계층적 B-스플라인을 이용한 스플라인 유한요소법의 국부 세분화에 관한 연구

하주환(Zoo-Hwan Hah),김현중(Hyun-Jung Kim),윤성기(Sung-Kie Youn) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.8

본 연구에서는 NURBS 의 국부 세분화 방법 중 하나인 계층적 B-스플라인을 이용해 스플라인 유한요소법의 국부 세분화를 수행하는 방법을 제안한다. 세분화가 필요한 영역에 전역 격자로부터 계층적으로 생성된 국소 격자를 중첩시켜 국부 세분화를 수행한다. 국소 격자의 매듭 벡터와 제어점은 전역 격자로부터 추출된 후 세분화 되는 과정을 거친다. 생성된 국소 격자에 적절한 연속성 조건을 부여 함으로써 전역 격자와 국소 격자의 연속성을 유지 한다. 제안된 방법을 이용해 수치 예제의 해석을 수행하였다. 이를 통해 기존 NURBS 기반 스플라인 유한요소법에 비해 제안된 방법의 효율성을 검증하였다. A new local refinement scheme for spline finite element method has been proposed; this scheme involves the use of hierarchical B-spline. NURBS has been widely used in CAD; however, the local refinement of NURBS is difficult due to its tensor-product property. In this study, we attempted to use hierarchical B-splines as local refinement strategy in spline FEM. The regions of high gradients are overlapped by hierarchically-created local meshes. Knot vectors and control points in local meshes are extracted from global meshes, and they are refined using specific schemes. Proper compatibility conditions are imposed between global and local meshes. The effectiveness of the proposed method is verified on the basis of numerical results. Further, it is shown that by using a proposed local refinement scheme, the accuracy of the solution can be improved and it could be higher than that of the solution of a conventional spline FEM with relatively lower degrees of freedom.

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.

인공신경망을 활용한 박스 구조물 부재력의 최적 예측 모델 개발

신서연,윤누리,박건,홍기남 대한토목학회 2025 대한토목학회논문집 Vol.45 No.3

토목공사에서 박스 구조물은 고대부터 현대에 이르기까지 다양한 토목 구조물의 건설에 널리 사용되어 왔으며, 향후 그 사용이 더욱 증가하고 대형화될 것으로 예상된다. 현재 박스 구조물의 안전성을 확인하기 위해 널리 사용되는 해석기법인 유한요소법(Finite Element Method, FEM)은 정밀한 해석을 제공하는 유용한 도구이나, 복잡한 모델링과 해석 과정으로 인해 많은 시간과 노력이 소요되며, 대규모 구조물의 경우 해석 시간이 길어져 설계 및 검토 과정이 비효율적일 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 박스 구조물의 상시 해석 및 지진 해석을 유한요소법을 사용하여 수행하고, 이를 통해 얻어진 해석 결과를 바탕으로 딥러닝 모델을 구축하여 구조물의 부재력을 예측하고자 하였다. 이를 위해 MIDAS 소프트웨어를 사용하여 총 600개의 수치모델을 생성하였으며, 예측 성능은 MSE, MAE, R2 등의 지표로 평가하였다. 결과는 정적 하중 조건에서의 예측이 지진 하중 조건보다 우수함을 보여주며, 이는 복잡한 동적 응답의 영향을 반영한 것으로 판단된다. 본 연구는 딥러닝 기술이 구조 해석 분야에서 유한요소법을 보완할 수 있는 가능성을 제시하였으며, 향후 구조물의 안전성 평가 및 설계 과정에서의 효율성을 높이는 데 기여할 수 있을 것으로 판단된다. Box-type structures have been widely employed in civil engineering from ancient times to the present, serving essential roles in the construction of various infrastructure systems such as water supply and drainage, urban gas lines, electricity and telecommunications, highways, and railways. Their usage is expected to increase further in both frequency and scale. Currently, the FEM is the predominant analytical technique used to evaluate the safety of these structures. While FEM offers precise and reliable results, it often demands considerable time and effort due to the complexity of modeling and simulation, particularly when applied to large-scale structures. This can lead to inefficiencies in the design and review process. To address these limitations, this study performed both static and seismic analyses of box structures using FEM, and subsequently utilized the resulting data to train a deep learning model aimed at predicting structural member forces. A total of 600 numerical models were developed using MIDAS software. The predictive performance of the deep learning model was assessed using metrics such as Mean Squared Error (MSE), Mean Absolute Error (MAE), and the coefficient of determination (R2). The results indicated that the model's performance under static loading conditions was superior to that under seismic conditions, which may be attributed to the complexity introduced by dynamic responses. This study highlights the potential of deep learning as a complementary approach to traditional FEM-based structural analysis. The proposed methodology offers a promising avenue for enhancing the efficiency of structural safety assessments and design processes in future engineering applications.

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 이용한 네오디움 영구자석의 코어 설계

허관도(Kwan-Do Hur),예상돈(Sang-Don Ye) 한국기계가공학회 2014 한국기계가공학회지 Vol.13 No.5

Permanent magnets have recently been considered as device that can be used to control the behavior of mechanical systems. Neodymium magnets, a type of permanent magnet, have been used in numerous mechanical devices. These are permanent magnets made from an alloy of neodymium, iron, and boron to form the Nd2Fe14B tetragonal crystalline structure. The magnetic selection, magnet core design and mechanical errors of the magnetic component can affect the performance of the magnetic force. In this study, the coercive force, residual induction, and the dimensions of the design parameters of the magnet core are optimized. The design parameters of magnet core are defined as the gap between the magnet and the core, the upper contact radius, and the lower thickness of the core. The force exercised on a permanent magnet in a non-uniform field is dependent on the magnetization orientation of the magnet. Non-uniformity of the polarization direction of the magnetic has been assumed to be caused by the angular error in the polarization direction. The variation in the magnetic performance is considered according to the center distance, the tilt of the magnetic components, and the polarization direction. The finite element method is used to analyze the magnetic force of an optimized cylindrical magnet.

Preangulated TMA T-loop spring의 적용 위치 변화에 따른 견치의 초기 응력 분포에 대한 유한 요소법적 연구

김정민,차경석,이진우 대한치과교정학회 1999 대한치과교정학회지 Vol.29 No.5

본 연구는 상악 견치, 상악 제 2 소구치, 상악 제 1 대구치의 유한요소 모델을 제작하였고 0.018×0.025인치 Stainless steel wire를 고정원 강화를 위해 상악 제 2소구치와 제 1대구치에 위치시켰다. 0.017×0.025인치 T-loop spring의 전후방적 위치에 따른 응력 분포를 알아보기 위해 T-loop spring의 중간이 견치와 제 1대구치 거리의 중간에 위치하는 것과, 2mm전방에 위치하는 것, 2mm후방에 위치하는 것의 3가지 유한 요소모델을 제작하였다. 이 T-loop spring을 6mm 강제변위시켜 발생하는 힘을 각 치아에 적용시켰으며, 견치에서 발생하는 힘과 응력에 대하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 3가지 형태 모두에서 유사한 크기의 후방견인력을 보였다. 2. 3가지 형태 모두에서 유사한 크기와 비슷한 형태의 응력 분포를 보였다. 3. 3가지 형태 모두에서 회전 중심은 치근단 2/3부분에 보였다. 4. 2mm 전방 위치된 T-loop spring과 2mm 후방 위치된 T-loop spring에 각각 함입력과 정출력을 보이지만 그 크기가 작아서 응력 양상에 영향을 주지 못한다. The purpose of this study was to find the difference of stress distribution on canine altered by the application point of preangulated T-loop spring. For this study, the finite element models of upper left canine, upper left second premolar and upper left first molar were made. Also, the finite element models of 0.017×0.025 inch preangulated, preactivated T-loop spring and 0.018×0.025 inch stainless steel wire were made. Three types of T-loop spring were made : the middle of activated T-loop is positioned in accordance with the middle position of instance of bracket position of both the canine and first molar, 2mm anterior, 2mm posterior. We compared the forces and the distribution of stress that were generated by difference of position of T-loop spring. The results were as follows. 1. All of the 3 types of T-loop spring showed the similar retraction forces. 2. All showed the similar amount & pattern of stress distribution. 3. The centers of rotation of canine in 3 types of T-loop spring were same and were positioned between C and D plane. 4. The canine showed the intrusive force by 2mm anterior positioned T-loop spring, but the extrusive force by 2mm posterior positioned T-loop spring. Neverthless, because of the small amount of the forces, the effect of vertical force was not significant.

유한요소법을 이용한 원통체의 점탄성 응력 해석

박승진 한국재난정보학회 2019 한국재난정보학회 논문집 Vol.15 No.2

연구목적: 본 논문에서 접착제로 접착된 원통형 랩 접합부는 피착체가 탄성이고, 접착제가 선형 점탄성 이라고 가정한다. 연구방법: 피착제의 응력 분포는 유한요소법을 사용하며, 4개의 아이소파라메터 점 탄성 고체 접착제를 통해 피착제에 대한 해석결과를 검증한다. 연구결과: 접착층에서의 시간에 대한 응 력분포와 피착제의 두께와 탄성율이 규격화에 미치는 응력의 영향을 검토한다. 결론: 본 연구는 접착제 층의 점탄성을 고려한 랩접착된 원통체의 접착제층의 응력분포에 대해서 4요소 탄성체 모델을 사용하 여 수치해석을 하였다. Purpose: In this paper adhesive-bonded cylindrical lap joints are analyzed by assuming that the adherends are elastic and the adhesive is linearly viscoelastic. Method: The distribution of the stresses in the adhensive is evaluated using the Finite Element Method. Nuverical examples for identical and different adherends bonded through a four parameter viscoelastic solid adhesive are illustrated. Results: The stress distribution in the adhesive layer with respect to time is shown. The stress distribution in the adhesive layer with respect to time is shown. The results are also shown that adherend thickness and elastic modulus give effect on the normalized stress. Conclusion: In this study, the stress distribution of the adhesive layer of the wrapped cylindrical body considering the viscoelasticity of the adhesive layer was numerically analyzed by using a four - element elastomer model.

유한요소법과 반응표면법을 이용한 250 ㎾급 견인 유도전동기 최적설계

이중호(Jung Ho Lee),윤태원(Tae Won Yun) 한국자기학회 2010 한국자기학회지 Vol.20 No.6

This paper deals with the optimum design criteria for the premium efficiency of 250 ㎾ traction induction motor, using response surface methodology (RSM) and finite element method (FEM). The focus of this paper is found firstly a design solution through the comparison of torque according to rotor bar shape, rotor dimensions variations. And secondly a mixed resolution with central composite design (CCD) is introduced and analysis of variance (ANOVA) is conducted to determine the significance of the fitted regression model. The proposed procedure allows to be optimized the rotor copper bar shape, rotor slot, rotor dimensions starting from an existing motor or a preliminary design.

유한요소법을 이용한 자성유체의 거동예측을 위한 수치적 모델링

서재형(Jae-Hyeong Seo),이무연(Moo-Yeon Lee),서이수(Lee-Soo Seo) 한국자기학회 2013 한국자기학회지 Vol.23 No.1

The objective of this study is numerically analyzed the behavior characteristics of the magnetic fluid in a closed rectangular container using finite element method (FEM). The governing equations are solved with magnetization and Maxwell equations for consideration of rotating effect of the magnetite particle. Then the discretized equations are solved with boundary conditions of the velocity and temperature. The developed model is validated with the results of Davis (1983) and Fusegi et al. (1991) has a good agreement within 5.5 % and 2.7 %, respectively.

유한요소법을 이용한 유체 연성 구조물의 진동 해석

유계형(Gye-Hyoung Yoo),정경훈(Kyeong-Hoon Jeong),이성철(Seong-Cheol Lee) 대한기계학회 2001 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2001 No.9

In order to investigate the vibration characteristics of fluid-structure interaction problem, we modeled two identical rectangular plates coupled with bounded fluid. The fixed boundary condition along the plate edges and an ideal fluid were assumed. A commercial computer code, ANSYS was used to perform finite element analysis and FEM solutions were compared with the experimental results to modify the finite element model. As a result, comparison of FEM and experiment showed good agreement, and the transverse vibration modes, in-phase and out of-phase, were observed alternately in the fluid-coupled system. The effects of distance between two rectangular plates on the fluid-coupled natural frequency were investigated. And it was found that the normalized natural frequency of the fluid-coupled system monotonically increased with an increase in the number of modes.