A 4-node Shell Element with Enhanced Assumed Strain and Assumed Natural Strain

송삭(Songsak),사차락(Sacharuck),김영회(Kim Young Hoe),김기두(Kim Ki Du) 대한토목학회 2006 대한토목학회 학술대회 Vol.2006 No.10

The formulation of a nonlinear shell element is presented for the solution of problems of plates and shells. The membrane and shear behavior of the present element was improved by using enhanced assumed strain (EAS) and assumed natural strain method (ANS) such that the element performs very well in thin shell problems. The numerical examples show very good agreement with the references.

Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete Structure Using an Eight-Node Solid Shell Element

송삭(Suthasupradit Songsak),김영회(Kim Young-Hoe),사차락 (Pornpeerakeat Sacharuck),김기두(Kim Ki-Du) 대한토목학회 2007 대한토목학회 학술대회 Vol.2007 No.10

A nonlinear Co-rotational Quasi-Conforming 4-node Shell Element Using Ivanov-Ilyushin Yield Criteria

파노트 송삭 프라민,김기두,Panot, Songsak Pramin,Kim, Ki Du Korean Society of Steel Construction 2008 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.20 No.3

율리신-이바노브 항복 조건을 이용하여 4절점 순수변위 준적합 쉘요소의 정식화를 제안하였다. 기하강성 행렬은 그린 변형률 텐서를 이용하여 휨변형률 및 전단변형률도 기하강성행렬에 고려되었다. 그 결과 접선강성행렬의 해석적인 적분으로 비선형 해석시 매우 효율적으로 계산이 되고 있다. 이 정식은 변형률 경화의 이바노브-유리신 항복조건을 이용하여 재료 비선형 해석시에도 쉽게 적분이 된다. 즉 두께 방향의 적층 적분을 하지 않는 율리신-이바노브의 정식은 대규모의 쉘 구조에도 계산상 아주 적합하다. 검증된 수치 예제에서 만족스러운 결과를 보여주고 있다. A co-rotational quasi-conforming formulation of four- node stress resultant shell elements using Ivanov-Ilyushin yield criteria are presented for the nonlinear analysis of plate and shell structure. The formulation of the geometrical stiffness is defined by the full definition of the Green strain tensor and it is efficient for analyzing stability problems of moderately thick plates and shells as it incorporates the bending moment and transverse shear resultant force. As a result of the explicit integration of the tangent stiffness matrix, this formulation is computationally very efficient in incremental nonlinear analysis. This formulation also integrates the elasto-plastic material behaviour using Ivanov Ilyushin yield condition with isotropic strain hardening and its asocia ted flow rules. The Ivanov Ilyushin plasticity, which avoids multi-layer integration, is computationally efficient in large-scale modeling of elasto-plastic shell structures. The numerical examples herein illustrate a satisfactory concordance with test ed and published references.

PSC 교량의 3차원 시공 중 해석기법을 위한 가정된 변형률 쉘 요소 개발

김기두,송삭,황현진,박재균 한국구조물진단유지관리공학회 2010 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.14 No.3

PSC 박스 교량의 시공 중 거동 특성을 고려하기 위하여 뼈대 요소를 이용한 시공단계의 설계가 수행되고 있다. 그러나 PSC 박스 교량 중 곡선 램프교 등의 경우는 교량의 외측 및 내측의 변위 및 응력 값이 현저히 다르다. 따라서 PSC 박스 교량의 텐던량 및 시공 중 긴장력이 외측 및 내측에서 다르게 산정되어야 함에도 불구하고 현실적으로는 계산이 불가능하여 같은 양의 텐던과 부적절한 긴장력을 사용하고 있어 시공 중 항상 안전사고에 노출되고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 3차원 해석이 필수적으로 요구 되고 있으며 본 연구에서는 PSC 박스 교량의 해석 기법에 필요한 가정된 변형률 PSC 쉘 요소를 제안하고자 한다. 본 쉘요소에 사용된 콘크리트의 크리프 및 건조수축의 재료 모델은 ACI 코드를 사용하였으며, 이 모델을 이용하여 3차원 시공단계해석을 수행하고 그 결과를 뼈대 요소와 비교하였다. The frame element is commonly used for construction stage analysis PSC bridges. However, the frame element does not show sufficient information in the curved PSC box bridges. For the case of curved PSC bridges, the deformations in the inner and outer web are different. In this case, the different jacking forces are required in the inner and outer webs. And it is impossible to calculate different jacking forces in the inner and outer webs if we use the frame element for construction stage analysis. In order to overcome this problem, the use of shell element is essential for a three- dimensional construction stage analysis of PSC bridges. In the following, the formulation of an assumed strain shell element and its application of PSC box girder bridge analysis are presented.

XFINAS 계면요소와 고체요소를 이용한 콘크리트-강재 합성구조물의 비선형 거동해석

김기두,수타스트라디트 송삭,박종화,박재균,Kim, Ki-Du,Suthasupradit, Songsak,Park, Jong-Hwa,Park, Jae-Gyun 한국전산구조공학회 2010 한국전산구조공학회논문집 Vol.23 No.3

합성구조는 전체가 동일한 재료 특성을 가지는 구조와는 달리 서로 다른 특성 즉 강재와 콘크리트의 구조로 결합되어 있다. 따라서 실제 모델링 시 이러한 재료 특성을 반영하지 않으면 실제 거동을 예측할 수 없으므로 콘크리트와 강재 사이에 인터페이스 요소를 연결하여 강재와 콘크리트의 슬립을 예측할 수 있게 한다. 인터페이스 요소는 일반적으로 사용되는 구성방정식은 적합하지 않고 실제 부착 및 슬립을 고려한 비선형 구성 방정식을 사용하여야만 적절히 사용할 수 있다. 이 계면요소를 이용하여 판형 강재 박스와 콘크리트의 접촉면을 묘사하였다. 그리고 강재 박스의 휨-좌굴 거동을 묘사하기 위해서는 일반적인 8절점 적합 요소의 사용은 부적절하므로 판형 강재 박스는 보강 변형도(Enhanced Assumed Strain) 고체요소를 사용하여 휨거동을 묘사할 수 있게 하였다. Unlike the structure which has a homogeneous material property, a composite structure is coupled with materials which have different properties, namely, steel and concrete. At actual modeling, the real behavior cannot be predicted without consideration of those material characteristics. Therefore, by putting the interface element between concrete and steel, a slip of steel and concrete is made predictable. Interface element can be used properly not by an ordinary constitutive relation, but by a non-linear constitutive relation considering actual adhesion and slip. A contact surface between plate-shape steel box and concrete is described by using this interface element. Furthermore, because the general 8 node conforming element is inappropriate for describing a bending buckling behavior of steel box, the EAS(Enhanced Assumed Strain) solid-shell element is used to describe a bending behavior of plate-shape steel box.

PSC 교량의 3차원 시공 중 해석기법을 위한 준적합 쉘 요소 개발

김기두,변윤주,김현기,롬보이,송삭,김영회,Kim, Ki-Du,Byun, Yun-Joo,Kim, Hyun-Ky,Lomboy, Gilson R.,Suthasupradit, Songsak,Kim, Young-Hoe 한국전산구조공학회 2007 한국전산구조공학회논문집 Vol.20 No.3

PSC 박스 교량은 콘크리트, 철근과 텐던으로 구성된 구조물로서 콘크리트의 인장 균열, 철근의 비선형 거동 등 재료의 비선형성 거동 특성 및 콘크리트의 시간 의존적 특성을 가지고 있는 복합 구조물이다. PSC 박스 교량의 시공 중 거동 특성을 고려하기 위하여 뼈대 요소(프레임 요소)를 이용한 시공단계의 설계가 수행되고 있다. 그러나 PSC 박스 교량 중 곡선램프교 등의 경우는 교량의 외측 및 내측의 변위 및 응력 값이 현저히 다르다. 따라서 PSC 박스 교량의 텐던량 및 시공 중 긴장력이 외측 및 내측에서 다르게 산정되어야 함에도 불구하고 현실적으로는 계산이 불가능하여 같은 양의 텐던과 부적절한 긴장력을 사용하고 있어 시공 중 항상 안전사고에 노출되고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 3차원 해석이 필수적으로 요구되고 있으며 본 연구에서는 PSC 박스 교량의 해석 기법에 필요한 준 적합 쉘 요소를 제안하고자 한다. The PSC box bridge constructed of concrete, reinforcing bar and tendon is a complex structure that exhibits tension cracks, nonlinear behaviour of steel and time dependent behaviour of concrete. The frame element is commonly used for construction stage analysis PSC bridges. However, the frame element does not show sufficient information when in the curved PSC box bridges. For the case of curved PSC bridges, the deformations in the inner and outer web are different. In this case, different jacking forces are required in the inner and outer webs. However, it is impossible to calculate different jacking forces if we use the frame element for construction stage analysis. In order to overcome this problem, the use of the shell element is essential for a three-dimensional construction stage analysis of PSC bridges. In the following, the formulation of a Quasi-conforming shell element and its application of PSC box girder bridge analysis are presented.

콘크리트 해상풍력 석션 지지구조물의 선박 충돌 해석

김범준,Pasin Plodpradit,수타수프라딧 송삭,김현기,김기두 한국풍력에너지학회 2017 풍력에너지저널 Vol.8 No.2

A concrete offshore wind turbine structure supported with suction pile for a weak soil foundation wasproposed, and ship collision analysis was carried out to evaluate the concrete structure with a ship impact load. To take into account the effect of suction pile and soil on the structure, a lumped parameter model was usedto calculate the soil stiffness matrix. As the first step, a linear analysis of the structure was carried out for afeasibility assessment of the designed structure. A 5 MW wind turbine and the environmental conditions of thesouthwest coast of Korea were applied. In a quasi-static analysis, maximum displacements and stresses did notexceed the allowable values from the offshore standard, and it was determined that no resonance occurred ina natural frequency analysis. For the ship collision evaluation, a nonlinear dynamic algorithm of ship collisionwas performed using a nonlinear concrete material model. A ship impact–load time history curve was applied,and maximum displacement and principal stresses were calculated. The principal stresses were not exceeded inthe range of the concrete strength. Thus, damage to the concrete structure by ship collision was small, and ithas enough stability to be applied on the southwest coast of Korea. Consequently, it is expected that theproposed structure can be a good solution for offshore wind farms.

철도 차량 - 교량 상호작용에 의한 3차원 동적 해석 모델 개발

딘반위엔,김기두,심재수,최은수,송삭,Dinh, Van Nguyen,Kim, Ki Du,Shim, Jae Soo,Choi, Eun Soo,Songsak, Suthasupradit 한국강구조학회 2008 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.20 No.1

본 논문에는 KTX (Korean eXpres Train)을 위한 3차원 관절대차의 차량-교량 동적 상호작용의 해석모델의 공식이 제안되었다. 궤도틀림의 반주기적 파형이 FRA의 레일틀림 최대허용기준을 사용하여 제안되었고, 레일 이음매와 침목의 간격 또한 포함되었다. 궤도틀림은 수준, 구배, 수평 및 궤간틀림을 포함하고 있다. 결과적으로 나타나는 차량-교량 시스템 행렬은 매우 적은 요소를 포함하기 때문에 1차원의 배열에 저장할 수 있으며, 시간절약적인 해법을 창출한다. 반복기법을 포함하는 차량-교량 작용 계산의 수치적 알고리즘 또한 공식화하였으며, 차량-교량 상호작용을 모사하고 새로운 알고리즘에 의해서 이 문제를 풀기 위한 프로그램이 'XFINAS'라고 불리는 프로그램에 모듈로서 내포되었다. 새로운 프로그램에 의해서 계산된 결과가 검증된 2차원의 차량-교량 상호작용 모델의 결과에 의해서 검증되었다. 본 연구에서 제시한 3차원 해석은 차량의 보다 상세한 응답을 제공한다. 예를 들면, 회전운동-롤링, 요잉 및 피칭- 및 수평 및 수직운동에 대한 가속도를 제공할 수 있으며, 이러한 응답은 승객의 승차감 평가에 유용한 자료로 활용될 수 있다. 차량의 안정성과 차륜의 탈선 또한 본 프로그램에서 계산되는 차륜의 상대변위를 이용하여 직접적으로 계산이 가능하다. A formulation of three-dimensional model of articulated train-b ridge dynamic interaction has been made for the Korean eXpress Train (KTX). Semi-periodic profiles of rail irregularities consisting of elevation, alignment, cross and gauge irregularities have also been proposed using FRA maximum tolerable rail deviations. The effects of rail joints and sleeper step were also included. The resulting system matrices of train and bridge are very spare, and thus, are stored in one-dimensional arrays, yielding a time-efficient solution. A numerical algorithm for computing bridge-train response including an iterative scheme is also formulated. A program simulating train-bridge interaction and solving this problem using the new algorithm is implemented as new modules for the f inite element analysis software named XFINAS. Computed results using the new program are then checked by that of the validated 2-D bridge-train interaction model. This new 3D analysis provides more detailed train responses such as swaying, bouncing, rolling, pitching and yawing accelerations, which are useful inevaluating passenger riding comfort. Train operation safety and derailment could also be directly investigated by relative wheel displacements computed from this program.

보강변형률 8절점 솔리드-쉘요소의 선형 해석에 관한 연구

차재윤(Cha Jae Yoon),송삭(Songsak Suthasupradit),김범준(Kim Bum Jun),김기두(Kim Ki Du) 대한토목학회 2010 대한토목학회 학술대회 Vol.2010 No.10