기하학적 비선형 효과를 고려할 수 있는 새로운 보 모델링 방법

Abstract

대변형을 하는 구조물은 생체역학 유연 액츄에이터 형상가변익 솔라 세일 그리고 컴플라이언트 메커니즘 등의 분야에서 쉽게 찾을 수 있다. 이러한 구조물들 중 가장 흔한 형태는 외팔보이며 따라서 다양한 형태의 하중이 가해지는 조건에서의 외팔보 대변형 거동 해석에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만 지금까지 제안되어 온 풀이법들의 경우 각 풀이법이 적용될 수 있는 문제가 매우 제안적이다. 다시 말해서 오로지 정적 해석에만 적용될 수 있는 방법 혹은 오로지 일정한 단면을 갖는 외팔보에만 적용될 수 있는 방법이 제안되는 등 정적, 동적 해석을 모두 수행할 수 있고 단면의 형상이 바뀌는 경우에 대한 해석 역시 수행할 수 있는 통합된 풀이법은 아직까지 개발된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 기존에 외팔보 해석을 위해서 널리 쓰이고 있는 풀이법인 Rayleigh-Ritz 방법을 대변형 문제의 범위까지 확장시킬 수 있는 방법을 새롭게 제안하였다. 대변형 해석을 수행하기 위해서는 foreshortening 효과와 곡률의 비선형성이 함께 고려가 되어야 한다. 하지만 이 두 효과가 고려되면 비선형 경계조건이 발생하기 때문에 시도함수(trial function)의 개수를 늘려도 해가 수렴하지 않거나 해의 수렴 속도가 현저히 떨어지게 된다. (중략)