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다중면 하중하에 정방향 대층구조를 가진 격자재료의 연속적인 소성모델
선우현 ( Woo Hyun Seon ),허종완 ( Jong Wan Hu ) 한국복합신소재구조학회 2011 복합신소재학회논문집 Vol.2 No.3
본 연구에서는 하위 요소로(sub-element) 구성된 3차원 대칭 단위 요소들로 조합된 트러스 격자 구조물의 연속적인 물성치를 제안하였다. 개별적인 트러스 격자 물성치는 균질화 작업을 통하여 유효한 응력과 변형률 관계로 이루어진 연속적인 물성치 모델로 나타낼 수 있다. 미시적인 규모(micro scale) 스트럿의 인장이나 압축 응답에 의한 축강성은 전체 격자재료의 대부분의 강도를 차지하고, 이러한 스트럿의 부피 분율(fraction)은 효과적인 강도뿐만 아니라 복제 가능한 단위 요소로 이루어진 격자판의 상대밀도에 큰 영향을 주었다. 그러므로 균질한 강성부재로 구성된 연속적인 구성모델은 미시적인 규모로 간주되는 스트럿의 강도, 내부응력 상태 및 부피 분율과 관련된 역학적인 특성들을 포함하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 미시적인 규모의 응력에서 소성흐름은 균질한 구성식에서 파생된 거시적인 규모에서의 (macro-scale)응력 표면에 있는 연속적인 응력함수의 영역을 확장한다. 따라서 본 연구를 통하여 3차원 대칭 단위요소 구조물의 기본 기하학을 조사하고 압력에 의존적인 마크로 규모에서의 (macro-scale) 응력함수를 예측하는 연속적인 소성모델을 공식화하였다. The typical truss-lattice material successively packed by repeated cubic symmetric unit cells consists of sub-elements (SE) proposed in this study. The representative continuum model for this truss-lattice material such as the effective strain and stress relationship can be formulated by the homogenization procedure based on the notation of averaged mechanical properties. The volume fractions of micro-scale struts have a significant influence on the effective strength as well as the relative density in the lattice plate with replicable unit cell structures. Most of the strength contribution in the lattice material is induced by axial stiffness under uniform stretching or compression responses. Therefore, continuum based constitutive models composed of homogenized member stiffness include these mechanical characteristics with respect to strength, internal stress state, material density based on the volume fraction and even failure modes. It can be also recognized that the stress state of micro-scale struts is directly associated with the continuum constitutive model. The plastic flow at the micro-scale stress can extend the envelope of the analytical stress function on the surface of macro-scale stress derived from homogenized constitutive equations. The main focus of this study is to investigate the basic topology of unit cell structures with the cubic symmetric system and to formulate the plastic models to predict pressure dependent macro-scale stress surface functions.
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스마트 반강접 (PR) 콘크리트 충전 강재 합성 (CFT) 접합 구조물에 대한 해석모델의 개발
선우현 ( Woo Hyun Seon ),허종완 ( Jong Wan Hu ) 한국복합신소재구조학회 2011 복합신소재학회논문집 Vol.2 No.4
본 연구는 각 연결부에 대한 수치 해석을 통하여 강재-콘크리트 합성 프레임 구조물의 성능을 조사하였다. 본 연구의 혁신적인 측면은 강재 보와 CFT 기둥의 연결부 사용과 저탄소강과 형상 기억 합금 구성요소의 조합을 활용하는데 있다. 이러한 새로운 연결부의 목적은 지진 후 건물의 손상과 잔류 흐름을 줄이기 위해 고탄성 형상기억합금인장부에서 발생하는 교정 작용과 저탄소강의 우수한 에너지 분산 능력을 활용하는 것이다. 연결부의 핀, 전체적인고정 또는 부분 구속으로 모델링을 할 수 없기 때문에 이러한 구조물들의 해석과 설계는 복잡하여 PR-CFT 연결부의 전체적인 거동을 알기 위한 수치해석을 위해 정교한 3차원 솔리드 요소로 구성된 유한해석 모델을 개발하였다. 이러한 유한요소 해석으로 얻은 결과를 바탕으로 스프링 요소를 이용하여 간단한 연결부 모델링을 공식화 시켰다. 반복 하중을 가하여 전체 프레임 구조물의 거동을 확인하였고 3D 유한요소 해석을 통하여 단순 거동을 비교하였다. This study investigates the performance of composite (steel-concrete) frame structures through numerical experiments on individual connections. The innovative aspects of this research are in the use of connections between steel beams and concrete-filled tube (CFT)columns that utilize a combination of low-carbon steel and shape memory alloy (SMA) components. In these new connections, the intent is to utilize the recentering provided by super-elastic shape memory alloy tension bars to reduce building damage and residual drift after a major earthquake. The low-carbon steel components provide excellent energy dissipation. The analysis and design of these structures is complicated because the connections cannot be modeled as being simply pins or full fixity ones they are partial restraint (PR). A refined finite element (FE) model with sophisticated three dimensional (3D) solid elements was developed to conduct numerical experiments on PR-CFT joints to obtain the global behavior of the connection. Based on behavioral information obtained from these FE tests, simplified connection models were formulated by using joint elements with spring components. The behavior of entire frames under cyclic loads was conducted and compared with the monotonic behavior obtained from the 3D FE simulations. Good agreement was found between the simple and sophisticated models, verifying the robustness of the approach.
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