows procedures of obtaining those mechanical properties. Honeycomb material was assumed to be an isotropic material and properties are estimated by its dominant honeycomb properties. The other honeycomb properties are then obtained by mechanical properties of Nomex. Buckling test and three point bending test were simulated by ABAQUS. Both the shell and solid element models were used. The results were compared with experimental results and analytical approaches. They showed good agreements. This study shows a guideline of FEM analysis of smart skin structure using commercial a FEM package.

유한요소해석을 활용한 장신구디자인 사례연구 - 예술장신구 사례를 중심으로 -

민복기 ( Min Bog Ki ) 한국기초조형학회 2020 기초조형학연구 Vol.21 No.1

본 연구의 목적은 응용수학분야에서 연구되어 토목, 건축 등의 분야에서 활용되고 있는 유한요소해석에 대해 살펴보고, 이를 장신구 분야에 적용할 가능성을 탐색하는 데 있다. 유한요소법(Finite Element Method; FEM)은 미분방정식 문제를 다른 형태로 바꾸고 이 해(解)를 어떤 함수의 일차결합으로 나타내는 수치적인 근사해법(approximation method)의 하나이다. 이러한 수학적 원리를 바탕으로 재료역학 등의 공학분야에서 물성과 하중 등 외부적 요인을 설정하고 대상물의 물리적 변위의 근사값을 도출하여 구조를 해석하는 것이 유한요소해석(Finite Element Analysis; FEA)이다. FEA는 컴퓨터의 계산을 통한 시뮬레이션 기술로 빠르게 정립되었고, 이후 CAD의 모델링데이터를 활용할 수 있도록 통합되어 강도, 열, 유동, 진동 등 다양한 물리적 환경의 시뮬레이션을 통해 효율적 설계를 도출하는데 활용되고 있다. 장신구는 매우 작은 사물이지만 신체 위에 착용되는 필연적 조건을 가지므로 안정적 구조로 제작되어야 하지만 이를 위해 FEA를 활용한 사례는 없었다. 연구자는 이러한 장신구의 요구조건을 충족하는 새로운 난발(Prong)의 구조연구를 위해 FEA를 활용한 난발구조를 연구하였고 4개 혹은 6개로 이루어진 일반적인 난발구조에서 난발의 개수를 최소화하여 2개의 난발구조를 가지도록 하였다, 그리고 빛의 유입을 위해 오브제를 기저부에서 2mm 위로 띄워 고정할 수 있는 난발구조를 개발하였다. 이러한 사례에서와 같이 FEA는 주얼리의 구조안정성 검증 뿐 아니라 새로운 컨셉의 디자인탐색에 도움을 줄 수 있고 주얼리산업의 생산과정에서도 열과 유동의 해석을 통해 주조생산성과 품질을 개선시킬 수 있다. 또한 금속공예의 대공분야에서도 하중이나 낙하, 바람 등 다양한 물리적 외력을 시뮬레이션 하여 좀 더 안정적인 구조를 도출하는데 활용될 수 있을 것이다. The purpose of this study is to examine the Finite Element Analysis, studied in Applied Mathematics and used in the fields of Civil Engineering and Architecture, and to explore the possibilities of applying it to the field of jewelry. Finite Element Method changes differential equations into different forms and appears as one of the numerical approximation methods. With this mathematical principle background, the linear combination of the certain function’s value sets the external factors such as property and weight in the engineering field, material mechanics and Finite Element Analysis is the evaluation of the structure by approximating the physical displacement of the object. FEA quickly became a computerized simulation technology, and later integrated to utilize CAD modeling data to simulate various physical environments such as strength, heat, flow, and vibration, etc. for effective design. A jewelry is a very small object it has an inevitable condition to be worn on top of the body; therefore, needs to be made with a secure structure but, there has been no case for it with FEA. This research studies the required conditions of this kind of jewelry with new prong structure research that uses FEA and minimizes the number of prongs in the prongs’ structure to two from four or six, and developed new prong structures for the object to float 2mm above the basis for light to pass. In such a case, FEA not only verifies the structural stability but make new concept design exploration possible and can improve productivity and quality through the interpretation of heat and flow in the casting process of the jewelry industry’s production process. Moreover, various physical external forces such as weight, fall or wind can be simulated to construct safer structures for vessel making in the field of Metal Craft as well.

비선형유한요소해석을 통한 이방향 중공슬래브의 전단거동분석

강수민(Kang, Su-Min),김진욱(Kim, Jin-Wook),최경규(Choi, Kyoung-Kyu),박홍근(Park, Hong-Gun) 대한건축학회 2016 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.32 No.12

Recently, biaxial hollow slab system is widely used since it can reduce self-weight of RC slabs. In order to reduce self-weight of slabs, biaxial hollow slabs have void hollow spheres within the webs of the slabs which do not mainly contribute to the flexural behavior of the slabs in ultimate state. However, the partial absence of webs reduces the shear strength of the slabs. Therefore, it is necessary to reasonably understand the shear performance of the biaxial hollow slabs. In this study, the shear behavior of biaxial hollow slabs was analyzed using nonlinear FEM according to various design parameters such as concrete strength, reinforcement ratio, the diameter and spacing of void spheres, and shear span to depth ratio. The existing shear strength models were evaluated to investigate their applicability to the shear strength prediction of biaxial hollow slab system and the strain-based shear strength model was modified to estimate the shear strength of biaxial hollow slab system.

FEM과 BEM의 결합해석을 통한 공동주택 슬래브의 구조음장 특성에 관한 연구

한경민,유진선,박성수 대한건축학회지회연합회 2006 대한건축학회연합논문집 Vol.8 No.1

유한요소해석을 이용한 유도상 아스팔트 궤도의 피로균열 설계수명 예측

송근우(Geun Woo Song),박재범(Jae Beom Park),임유진(Yu Jin Lim),이진욱(Jin Wook Lee) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.5

본 연구에서는 유도상 아스팔트 궤도 노반층의 손상도에 입각한 설계수명 산정을 위해 손상기준을 아스팔트 노반의 피로파괴로 국한하였다. 아스팔트 노반을 포함한 궤도에 대해 목표설계수명을 50년으로 설정하고 궤도구조형식별, 궤도구조구성 조건별로 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용한 구조해석을 실시하였다. 해석결과와 손상도이론을 이용하여 예상 설계수명의 만족여부를 판정하였다. 구조해석으로부터 산정된 아스팔트 노반층 하면 인장변형률의 크기와 피로파괴 기준식을 이용하여 아스팔트 노반의 설계수명을 예측하였으며, 강화노반 탄성계수(ESB)가 유도상 아스팔트 궤도의 설계수명에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히 년간통과톤수가 클 경우에는 목표 설계수명을 확보하기 위해 일정 값 이상의 강화노반 두께와 강화노반 탄성계수의 확보가 반드시 필요한 것으로 검토되었다. In order to calculate design life of ballasted asphalt trackbed, damage is limited to fatigue crack only. A structural analysis was performed using ABAQUS program. In this study, primary design parameters such as types of track sections, wheel load size, velocity, MGT, elastic modulus and thickness of each layers are defined. Full 3D Finite element analyses were performed using ABAQUS program in order to calculate tensile strains under asphalt layer with different values of design parameters defined. The target design life is checked by using damage theory and computed results. It was verified that modulus of subbase is the most critical onto the design life of the ballasted asphalt trackbed. It was concluded that it is required to keep minimum thickness and minimum modulus of reinforced roadbed should be used in case of large amount of traffic(MGT)

전산 열해석 및 적외선 열화상을 이용한 볼베어링의 동적하중에 따른 진단 계측에 관한 연구

홍동표(Dong-Pyo Hong),김호종(Ho-Jong Kim),김원태(Won-Tae Kim) 한국비파괴검사학회 2013 한국비파괴검사학회지 Vol.33 No.4

본 연구에서는 적외선 열화상 카메라를 통하여 베어링의 온도변화를 분석하고, FEM 수치해석을 통하여 모델러에 대한 정상상태에서의 시뮬레이션을 통해 베어링의 열적분포를 해석하였다. 전산 열해석을 위한 유한요소 해석과 열화상 실험을 서로 비교분석하였고 유한요소 전산해석을 통하여 열화상 실험의 정확도를 확인하였다. 본 연구를 통하여 적외선 열화상 실험은 실시간으로 베어링의 상태를 감시할 수 있어 다른 진단방식보다 많은 장점을 가지고 있다. 또한 작업 현장에서 베어링 파손 상태 유무 확인과 파손 방지를 위해서 현장 작업조건을 적용한 유한요소 해석 결과를 비롯하여, 하중조건 회전속도조건, 볼 손상조건, 내외륜 손상조건 등에 따라, 열화상 카메라로 실시간으로 베어링을 감시하면 베어링의 파손을 진단 검출할 수 있다. With the modern machinery towards the direction of high-speed development, the thermal issues of mechanical transmission system and its components is increasingly important. Ball bearing is one of the main parts in rotating machinery system, and is a more easily damaged part. In this paper, bearing thermal fault detection is investigated in details Using infrared thermal imaging technology to the operation state of the ball bearing, a preliminary thermal analysis, and the use of numerical simulation technology by finite element method(FEM) under thermal conditions of the bearing temperature field analysis, initially identified through these two technical analysis, bearing a temperature distribution in the normal state and failure state. It also shows the reliability of the infrared thermal imaging technology. with valuable suggestions for the future bearing fault detection.

유한요소법을 적용한 내수 및 외수 침수해석 모형 개발

남명준,이재영,이창희 중소기업융합학회 2021 융합정보논문지 Vol.11 No.12

This study develops a simulation model that performs flood analysis considering both urban and river flood. For the analysis of river flood, this study considers river overflow by levee breach, and reflects the concept of the dual drainage systems for the analysis of urban flood. In relation to the surface flood analysis, FEM technique is applied to the flood diffusion analysis in order to conduct the flow analysis of urban and river flood simultaneously. For the verification of the model, it is first applied to the conceptual model, and then applied to the actual watershed. It is expected that this study will be able to reduce flood damage and to prepare effective countermeasures to reduce flood damage. 본 연구에서는 내외수 범람을 동시에 고려하여 침수해석을 수행하는 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 외수 침수해석을 위해 제방 월류 및 파제에 의한 하천범람 유입량을 고려할 수 있도록 하였고, 내수 침수해석을 위해서 이중배수체계 개념을 반영하도록 구성하였다. 지표면 침수해석과 관련하여 하천의 유동해석과 제내지의 유동해석을 통합적으로 수행하기 위해 유한요소법(FEM)을 적용하여 침수확산 해석을 수행할 수 있도록 하였다. 모형의 검증을 위해 우선 개념모델에 대해서 적용하였고, 이어서 실제 유역에 대해서 적용하였다. 본 연구를 통해 홍수로 인한 피해를 줄이고 홍수 피해를 저감하기 위한 효과적인 대책을 마련하기 위해 활용될 수 있을 것으로 기대된다.