복합재료 그물형 공간 트러스의 점탄성적 비선형 해석

한성천,장석윤,Han, Sung Cheon,Chang, Suk Yoon 한국강구조학회 2001 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.13 No.6

본 연구는 Arc-length method를 이용한 복합재료 공간 구조물의 대변형 거동의 관찰에 관한 것이다. 비선형 평형경로의 각각의 하중단계에서 자동적으로 Arc-length 크기를 변화시켜 하중-변위 관계곡선을 추적할 수 있도록 하였다. 복합재료 공간 트러스의 점탄성 해석은 quasi-elastic 방법을 사용해 탄성해를 구하였다. Micro Mechanical Materials Modeling 방법을 사용하여 탄성계수를 결정하였고 하중조합에 따른 비선형 하중-변위 곡선을 추적하였다. 본 연구의 효과를 검증하기 위하여 그물형 공간 트러스를 다른 방법의 결과들과 비교하였다. The present study is concerned with the arc-length method in the investigation of the large deflection behavior of spatial structures with composite materials. This study should be able to trace the main equilibrium path by automatically varying the arc-length size of individual solution steps with the variation of the curvature of the nonlinear equilibrium path. A quasi-elastic method is used for the solution for viscoelastic analysis of the reticulated spatial structures. Elastic modulus of composite materials is defined by micro mechanical materials modeling method and nonlinear equilibrium path is traced with various load types. To demonstrate the effectiveness of the present strategies, numerical examples of reticulated spatial truss is given and compared with solutions using other methods.

비국소 탄성이론을 이용한 자기-전기-탄성 나노 판의 2방향 좌굴 해석

한성천,박원태,Han, Sung-Cheon,Park, Weon-Tae 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol.30 No.5

본 연구에서는 1차 전단변형이론을 고려한 비국소 자기-전기-탄성 나노 판의 2방향 좌굴해석에 관하여 연구하였다. 면내 전기-자기-탄성 나노 판에서 전기장과 자기장은 무시할 수 있다. 자기-전기 경계조건과 맥스웰 방정식에 따라 전기-자기-탄성 나노 판의 두께 방향에 따른 자위 및 전위의 변화가 결정된다. 자기-전기-탄성 나노 판의 탄성이론을 재 공식화하기 위하여 에링겐의 비국소 미분 구성 관계식을 사용하였다. 변분이론을 이용하여 비국소 탄성이론의 지배방정식을 연구하였다. 비국소 이론과 국소 이론의 관계를 계산 결과를 통하여 분석하였다. 또한, 비국소 매개변수, 면내 하중 방향 그리고 형상비에 따른 구조적 응답을 연구하였다. 계산 결과들은 전위 및 자위의 효과를 나타내었다. 이러한 계산 결과들은 자기-전기-탄성 재료로 구성된 신소재 구조물의 설계 및 해석에 사용될 수 있고 향후 연구의 비교자료가 될 수 있을 것으로 판단된다. In this paper, we study the biaxial buckling analysis of nonlocal MEE(magneto-electro-elastic) nano plates based on the first-order shear deformation theory. The in-plane electric and magnetic fields can be ignored for MEE(magneto-electro-elastic) nano plates. According to magneto-electric boundary condition and Maxwell equation, the variation of magnetic and electric potentials along the thickness direction of the MME plate is determined. In order to reformulate the elastic theory of MEE(magneto-electro-elastic) nano-plate, the nonlocal differential constitutive relations of Eringen is used. Using the variational principle, the governing equations of the nonlocal theory are discussed. The relations between nonlocal and local theories are investigated by computational results. Also, the effects of nonlocal parameters, in-plane load directions, and aspect ratio on structural responses are studied. Computational results show the effects of the electric and magnetic potentials. These computational results can be useful in the design and analysis of advanced structures constructed from MEE(magneto-electro-elastic) materials and may be the benchmark test for the future study.

Two-parameter 탄성지반위에 놓인 고차전단변형 적층판의 해석

한성천,장석윤,Han, Sung-Cheon,Jang, Suk-Yoon 한국강구조학회 2001 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.13 No.1

본 연구의 주된 목적은 전단 층을 갖는 two-parameter 탄성지반 위에 놓인 복합적층판의 처짐에 관한 규명이다. 본 논문은 탄성지반에 놓인 비등방성 구조의 변형거동과 2중 조화함수를 이용한 3차 전단변형이론의 확장에 초점을 두고 있다. 유도된 식들을 검증하기 위해 Timoshenko의 탄성지반 위에 놓인 단순지지 된 등방성판과 LUSAS 프로그램에 의한 이방성판의 처짐과 비교하였으며 본 연구의 결과들은 등방성판과 이방성판의 결과와 매우 정확히 일치함을 알 수 있었다. 처짐에 관한 수치해석결과들은 폭-두께 비, 형상 비 재료 비등방성과 전단지반계수 등에 따른 효과를 보여준다. The main purpose of this paper is to present deflections of laminated composite plates on the two-parameter foundations. that is an elastic foundation with shear layer. This paper focuses on the deformation behaviour of anisotropic structures on elastic foundations. The third-order shear deformation theory is applied by using the double-fourier series. To validate the derived equations the obtained displacements for simply supported isotropic and orthotropic plates on elastic foundations are compared with those of Timoshenko and LUSAS program. The results show an excellent agreement for the isotropic and LUSAS program. The results show an excellent agreement for the isotropic and orthotropic plates on the elastic foundations. Numerical results for displacements are presented to show the effects of side-to-thickness ratio aspect ratio, material anisotropy and shear modulus of foundations.

점진기능재료(FGM) 판과 쉘의 비선형 해석

한성천,이창수,김기동,박원태,Han,Sung-Cheon,Lee,Chang-Soo,Kim,Gi-Dong,Park,Weon-Tae 한국방재학회 2007 한국방재학회논문집 Vol.7 No.5

Navier 해 및 유한요소 해를 두께 방향으로 재료의 성질이 변하는 점진기능재료 판 및 쉘의 해석을 위해 제시하였다. 판과 쉘의 두께를 따라 완만하게 변하는 등방성 구조물의 두께방향에 따른 역학적 특성을 고려하기 위하여 S 형상 함수를 적용한 점진기능재료를 고려하였다. 비선형 9 절점 요소기저 Lagrangian 쉘 요소의 정식화를 기하학적 비선형 해석을 위해 제시하였다. 자연 좌표계에 의한 변형률이 본 연구의 쉘요소에 사용된다. 1차 전단변형이론에 의한 수치 해석 예제로 상면과 하면의 탄성 계수의 변화, 하중조건, 형상 비 그리고 폭-두께 비에 따른 역학적 거동을 연구하였다. 또한 거듭제곱 매개 변수의 변화에 따른 점진기능재료 구조물의 결과들을 조사하였다. Navier`s and Finite element solutions based on the first-order shear deformation theory are presented for the analysis of through-thickness functionally graded plates and shells. The functionally graded materials are considered: a sigmoid function is utilized for the mechanical properties through the thickness of the isotropic structure which varies smoothly through the plate and shell thickness. The formulation of a nonlinear 9-node Element-based Lagrangian shell element is presented for the geometrically nonlinear analysis. Natural-coordinate-based strains are used in present shell element. Numerical results of the linear and nonlinear analysis are presented to show the effect of the different top/bottom elastic modulus, loading conditions, aspect ratios and side-to-thickness ratios on the mechanical behaviors. Besides, the result according to the variation of the power-law index of isotropic functionally graded structures is investigated.

활절로 지지된 원통형 적층복합쉘의 기하학적 비선형 해석

한성천 ( Sung Cheon Han ) 한국복합신소재구조학회 2012 복합신소재학회논문집 Vol.3 No.2

In the present study, an Element-Based Lagrangian Formulation for the nonlinear analysis of shell structures is presented. The strains, stresses and constitutive equations based on the natural co-ordinate have been used throughout the Element-Based Lagrangian Formulation of the present shell element which offers an advantage of easy implementation compared with the traditional Lagrangian Formulation. The Element-Based Lagrangian Formulation of a 9-node resultant- stress shell element is presented for the anisotropic composite material. The element is free of both membrane and shear locking behavior by using the assumed natural strain method such that the element performs very well in thin shell problems. The arc-length control method is used to trace complex equilibrium paths in thin shell applications. Numerical examples for laminated composite curved shells presented herein clearly show the validity of the present approach and the accuracy of the developed shell element.

강성 저하된 적층복합판의 비선형 해석

한성천(Han, Sung-Cheon),박원태(Park Weon-Tae),이원홍(Lee, Won-Hong) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.7

본 연구에서는 매트릭스가 손상된 적층복합판의 비선형 거동을 분석하기 위한 일차전단변형이론에 기초한 유한요소 정식을 유도하였다. Duan and Yao가 제안한 Matrix 균열의 강성 치환 방법을 적용하여 다방향 강성저하식 을 구성하였다. 발생된 Matrix 균열은 탄성계수, 전단탄성계수 및 프아송비의 변화로 표현할 수 있으며, 이를 이용하 여 판의 국부 강성 변화를 예측할 수 있다. 가정된 자연변형률 방법을 적용한 쉘요소를 이용하여 면내 및 전단잠김 현상이 발생하지 않았다. 적층복합판의 선형해석은 물론 비선형 해석결과들은 참고문헌의 결과들에 수렴되었다. 매트 릭스가 손상된 적층복합판의 해석 결과들은 향후 연구에 비교자료로 활용될 수 있을 것이다. In this study, a finite element formulation based first-order shear deformation theory is developed for non-linear behaviors of laminated composite plates containing matrix cracking. The multi-directional stiffness degradation is developed for adopting the stiffness variation induced from matrix cracking, which is proposed by Duan and Yao. The matrix cracking can be expressed in terms of the variation of material properties, such as Young's modulus, shear modulus and Possion ratio of plates, and sequently it is possible to predict the variation of the local stiffness. Using the assumed natural strain method, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior. Numerical examples demonstrate that the present element behaves quite satisfactorily either for the linear or geometrical nonlinear analysis of laminated composite plates. The results of laminated composite plates with matrix cracking may be the benchmark test for the non-linear analysis of damaged laminated composite plates.

3차원 고차이론을 이용한 역대칭 앵글-플라이 복합재료 적층판의 동적거동

한성천(Han Sung Cheon),천경식(Chun Kyoung Sik),최회권(Choi Hoi Kwon),장석윤(Chang Suk Yoon) 대한토목학회 2003 대한토목학회논문집 A Vol.23 No.4A

수정된 Arc-length 방법을 이용한 복합재료 Lamella 돔의 점탄성적 비선형 해석

한성천(Han Sung-Cheon),장석윤(Chang Suk-Yoon) 대한토목학회 2002 대한토목학회논문집 A Vol.22 No.2A

탄성지반위에 놓인 비국소 자기-전기-탄성 나노 판의 구조안정해석

한성천(Sung-Cheon Han ),박원태(Weon-Tae Park) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.9

본 논문은 탄성지반위에 놓인 비국소 자기-전기-탄성 나노 판의 구조안정에 관하여 1차 전단변형이론을 이용하여 분석하였다. 4변이 단순지지된 자기-전기-탄성 나노 판의 좌굴하중을 구하기 위하여 Navier 방법을 적용하였다. 기존의 연구들에서는 2방향 좌굴해석은 거의 연구되지 않았다. Maxwell 방정식과 자기-전기 경계조건에 따라 자기-전기-탄성 나노 판의 두께 방향에 따른 자위 및 전위의 변화가 결정된다. 자기-전기-탄성 나노 판의 탄성이론을 재 공식화하기 위하여 Eringen의 비국소 미분 구성 관계식을 사용하였고 변분이론을 이용하여 비국소 탄성이론의 지배방정식을 연구하였다. 탄성지반의 효과는 Pasternak의 가정을 적용하였다. 비국소 이론과 국소 이론의 관계를 계산 결과를 통하여 분석하였다. 또한, 전위 및 자위의 크기, 비국소 매개변수, 탄성지반 매개변수 그리고 폭-두께 비에 따른 구조적 안정문제를 연구하였다. 분석 결과들은 전위 및 자위의 효과를 나타내었다. 이러한 계산 결과들은 자기-전기-탄성 재료로 구성된 신소재 구조물에 관한 향후 연구의 비교자료가 될 수 있을 것이다. This study examined the structural stability of nonlocal magneto-electro-elastic nano plates on elastic foundations using first-order shear deformation theory. Navier"s method has been used to solve the buckling loads for all edges simply supported boundary conditions. On the other hand, biaxial buckling analysis of nano-plates has beenrarely studied. According to the Maxwell equation and the magneto-electro boundary condition, the change inthe magnetic and electric potential along the thickness direction of the magneto-electro-elastic nano plate wasdetermined. To reformulate the elasticity theory of the magneto- electro-elastic nano plate, the differential constitutive equation of Eringen was used and the governing equation of the nonlocal elasticity theory was studied using variational theory. The effects of the elastic foundation arebased on Pasternak"s assumption. The relationship between nonlocal theory and local theory was analyzed through calculation results. In addition, structural stability problems were investigated according to the electric and magnetic potentials, nonlocal parameters, elastic foundation parameters, and side-to-thickness ratio. The results of the analysis revealedthe effects of the magnetic and electric potential. These calculations can be used to compare future research on new material structures made of magneto-electro-elastic materials.

개선된 고차이론을 이용한 복합재료 적층구조물의 탄성 및 점탄성적 휨, 진동해석

한성천(Sung Cheon Han),유용민(Yong Min Yoo),박대용(Dae Yong Park),장석윤(Suk Yoon Chang) 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.1

To obtain more accurate responses of laminated composite structures, the effect of transverse shear deformation, transverse normal strain/stress and a nonlinear variation of in-plane displacement with respect to the thickness coordinate need to be considered in the analysis. The improved higher-order theory is used to determine the deflections and natural frequencies of laminated composite structures. A quasi-elastic method is used for the solution of viscoelastic analysis of the laminated composite plates and sandwiches. Solutions of simply-supported laminated composite plates and sandwiches are obtained and the results are compared with those the 3D elasticity theory and other theories. The improved theory proposed in this paper is shown to predict deflections and natural frequencies more accurately than all other theories.