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

본 논문에서는 변단면 기능경사재료 보에서 중립면 탄성계수가 축방향을 따라 공간적 불확실성을 가질 경우에 대한 구조 응답변화도 산정을 위한 정식화에 대해 논한다. 기능경사재료는 두 이질재료의 체적비가 두께방향으로 연속적으로 변하며 고체화되는 과정으로 제작되는 재료로서 온도 및 응력 등에서 연속적인 변화를 가능하게 하여, 전통 복합재료에서 나타나는 층분리나 균열 발생 등이 제거되는 장점을 가지고 있다. 그러나 이론적으로 설정된 기능경사에 맞는 재료의 제작이 어려우며, 이에 따라 내재적인 불확실성을 가지고 있다. 이를 모사하기 위하여 중립면 탄성계수에서의 불확실성을 추계장으로 모델링하고, 추계적분에 의한 확률변수를 도입하여, 변위의 1, 2차모멘트를 산정할 수 있는 방법을 제시하였다. 제안된 해석 방법은 스펙트럼모사법을 적용한 몬테카를로 해석으로 검증하였다. 추계장의 상관관계거리에 따른 분산계수의 변화, 재료지수 및 기하인수가 변위의 분산계수에 미치는 영향 등을 고찰하였고, 몬테카를로 해석 대비 제안 해석법의 효율성에 대해서도 논하였다.

In this paper, a scheme to evaluate the response variability for functionally graded material (FGM) beam with varying sectional area is presented. The randomness is assumed to appear in a spatial domain along the beam axis in the elastic modulus. The functionally graded material categorized as composite materials, however without the drawbacks of delamination and occurrence of cracks due to abrupt change in material properties between layers in the conventional composite materials. The functionally graded material is produced by the gradual solidification through thickness direction, which endows continuous variation of material properties, which makes this material performs in a smooth way. However, due to difficulties in tailoring the gradients, to have uncertainty in material properties is unavoidable. The elastic modulus at the center section is assumed to be random in the spatial domain along the beam axis. Introducing random variables, defined in terms of stochastic integration, the first and second moments of responses are evaluated. The proposed scheme is verified by using the Monte Carlo simulation based on the random samples generated employing the spectral representation scheme. The response variability as a function of correlation distance, the effects of material and geometrical parameters on the response variability are investigated in detail. The efficiency of the proposed scheme is also addressed by comparing the analysis time of the proposed scheme and MCS.