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학위논문 상세정보

정적하중 및 동적하중을 받는 3차원 반강접 강뼈대 구조물의 고등해석 원문보기

  • 저자

    NGUYEN PHU CUONG

  • 학위수여기관

    세종대학교 대학원

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    건설환경공학 구조공학

  • 지도교수

    김승억

  • 발행년도

    2014

  • 총페이지

    xiii, 190 p.

  • 키워드

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T13541150&outLink=K  

  • 초록

    이 논문은 극한강도와 정적 및 동적 하중을 받는 비선형 빔-기둥 결합에 강뼈대 구조물의 거동을 정확하고 효율적으로 포착할 수 있는 세가지 다양한 고등해석방법을 제시한다. 이 프로그램에 적용된 3가지 비선형 요소는: (1)재료 비선형; (2)기하학적 비선형; 그리고 (3)접합 비선형 요소이다. 3 종류의 재료 및 기하학적 비선형을 고려한 비선형 보-기둥 요소는 두 비선형 구조 분석 프로그램으로 구분된다: (1) 비선형 구조 해석 프로그램 (NSAP) - 2-D 소성영역 유한 요소; (2) 실제 고급 분석 프로그램 (PAAP) - 3-D 개선소성힌지요소와 3-D 소성섬유요소. 제안된 프로그램에 의해 분석한 강뼈대 구조는 3가지 종류가 있다: (1) 강접 프레임-빔-기둥 연결들은 완전히 강성; (2) 선형 반강접 프레임–빔-기둥 연결은 일정한 강성을 갖는다. 그리고 (3) 비선형 반강접 프레임–빔-기둥 연결은 연속적으로 변할 수 있는 강성이다. 세가지 종류의 해석이 수행될 수 있다. (1) 비선형비탄성 정적해석; (2) 비선형탄성 및 비탄성 시간 이력 해석; 그리고 (3) 자유 진동 분석. 감쇠의 세가지 주요 요소는 제안된 프로그램에 반영된다: (1) 비탄성 재료의 시간이력 감쇠; (2) 레일리 감쇠를 이용한 구조적 점성감쇠; (3) 비선형 보-기둥 연결에 의한 시간이력 감쇠. 첫 번째 방법- 제안된 프로그램 NSAP을 사용하여 동적 및 지진 하중을 받는 보-기중 접합부에서 평면의 강뼈대 구조물의 비선형비탄성해석을 활용한 변위기반의 유한요소기법이 개발되었다. 기하학적 비선형효과, 굴복효과, 재료의 점진적인 항복, 그리고 비선형 접합의 유연성을 직접적으로 고려한 부분적인 변형경화, 탄소성 보-기둥 요소가 제안되었다. 선형 및 Hermite 보간 함수를 사용하여 포착된 기하학적 비선형성의 부재는 여러 하위 요소로 구분된다. 소성의 확산은 하위 요소 단면의 각 섬유의 단축 응력-변형율 관계를 통하여 결정된다. 비선형 결합은 비선형 보-기둥 요소의 접선 강성행렬을 수정하여 무길이 회전 스프링에 의해 시뮬레이션 된다. Newmark 수치적분방법 및 Newton-Raphson 평형 반복 알고리즘의 조합에 따라 수치해석 방법은 운동의 미분방정식을 해결하기 위해 제안된다. 제안된 프로그램에 의해 예측된 비선형 동적 거동은 상용 유한요소 소프트웨어 ABAQUS와 이전의 연구와 비교하였다. 두 번째 및 세 번째 접근방법- 재료 비선형 개선 소성힌지 모델 (개선 소성힌지요소-RPH)나 가소성모델(소성섬유요소-PF)의 확산이 포착되는 동안 실질적인 고급 분석을 위해 제안된 프로그램 PAAP을 사용하여, 축력 및 굽힘 모멘트는 사이의 상호 작용에 기인한 기하학적 비선형성은 안정성 함수에 의하여 고려되어 진다. 안정함수와 개선 소성힌지모델의 이점은 하나 또는 두개의 요소를 모델링 함으로써 비선형성의 효과를 포착 할 수 있고, 형상함수를 사용한 유한요소법에 비해 높은 계산 효율을 갖는다. 일부의 경우, 높은 정밀도의 레벨을 구하는 것이 필요하고, 또한 점진적 소성화 모델을 사용해야 부재의 더 많은 정보를 줄 수 있다. 정확하게 점진적 소성화 효과를 관찰하려면, 부재는 부재의 길이와 단면의 섬유를 따라 통합지점을 통하여 관찰된다. 반강접 연결의 비선형 거동을 고려하기 위해서 세가지 변환 스프링과 세가지 회전 스프링 공간의 연결 요소가 보에 보-기둥 연결부위를 시뮬레이션 하기 위해 개발되고 있다. 이 논문에서는 비선형정적 평형방정식을 풀기 위하여 일반적인 수치 안정성과 효율성 때문에 수정된 Newton-Raphson방법 및 일반화된 변위제어방법이 사용된다. 일반화된 변위제어 방법은 여러 한계점과 회복점을 비선형 현상의 평형경로를 정확하게 추적 할 수 있다. 수정된 Newton-Raphson방법은 동적 해석과정이 실행되지 전에 완전히 정적 하중을 부가하기 위하여 사용된다. 점진적 반복적인 해법 알고리즘은 Hilber-Hughes-Taylor방법이나 Newton-Raphson평형방정식인 Newmark 직접 적분법은 운동방정식을 해결하기 위해 사용된다. 두 컴퓨터 프로그램이 개발되었다 : (1) 비선형 구조 해석 프로그램 (NSAP) - C++ 프로그래밍 언어로 작성된; (2) 실제적인 고급 분석 프로그램 (PAAP) - FORTRAN 77 프로그래밍 언어로 작성된. ABAQUS 및 SAP2000의 상용 유한 요소 해석 패키지 및 문헌에서 사용할 수 있는 다른 결과에 의해 생성 된 것과 예측 결과를 비교하여 정확성과 계산의 효율성을 위해 확인된다. 몇 가지 수치 예제를 통해, 비용과 시간이 많이 소요되는 상용 소프트웨어를 사용하는 대신에 제안된 프로그램 (PAAP)는 매일 연습 설계를 위한 안정적이고 효율적인 도구로 증명되었다.


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