Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea ISSN:1229-3059(Print) 2287-2302(Online) 한국전산구조공학회 논문집

AI 기술을 활용해 다양한 시나리오에서 구조물의 응답 AI 또는 구조시스템의 특성을 추정하기 위해서는 대규모 고품질 구조 응답 데이터가 필요하다. 이러한 데이터로서 구조 실험 결과가 활용되기도 하지만, 데이터 구축 비용 절감과 AI 학습의 신뢰도 향상을 위하여 대규모 구조해석 결과가 사용되는 것이 일반적이다. 현재는 Industry Foundation Classes(IFC) 표준을 따르는 Building Information Modeling(BIM) 데이터를 구조해석에 활용하기 위하여 수작업으로 데이터를 전처리하는 경우가 많다. 이를 개선하기 위하여 이 연구에서는 IFC 기반 BIM 모델에서 기하 정보를 추출하는 것부터 구조해석까지 전 과정을 자동화하고 입력 및 해석 결과를 AI가 학습 가능한 데이터 형식으로 자동 변환하는 단방향 파이프라인을 제시한다. 특히 ABAQUS API 기반 Python 스크립트를 활용해 자동 추출한 BIM 기하 정보에 부재 특성과 경계 및 하중 조건을 부여하고 ABAQUS 해석 결과 파일인 ODB 파일을 자동으로 생성하는 알고리즘을 구현하였다. 생성된 ODB 파일은 Python 스크립트를 통해 대규모 언어 모델이 학습 가능한 CSV, JSON, prompt 등의 데이터 형식으로 자동 변환되도록 하였으며, 성능 민감도 및 정보 인덱싱 능력을 실험한 결과 GPT-4 LLM과 CSV 데이터 형식의 조합이 가장 높은 정보 인덱싱 성능을 보였다. 이 연구의 결과는 향후 BIM 모델의 구조적 타당성을 자동으로 검증하고 보완하는 혁신적 설계 자동화 시스템의 개발에 활용될 수 있다.

반도체 생산장비의 케이블 이송 시스템은 반복적인 구동 환경에서 피로 하중에 노출되며, 특히 하부 지지 구조가 제거되고 장비 하단이 구동되는 역구동 조건에서는 하중 전달 경로가 기존 정구동 시스템과 달라져 최대 응력의 발생 시점과 위치가 상이한 응력 거동을 보인다. 그러나 이러한 역구동 이송 시스템의 실제 운용 조건을 고려한 구조 해석 및 설계 최적화에 관한 연구는 충분히 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 역구동 이송 시스템의 운용 조건을 반영한 구조 해석을 수행하여 미니체인의 응력 분포 특성을 분석하고, 최대 응력 발생 위치 및 원인을 규명하였다. 또한 최대 응력 저감을 목표로 형상 최적화 모델을 제안하였다. 그 결과 제안된 최적화 모델을 통해 기존 구조 대비 최대 약 60%의 응력 감소 효과를 확인하였다. 본 연구 결과는 역구동 환경에서의 미니체인 구조 설계 방향을 제시하며, 반도체 생산장비 이송 시스템의 구조적 신뢰성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 미륵사지 동･서원 중문의 복원 기본설계를 바탕으로 Midas Gen을 이용하여 구조성능을 정량적으로 평가하였다. 안전성은 위험하중조합에 대한 응력비로, 사용성은 처짐 및 횡변위로 검토하였다. 해석 결과, 기둥의 최대 축응력비와 조합응력비는 각각 0.097과 0.261로 안전여유가 충분하나, 맞보(하)와 서까래는 허용응력 기준 대비 각각 95.3%와 121.8%를 초과하였다. 처짐 또한 맞보(하)와 서까래에서 기준 대비 각각 23.9%와 70.4% 초과하였으며, X방향 지진하중에 대한 횡변위는 기준 대비 19.5% 초과하였다. 이로부터 일부 부재에 대한 단면 재산정 및 구조보강이 필요하며, 전통건축 복원 설계 과정에서 고증 치수와 구조성능 간의 정량적 검토의 필요성을 확인하였다.

본 연구는 대변형 조건에서 형상기억합금(SMA) 기반 편성(knitted) 소프트 액추에이터의 거동을 해석하기 위한 구성-구조 연성 수치모델링 방법론을 제시한다. 기준 구조로 평직(plain) 패턴의 P-루프를 채택하고, 실제 액추에이터 기하 치수에 기반한 위사 편성 기하 생성 절차를 통해 3 × 3 P-루프 유닛셀을 구성하였다. 실험 기반 SMA 편사에서는 폴리에스터로 피복된 NiTi 코어 와이어에 전류 가열이 적용되어 마르텐사이트-오스테나이트 상변태와 이에 따른 회복 수축이 발생한다. 본 연구에서는 전기-열 연성을 직접 모델링하지 않고, SMA 구성요소에 온도 증가(25°C → 90°C)를 부여하는 방식으로 구동 효과를 구현하였다. 수치해석은 ANSYS의 SMA 재료 모델과 기하학적 비선형 대변형 해석을 결합하여 수행되었으며, 루프 재구성과 면외 변형을 정확히 포착하였다. 또한 주요 열구동 변형 메커니즘에 집중하기 위해 실 간 접촉 및 자기접촉은 제외하였다. 해석 결과, SMA 회복 변형에 의해 루프 조임(loop tightening)이 유도되고, 편성 구조의 기하학적 특성으로 인해 면외 변형이 증폭됨을 확인하였다. 제안된 유닛셀 기반 모델링 방법은 다양한 편성 패턴의 구동 성능을 효율적으로 비교･평가할 수 있는 실용적 도구를 제공하며, 향후 접촉 효과, 전기-열 연성, 그리고 실험 검증을 포함하는 고정밀 모델로 확장될 수 있다.

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 이용하여 치과용 임플란트 나사 시스템에서 thread pitch 변화가 응력집중 거동에 미치는 영향을 분석하였다. Fixture, abutment, anterior 및 posterior screw로 구성된 임플란트 조립체를 모델링하고, 임상적 교합하중을 모사한 경계조건 및 하중조건을 적용하였다. 해석 결과, pitch 감소에 따라 anterior screw에서는 최대 응력이 증가하고 posterior screw에서는 감소하는 상반된 경향이 나타났으며, 이는 pitch 변화가 응력 크기 자체보다는 screw 위치 간 하중 재분배를 유도함을 의미한다. 이러한 거동은 임플란트-지대주 연결부에서의 하중 전달 경로 및 국부 강성 변화에 기인하는 것으로 판단된다. 따라서 thread pitch는 위치별 응력집중을 제어하는 주요 설계 변수이며, pitch 최적화를 통해 임플란트 시스템의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

본 논문에서는 구조물의 일부 위치에서 획득한 센서 데이터를 기반으로 비선형 구조물의 동적 응답을 보정하는 절차를 제안한다. 시뮬레이션 기반 시계열 예측은 온라인 계산 비용을 절감할 수 있으나, 실제 구조물의 물성 및 경계 조건 변동 등으로 인해 예측 응답에는 모델 불일치 오차가 포함된다. 본 연구에서는 이를 해결하기 위해 운용 단계에서 계측되는 센서 변위 응답과 예측 응답의 잔차를 이용하여 시뮬레이션 응답을 보정하는 절차를 제안한다. 트랜스포머 기반 시계열 모델을 활용하여 변위 응답을 근사하고, 예측 구간의 잔차 정보를 활용하여 비선형 변위 응답을 보정한다. 제안하는 기법은 캔틸레버 보와 박스형 보 수치 예제를 통해 성능을 검증하였다.

본 논문에서는 대규모 언어모델(LLM) 기반 에이전트를 활용하여 상용 유한요소해석(FEA) 소프트웨어인 Abaqus의 해석 절차를 자동화하는 에이전틱(Agentic) 시스템을 제안한다. 이를 위해 LLM 에이전트(Claude Code)와 Abaqus를 모델 컨텍스트 프로토콜(MCP) 규격으로 연동하는 통합 파이프라인을 구축하였다. 기존의 LLM 기반 자동화는 단순한 코드 실행 수준에 머물러 사용자의 설계 의도와 불일치하거나 모델이 임의로 파라미터를 설정하는 환각(Hallucination) 현상 등의 한계가 존재하였다. 이를 해결하기 위해 본 연구는 프롬프트 입력 단계에서 핵심 파라미터를 정형화하고 사용자 확인 절차를 포함하는 논리적 제약 메커니즘(Logical Constraint Mechanism)을 도입하여 환각을 효과적으로 억제하고 해석 결과의 의도 재현성을 향상시켰다. 또한 해석 과정에서 발생하는 오류를 진단 문서 기반으로 식별하고 수정하는 자기 수정 루프(Self-correction loop)를 구현하였다. 대표적인 정적 및 모달 해석 사례와 고난도 풍력 블레이드 사례를 통해 시스템을 검증한 결과, 경험적 지식 데이터가 축적됨에 따라 오류 복구 루프 횟수는 5회에서 0회로 감소하였고 전체 소요 시간은 90% 단축되었다. 이러한 결과는 제안한 프레임워크가 경험 기반의 수행 효율 향상에 효과적임을 보여준다. 본 연구는 LLM을 단순한 코드 생성 도구를 넘어 신뢰성 있는 공학 자동화 체계로 확장하기 위한 구체적인 기술적 프레임워크를 제시한다.

본 논문에서는 Acoustic Black Hole(ABH) 구조의 성능을 이해하고 비교하기 위해 유한요소해석을 수행하였다. 선행연구에 따르면 ABH 구조는 횡파의 전파 속도를 0에 가깝게 감소시켜 횡방향 진동을 감쇠시키는 것으로 보고되어 왔다. 또한 동적 진동 흡수기의 성능을 분석하고 이를 ABH 구조의 성능과 비교하였다. 본 연구의 목적은 ABH와 동적 진동 흡수기의 특성을 이해하는 데 있다.