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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정원석
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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지진 하중과 같은 빠른 동적 하중에 의한 구조물의 동적 거동을 좀 더 정확하게 평가하기 위한 연구가 수 년 동안 수행되고 발전해왔다. 이러한 연구는 크게 수치해석 방법과 실험적 방법으로 분류되며, 컴퓨터와 전자·기계·공학 분야의 발전에 힘입어 두 가지 방법 모두 큰 발전을 이루었다. 수치해석 방법의 경우 구조시스템을 이산화 된 형태의 운동방정식으로 표현하고, 이에 대한 해를 구함으로써 구조물의 동적 특성을 평가한다. 하지만 구조물의 복잡성과 재료모형의 다양성 및 정확성에 아직 의문점이 존재한다. 이에 반해 실험적 방법은 구조물의 동적 거동을 평가하는데 있어서 직접적이지만 실험을 위한 실험시설이 필요하고 경우에 따라 많은 비용이 필요한 단점이 있다. 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위해서 실시간 하이브리드 동적실험에 대한 연구가 국내·외에서 활발히 진행되고 있다. 실시간 하이브리드 동적실험은 구조물의 거동을 합리적으로 예측 가능한 수치해석 모델과 수치해석의 불확실성 또는 심각한 손상이 예견되는 물리적 부분구조 모형으로 나누어 동시에 수행하여 구조물의 동적특성을 파악할 수 있으므로 매우 효율적인 실험법이다.
본 논문에서는 개발된 시스템의 신뢰성 및 적용성을 검증하기 위해 고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법을 적용하여 1경간 2층 강 뼈대 구조물을 수치해석 모델과 물리적 부분구조 모형으로 나누어 실시간 하이브리드 실험을 실시하였다. 이를 운용하는 수치해석 프로그램 FEAPH(Finite Element Analysis Program for Hybrid)을 자체 개발하여 수치해석을 실시하였으며, 이를 실시간 하이브리드 실험 결과와 비교하였다. 물리적 부분구조 모형으로는 1층 기둥 1개소가 선택되었고, 일축 방향의 지진하중을 작용시켰다. 수치해석 모델과 물리적 부분구조 모형의 실시간 데이터 통신을 위하여 SCRAMNet을 사용하였으며 제어시스템, 하드웨어, 알고리즘 그리고 모형에 대한 기술적인 내용을 본문에 자세히 설명하였다.
단자유도와 다자유도 실시간 하이브리드 실험 모두 수치해석 결과와 FEAPH을 이용한 실험의 응답 양상이 매우 비슷하였으며, 절대 최대 변위의 오차율이 5% 내외로 양호함을 알 수 있었다. 또한 비선형 해석 시 구조물의 비선형 거동은 단자유도보다 다자유도 실시간 하이브리드 실험에서 실제 거동을 더 잘 묘사할 수 있음을 확인하였다. 실험 수행시간은 기존에 OpenSees를 활용한 시스템에 비해 약 10% 단축되었다. 이는 개발된 수치해석 프로그램과 최적화 된 시스템의 결과라 판단된다. 따라서 본 연구는 진동대 실험을 대체할 수 있는 경제적이고 효율적인 실험법으로써 활용될 수 있을 것으로 판단되며, 구조물의 동적거동을 파악하는데 유효한 방법이라고 할 수 있다.
본 논문에서는 개발된 시스템의 신뢰성 및 적용성을 검증하기 위해 고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법을 적용하여 1경간 2층 강 뼈대 구조물을 수치해석 모델과 물리적 부분구조 모형으로 나누어 실시간 하이브리드 실험을 실시하였다. 이를 운용하는 수치해석 프로그램 FEAPH(Finite Element Analysis Program for Hybrid)을 자체 개발하여 수치해석을 실시하였으며, 이를 실시간 하이브리드 실험 결과와 비교하였다. 물리적 부분구조 모형으로는 1층 기둥 1개소가 선택되었고, 일축 방향의 지진하중을 작용시켰다. 수치해석 모델과 물리적 부분구조 모형의 실시간 데이터 통신을 위하여 SCRAMNet을 사용하였으며 제어시스템, 하드웨어, 알고리즘 그리고 모형에 대한 기술적인 내용을 본문에 자세히 설명하였다.
단자유도와 다자유도 실시간 하이브리드 실험 모두 수치해석 결과와 FEAPH을 이용한 실험의 응답 양상이 매우 비슷하였으며, 절대 최대 변위의 오차율이 5% 내외로 양호함을 알 수 있었다. 또한 비선형 해석 시 구조물의 비선형 거동은 단자유도보다 다자유도 실시간 하이브리드 실험에서 실제 거동을 더 잘 묘사할 수 있음을 확인하였다. 실험 수행시간은 기존에 OpenSees를 활용한 시스템에 비해 약 10% 단축되었다. 이는 개발된 수치해석 프로그램과 최적화 된 시스템의 결과라 판단된다. 따라서 본 연구는 진동대 실험을 대체할 수 있는 경제적이고 효율적인 실험법으로써 활용될 수 있을 것으로 판단되며, 구조물의 동적거동을 파악하는데 유효한 방법이라고 할 수 있다.
목차
제 1 장 서 론 11.1. 연구 배경 및 목적 11.2. 하이브리드 실험의 발전과 연구동향 1제 2 장 기존 실험 방법 및 수치 적분법 42.1 기존의 실험 방법 42.1.1 준정적 실험(Quasi-static test) 42.1.2 진동대 실험(Shaking Table test) 42.1.3 유사동적 실험(Pseudo-dynamic test) 52.2 실시간 하이브리드 실험 개요 6제 3 장 실시간 하이브리드 실험 시스템 구성 83.1 네트워크의 구성 83.2 하드웨어의 구성 93.2.1 제어 컴퓨터 93.2.2 액추에이터 제어 시스템 103.3 소프트웨어의 구성 153.3.1 OpenSees를 활용한 기존시스템 153.3.2 FEAPH을 적용한 최적화 된 시스템 20제 4 장 실시간 하이브리드 병렬 수치해석 기법 224.1 실시간 하이브리드 수치 해석 기법 224.2 병렬 해석 기법 234.3 고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법 25제 5 장 실시간 하이브리드 실험 모델 315.1 대상구조물 315.2 수치해석 모델 325.3 물리적 부분구조 모형 355.4 재료 실험 375.5 입력 지진 가속도 385.6 감쇠비 선정 39제 6 장 1DOF 실시간 하이브리드 실험 및 결과 456.1 선형 동적 실험을 통한 시스템 검증 456.2 비선형 동적 실험을 통한 구조물의 동적 거동 검토 506.3 소 결 57제 7 장 3DOFs 실시간 하이브리드 실험 및 결과 597.1 선형 동적 실험을 통한 시스템 검증 597.2 비선형 동적 실험을 통한 구조물의 동적 거동 검토 647.3 1DOF와 3DOFs 하이브리드 실험의 결과 비교 717.4 소 결 74제 8 장 결 론 75참고 문헌감사의 글부록
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