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문제 정의
- 본 논문에서는 다양한 하중조건에 대하여 프레임 구조물의 볼트조인트 설계 및 검증을 수행하기 위해 프레임과 볼트조인트의 전체 유한요소모델 (full finite element model)을 구현한다. 전체 유한요소모델은 요소(element) 개수가 많아 상세한 볼트 해석을 수행하기가 어렵기 때문에 전체 모델에서 볼트의 체결은 자유도 구속 기법을 통해 근사적으로 해석을 수행하여야 한다.
- 본 논문에서는 볼트조인트가 포함되는 유한요소 모델에서의 볼트조인트의 응력수준을 검증하는 기법을 제안하였다. 그 과정은 다음과 같다.
가설 설정
- Z 축이 볼트길이 방향의 축이고 X, Y 축이 볼트 길이 방향에 수직인 축이라 가정한다. X 축과 Y 축의 합력과 수직력에 의한 마찰력의 차이가 전단력을 발생시킨다.
- 볼트에 걸리는 응력을 이론적으로 계산할 때 일정하다는 가정을 하게 된다. 하지만 볼트 형태의 특성상 응력집중현상이 발생하고 이를 고려해야 한다.
- 자유도구속 기법을 이용한 절점체결 시에도 볼트 조인트에 작용하는 반력의 합력은 실제 볼트체결과 유사하다는 생 베낭의 원리(Saint Venant’s principle)를 가정하여 각 하중조건에 대하여 볼트와 볼트조인트에 작용하는 반력을 도출한다.
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