A Study on Integraion Method for Improvement of Numerical Stability of Meshfree Method

In order to generate meshes automatically for finite element analysis of complex structures such as aircraft, a large number of triangular elements are typically created. However, triangular elements are less accurate than rectangular elements, so it is difficult to obtain a reliable solution. This problem can be improved through the meshfree method using the back cell integration. However, this method also causes some problems such as over-use of the integration points and inefficiency of the integral domain. In order to improve these problems, a method of performing integration by setting the integral area based on a node basis has been proposed, but in the case of incompressible material problems, the numerical accuracy deteriorates due to the vibration phenomenon of the solution. Therefore, in this paper, the modified meshfree method is proposed which sets the integral domain as an element domain instead of the nodal domain, and the proposed method improves the numerical instability caused by the conventional meshfree method without decreasing the accuracy regardles of the shape of integral domain. The effectiveness of the modified meshfree method is verified by using 2-D examples.

무요소법의 수치적 안정성 개선을 위한 적분기법 연구

항공기와 같은 복잡한 구조물의 유한요소해석을 위해 자동요소망을 생성하면 일반적으로 삼각형 요소가 많이 생성되게 된다. 하지만 삼각형 요소는 사각형 요소에 비해 정확도가 떨어지므로 신뢰성 있는 해를 도출하기 어렵다. 이와 같은 문제는 배경셀 적분을 이용한 무요소법(Meshfree Method)을 통해 개선할 수 있으나 이 또한 적분점의 과다사용, 적분영역의 비효율성 등의 문제가 발생하게 된다. 이를 개선하기 위해 절점 기준으로 적분영역을 설정하여 적분을 수행하는 방법이 제안되었지만 비압축성 문제의 경우 해의 진동현상이 일어나는 등 수치 정확도가 떨어지게 된다. 따라서 본 연구에서는 적분영역을 절점영역이 아닌 요소영역으로 설정하는 수정된 무요소법을 통해 요소의 형태에 따른 정확도 저하가 발생되지 않고 기존의 무요소법에서 발생되는 수치 불안정성 등을 개선하였다. 2차원 예제를 통해 수정된 무요소법의 효용성을 검증하였다.