• Title, Summary, Keyword: 비선형 동적해석

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Nonlinear Dynamic Analysis of RC Frames Based on Constitutive Models of Constituent Materials (재료의 구성모델에 따른 철근콘크리트 골조의 비선형 동적거동 특성 차이에 관한 연구)

  • Heo, YeongAe;Kang, Thomas H.K.
    • Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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    • v.17 no.4
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    • pp.1-8
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    • 2013
  • Constitutive modeling of constituent materials is very important for reinforced concrete (RC) frames. Cyclic constitutive behavior of unconfined concrete, confined concrete and reinforcing steel should be well defined in fiber-based discretization of RC sections. This study performs nonlinear dynamic analyses of RC frame structures to investigate the sensitivity of seismic behavior of such frames to different constitutive models of constituent materials. The study specifically attempts to examine confinement effects in concrete modeling and degrading effects in steel modeling, which substantially affects the monotonic, cyclic and seismic responses of RC members and frames. Based on the system level analysis, it is shown that the response of non-ductile frames is less sensitive to confined concrete models while the modeling of reinforcing steel is quite influential to the inelastic response of both non-ductile and ductile frames.

Determination of the Critical Buckling Loads of Shallow Arches Using Nonlinear Analysis of Motion (비선형 운동해석에 의한 낮은 아치의 동적 임계좌굴하중의 결정)

  • Kim, Yun Tae;Huh, Taik Nyung;Kim, Moon Kyum;Hwang, Hak Joo
    • Journal of The Korean Society of Civil Engineers
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    • v.12 no.2
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    • pp.43-54
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    • 1992
  • For shallow arches with large dynamic loading, linear analysis is no longer considered as practical and accurate. In this study, a method is presented for the dynamic analysis of shallow arches in which geometric nonlinearity must be considered. A program is developed for the analysis of the nonlinear dynamic behavior and for evaluation of critical buckling loads of shallow arches. Geometric nonlinearity is modeled using Lagrangian description of the motion. The finite element analysis procedure is used to solve the dynamic equation of motion and Newmark method is adopted in the approximation of time integration. A shallow arch subject to radial step loads is analyzed. The results are compared with those from other researches to verify the developed program. The behavior of arches is analyzed using the non-dimensional time, load, and shape parameters. It is shown that geometric nonlinearity should be considered in the analysis of shallow arches and probability of buckling failure is getting higher as arches are getting shallower. It is confirmed that arches with the same shape parameter have the same deflection ratio at the same time parameter when arches are loaded with the same parametric load. In addition, it is proved that buckling of arches with the same shape parameter occurs at the same load parameter. Circular arches, which are under a single or uniform normal load, are analyzed for comparison. A parabolic arch with radial step load is also analyzed. It is verified that the developed program is applicable for those problems.

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Seismic analysis of tunnel considering the strain-dependent shear modulus and damping ratio of a Jointed rock mass (절리암반의 변형률 의존적 전단탄성계수 및 감쇠비 특성을 고려한 터널의 내진 해석)

  • Song, Ki-Il;Jung, Sung-Hoon;Cho, Gye-Chun;Lee, Jeong-Hark
    • Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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    • v.12 no.4
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    • pp.295-306
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    • 2010
  • Contrary to an intact rock, the jointed rock mass shows strain-dependent deformation characteristics (elastic modulus and damping ratio). The maximum elastic modulus of a rock mass can be obtained from an elastic wave-based exploration in a small strain level and applied to seismic analyses. However, the assessment and application of the non-linear characteristics of rock masses in a small to medium strain level ($10^{-4}{\sim}0.5%$) have not been carried out yet. A non-linear dynamic analysis module is newly developed for FLAC3D to simulate strain-dependent shear modulus degradation and damping ratio amplification characteristics. The developed module is verified by analyzing the change of the Ricker wave propagation. Strain-dependent non-linear characteristics are obtained from disks of cored samples using a rock mass dynamic testing apparatus which can evaluate wave propagation characteristics in a jointed rock column. Using the experimental results and the developed non-linear dynamic module, seismic analyses are performed for the intersection of a shaft and an inclined tunnel. The numerical results show that vertical and horizontal displacements of non-linear analyses are larger than those of linear analyses. Also, non-linear analyses induce bigger bending compressive stresses acting on the lining. The bending compressive stress concentrates at the intersection part. The fundamental understanding of a strain-dependent jointed rock mass behavior is achieved in this study and the analytical procedure suggested can be effectively applied to field designs and analyses.

Nonlinear Aeroelastic Analyses of Composite Wing with Flap (플랩을 갖는 복합재 평판 날개의 비선형 공력 탄성학 해석)

  • Shin, Won-Ho;Bae, Jae-Sung;Lee, In
    • Composites Research
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    • v.20 no.1
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    • pp.8-14
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    • 2007
  • Nonlinear aeroelastic analyses of composite wing with flap are performed considering free-play and dynamic stiffness of actuator. Doublet-Hybrid method is used for the calculation of subsonic unsteady aerodynamic forces. Free-play is modeled as a bilinear spring and is linearized by using the describing function method. Dynamic stiffness is obtained from governing equation of gear system and the aeroelastic analyses were performed according to ply-angle of laminate and material. The linear and nonlinear flutter analysis results show that the flutter characteristics are significantly dependent on the free-play and dynamic stiffness. from the nonlinear flutter analysis, various types of limit cycle oscillations are observed in a range of air speeds below or above the linear divergent flutter boundary.

Aerodynamic Analysis of HAWTs in Yaw Conditions using Nonlinear Vortex Correction Method (비선형 와류 보정 기법을 이용한 풍력 블레이드의 요에러시 공력 해석)

  • Kim, Hogeon;Lee, Soogab
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.61.1-61.1
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    • 2011
  • 풍력 터빈은 복잡한 바람 조건에 노출되어 운용 되는 시스템으로서 경제성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 이러한 조건하에서 시스템에 작용하는 정확한 공력 하중 예측이 필요하다. 여러 조건 중에서도 요에러는 풍향이 수시로 바뀌기 때문에 피할 수 없는 비정상 유동 중에 하나이다. 본 연구에서는 이러한 요에러 발생시 공력 하중예측을 적절히 예측하기 위해서 와류 격자 기법을 기반으로 하는 비선형 와류 보정기법을 적용하였다. 비선형 와류 보정기법은 실속 이후의 공력 예측을 위해 기지의 공력 테이블을 이용하는 방법으로서 실속 이후의 공력 테이블 값의 양력과 와류 격자 기법에서의 양력 값이 일치하도록 순환(circulation)을 분포시키는 기법이다. 또한 요에러시에 발생할 수 있는 동적 실속을 계산하기 위해 Beddoes-Leishmen 동적 실속 모델을 비선형 와류 보정 기법에 적용하는 연구를 수행하였다. 요에러시 공력 하중 예측에 관한 수치해석 기법 연구의 적절성을 알아보기 위해 NREL-Phase VI Rotor 실험 결과와 비교 하였다. 그 결과 기존의 여타의 기법들과 비교하여 본 연구에서 제안한 기법의 적절성을 확인 할 수 있었다. 앞으로 본 연구를 바탕으로 다양한 비정상 공력 조건에 대한 풍력 블레이드의 공력 하중 해석에 대해 수행할 계획이다.

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INELASTIC RESPONSE SPECTRA CONSIDERING THE NONLINEARITY OF THE SOFT SOIL DUE TO THE WEAK SEISMIC EXCITATIONS (약진에 의한 연약지반의 비선형성을 고려한 비탄성 응답스펙트럼)

  • Kim, Yong-Seok
    • Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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    • pp.249-258
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    • 2003
  • 강진을 고려한 지진설계 규준은 약진지역에서는 불필요한 경제적 손실을 가져올 수 있고, 지반-구조물 상호작용을 고려한 성능기준 설계가 합리적인 지진설계를 위해서 중요하다는 것이 인식되었다. 이 연구에서는 연약지반 위에 놓인 단자유도계의 탄성, 비탄성 지진응답 해석을 지반의 비선형성을 고려하여 최대지진가속도를 0.07g와 0.11g로 조정한 11개 중, 약진에 대해 수행하였다. 지진 응답해석은 지반-구조물체계에 대해 유사 3차원 동적해석 프로그램으로 암반에 지진기록을 입력하여 한 단계에 일괄적으로 수행하였다. 연구 결과에 의하면 고정지반이나 선형지반을 가정한 지진응답 스펙트럼은 구조물-지반체계의 실제적인 거동을 보여주지 못하는 것으로 나타났으며, 합리적인 지진설계를 위해서는 지진규준에 정해진 일상적인 설계절차에 따라서 수행하는 것보다 다른 성질을 가진 여러 지반에 대해서 성능기준 지진설계를 수행하는 것이 필요하다. 약진을 받는 연약지반의 비선형성도 입력지진동을 증폭시켜 탄성, 비탄성 지진응답 스펙트럼에 심하게 영향을 미쳤으며, 그 현상은 특히 탄성 응답스펙트럼에서 두드러졌다.

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Nonlinear Viscoelastic Behavior of Concentrated Polyisobutylene Solutions in Large Amplitude Oscillatory Shear Deformation (대진폭 전단변형하에서 폴리이소부틸렌 농후용액의 비선형 점탄성 거동)

  • 장갑식
    • The Korean Journal of Rheology
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    • v.10 no.3
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    • pp.173-183
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    • 1998
  • 본 연구에서는 Advanced Rheometric Expansion System(ARES)를 사용하여 대진폭 진동 전단 변형하에서 발생하는 폴리이소부틸렌(PIB) 농후 용액의 비선형 점탄성 거동을 저 장탄성율과 동적점도의 변형량 의존성 및 응력파형의 fast Fourier transform(FFT) 해석을 통해 고찰하였다. 스트레인 진촉을 단계적으로 증가시키면서 측정한 동적 점탄성으로 부터 저장탄성율 및 동적점도의 선형응답한계를 결정하고 이들에 미치는 각주파수의 영향을 조사 하였다. 그리고 응력파형의 Fourier 전개로부터 유도되는 비선형 점탄성함수를 사용하여 비 선형 거동을 설명하였다. 끝으로 비선형 점탄성 거동의 정도를 나타내는 비선형 거동 지수 를 정의하고 이들에 미치는 각주파수의 영향에 대해 검토하였다. 이상의 연구를 통해 얻어 진 결과를 요약하면 다음과 같다.(1) 선형 응답한계는 고분자 용액의 특성시간의 역수보다 높은 각주파수 범위에서는 일정한 값을 유지하지만 특성시간의 역수보다 낮은 각주파수 영 역에서는 각주파수가 감소할수록 증가한다. (2)선형응답한계 이상의 대변형하에서는 3차비선 형 점탄성 함수 이상의 고차항의 영향이 크게 작용하며 이로인해 비선형 거동이 발생된다. (3) 스트레인 진폭을 단계적으로 증가시키면서 측정한 저장탄성율 및 동적점도의 변형량 의 존성은 응력파형의 Fourier transform으로부터 유도된 1차 비선형 점탄성 함수의 변형량 의 존성을 나타낸다 (4) 저장탄성율 및 동적점도의 변형량 의존성으로부터 유도된 비선형 거동 지수는 탄성적 서질과 점성적 성질에 대한 비선형 특성을 평가하기 위한 유요한 방법으로 인정된다. (5) 비선형 점탄성 거동의 정도를 나탄는 비선형 거동지수는 특정한 각주파수에서 최대치를 가지며 또한 탄성적 거동이 점성적 거동에 비해 더욱 큰 각주파수 의존성을 나타낸다.

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A Study on the Dynamic Behavior of Cable-Stayed Bridge Considering Geometric Nonlinearity of Cables (케이블의 기하학적 비선형성을 고려한 사장교의 동적거동에 관한 연구)

  • Park, Young Suk;Chung, Si Youn;Lee, Myong Woo
    • Journal of The Korean Society of Civil Engineers
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    • v.9 no.4
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    • pp.15-25
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    • 1989
  • This paper presents the results of the numerical analysis on the behavior of cable-stayed bridge considering geometric nonlinearity of cables. Finite element method is used and geometric nonlinearities are considered on the analysis of cable-stayed bridge. The governing equilibrium equations are derived by the principle of virtual work, and modified Newton-Raphson method and Newmark-${\beta}$ method are employed in response calculations. The validity of this study is demonstrated by comparing the examples with analytical results by other method and testing results.

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Dynamic Instability and Multi-step Taylor Series Analysis for Space Truss System under Step Excitation (스텝 하중을 받는 공간 트러스 시스템의 멀티스텝 테일러 급수 해석과 동적 불안정)

  • Lee, Seung-Jae;Shon, Su-Deok
    • Journal of Korean Society of Steel Construction
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    • v.24 no.3
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    • pp.289-299
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    • 2012
  • The goal of this paper is to apply the multi-step Taylor method to a space truss, a non-linear discrete dynamic system, and analyze the non-linear dynamic response and unstable behavior of the structures. The accurate solution based on an analytical approach is needed to deal with the inverse problem, or the dynamic instability of a space truss, because the governing equation has geometrical non-linearity. Therefore, the governing motion equations of the space truss were formulated by considering non-linearity, where an accurate analytical solution could be obtained using the Taylor method. To verify the accuracy of the applied method, an SDOF model was adopted, and the analysis using the Taylor method was compared with the result of the 4th order Runge-Kutta method. Moreover, the dynamic instability and buckling characteristics of the adopted model under step excitation was investigated. The result of the comparison between the two methods of analysis was well matched, and the investigation shows that the dynamic response and the attractors in the phase space can also delineate dynamic snapping under step excitation, and damping affects the displacement of the truss. The analysis shows that dynamic buckling occurs at approximately 77% and 83% of the static buckling in the undamped and damped systems, respectively.

Non-linear Control of Turbojet Engine for High Maneuverability UAV (고기동 무인항공기용 터보제트엔진의 비선형 제어)

  • Han, Dong-Ju;Oh, Seong-Hwan
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.40 no.5
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    • pp.431-438
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    • 2012
  • Non-linear turbojet engine controller with high operational performance has been designed for the high maneuverability UAV. The turbojet engine dynamic performance code has been developed to reflect the non-linear characteristics on controller design, by which the necessity of non-linear controller design was justified by investigating the limitation of linear model derived from the dynamic performance. The PI-like fuzzy controller was designed and enhanced by combining with conventional derivative control. This designed fuzzy controller proves its effectiveness by showing superior control performances over the conventional PID controller along with guaranteeing the safe operation within compressor surge, flame out and turbine temperature limits etc.