• 제목/요약/키워드: $2^{nd}$ Order Boundary Element Method

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수치 파동 수조를 이용한 비선형파의 파형변화와 속도분포 해석 (Spatial Modulation of Nonlinear Waves and Their Kinematics using a Numerical Wave Tank)

  • 구원철;최가람
    • 한국해양공학회지
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    • 제23권6호
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    • pp.12-16
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    • 2009
  • In this study, the wave profiles and kinematics of highly nonlinear waves at various water depths were calculated using a 2D fully nonlinear Numerical Wave Tank (NWT). The NWT was developed based on the Boundary Element Method (BEM) with the potential theory and the mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) time marching scheme by 4th-order Runge-Kutta time integration. The spatial variation of intermediate-depth waves along the direction of wave propagation was caused by the unintended generation of 2nd-order free waves, which were originally investigated both theoretically and experimentally by Goda (1998). These free waves were induced by the mismatch between the linear motion of wave maker and nonlinear displacement of water particles adjacent to the maker. When the 2nd-order wave maker motion was applied, the spatial modulation of the waves caused by the free waves was not observed. The respective magnitudes of the nonlinear wave components for various water depths were compared. It was found that the high-order wave components greatly increase as the water depth decreases. The wave kinematics at various locations were calculated and compared with the linear and the Stokes 2nd-order theories.

3 차원 시간영역 전진속도 자유표면 Green 함수와 2 차 경계요소법을 사용한 선체의 방사포텐셜 수치계산 (Numerical Study of the Radiation Potential of a Ship Using the 3D Time-Domain Forward-Speed Free-Surface Green Function and a Second-Order BEM)

  • 홍도천;홍사영
    • 대한조선학회논문집
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    • 제45권3호
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    • pp.258-268
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    • 2008
  • The radiation potential of a ship advancing in waves is studied using the 3D time-domain forward-speed free-surface Green function and the Green integral equation. Numerical solutions are obtained by making use of the 2nd order BEM(Boundary Element Method) which make it possible to take account of the line integral along the waterline in a rigorous manner. The 6 degree of freedom motion memory functions of a hemisphere and the Wigley seakeeping model obtained by direct integration of the time-domain 3D potentials over the wetted surface are presented for various Froude numbers.

경계요소법을 이용한 비선형파의 재현 (Simulation of Nonlinear Water Waves using Boundary Element Method)

  • 오영민;이길성;전인식
    • 한국해안해양공학회지
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    • 제5권3호
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    • pp.204-211
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    • 1993
  • Laplace 방정식을 Green 공식으로 해석한 경계요소법을 이용하여 수치수조에서 비선형파를 재현하였다. 미지수는 유체영역의 경계에 설정한 각 절점에서의 속도포텐셜과 수면변위이며 이를 구하기 위하여 지배방정식과 자유수면 경계조건을 기본식으로 하는 연립 1차방정식을 구성하였다. 동력학적 자유수면 경계조건에서 속도의 제곱항을 고려하였으며 자유수면 경계에서 속도포텐셜의 연직변화를 고려하여 이의 시간미분을 계산하였다. 본 수치모델을 이용하여 고립파와 Stokes의 2차 파낭을 재현한 결과, 이론치와 매우 잘 일치함을 확인하였다.

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3 차원 시간영역 근사비선형 2 차경계요소법에 의한 선체의 대진폭 운동 및 파랑하중 계산 (Estimation of Large Amplitude Motions and Wave Loads of a Ship Advancing in Transient Waves by Using a Three Dimensional Time-domain Approximate Body-exact Nonlinear 2nd-order BEM)

  • 홍도천;홍사영;성홍근
    • 대한조선학회논문집
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    • 제47권3호
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    • pp.291-305
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    • 2010
  • A three-dimensional time-domain calculation method is of crucial importance in prediction of the motions and wave loads of a ship advancing in a severe irregular sea. The exact solution of the free surface wave-ship interaction problem is very complicated because of the essentially nonlinear boundary conditions. In this paper, an approximate body nonlinear approach based on the three-dimensional time-domain forward-speed free-surface Green function has been presented. The Froude-Krylov force and the hydrostatic restoring force are calculated over the instantaneous wetted surface of the ship while the forces due to the radiation and scattering potentials over the mean wetted surface. The time-domain radiation and scattering potentials have been obtained from a time invariant kernel of integral equations for the potentials which are discretized according to the second-order boundary element method (Hong and Hong 2008). The diffraction impulse-response functions of the Wigley seakeeping model advancing in transient head waves at various Froude numbers have been presented. A simulation of coupled heave-pitch motion of a long rectangular barge advancing in regular head waves of large amplitude has been carried out. Comparisons between the linear and the approximate body nonlinear numerical results of motions and wave loads of the barge at a nonzero Froude number have been made.

비특이화 간접경계적분방정식방법을 이용한 2차원 수치수조 개발 및 적용 (Development and Application of Two-Dimensional Numerical Tank using Desingularized Indirect Boundary Integral Equation Method)

  • 오승훈;조석규;정동호;성홍근
    • 한국해양공학회지
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    • 제32권6호
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    • pp.447-457
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    • 2018
  • In this study, a two-dimensional fully nonlinear transient wave numerical tank was developed using a desingularized indirect boundary integral equation method. The desingularized indirect boundary integral equation method is simpler and faster than the conventional boundary element method because special treatment is not required to compute the boundary integral. Numerical simulations were carried out in the time domain using the fourth order Runge-Kutta method. A mixed Eulerian-Lagrangian approach was adapted to reconstruct the free surface at each time step. A numerical damping zone was used to minimize the reflective wave in the downstream region. The interpolating method of a Gaussian radial basis function-type artificial neural network was used to calculate the gradient of the free surface elevation without element connectivity. The desingularized indirect boundary integral equation using an isolated point source and radial basis function has no need for information about the element connectivity and is a meshless method that is numerically more flexible. In order to validate the accuracy of the numerical wave tank based on the desingularized indirect boundary integral equation method and meshless technique, several numerical simulations were carried out. First, a comparison with numerical results according to the type of desingularized source was carried out and confirmed that continuous line sources can be replaced by simply isolated sources. In addition, a propagation simulation of a $2^{nd}$-order Stokes wave was carried out and compared with an analytical solution. Finally, simulations of propagating waves in shallow water and propagating waves over a submerged bar were also carried and compared with published data.

하이브리드 기법을 이용한 고정된 해양구조물에 작용하는 파랑하중에 관한 수치 시뮬레이션 (Numerical Simulation of Wave Forces acting on Fixed Offshore Structures Using Hybrid Scheme)

  • 남보우;홍사영;김용환
    • 한국해양공학회지
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    • 제24권6호
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    • pp.16-22
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    • 2010
  • In this paper, the diffraction problems for fixed offshore structures are solved using a hybrid scheme. In this hybrid scheme, potential-based solutions and the Navier-Stokes-based finite volume method (FVM) with a volume-of-fluid (VOF) method are combined. We introduce a buffer zone for efficient wave-making and damping. In this buffer zone, the near field solution from FVM-VOF is gradually changed to Stokes' 2nd order wave solutions. Three different models, including the truncated cylinder, sphere, and wigleyIII model, are numerically investigated in regular waves with a wave steepness of 1/30. The efficiency and accuracy of the hybrid scheme are numerically validated from results using different domain sizes and buffer zones. The wave exciting forces from the FVM-VOF simulations are compared with experiments and potential-based solutions from the higher-order boundary element method (HOBEM). This comparison shows good agreement between the hybrid scheme and potential-based solutions.

파랑 및 흐름중 모형 가두리 시설의 운동 특성 (Dynamic Motions of Model Fish Cage Systems under the Conditions of Waves and Current)

  • 김태호;김재오;류청로
    • 한국수산과학회지
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    • 제34권1호
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    • pp.43-50
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    • 2001
  • 규칙파, 불규칙파 및 파랑과 흐름이 공존하는 상태에서 프레임에 우리형 그물을 부착하여 구성되어 있는 가두리 시설의 운동특성을 분석하기 위하여 정사각형 및 원형 구조의 가두리 시설을 대상으로 예인 수조에서 수리 모형실험을 실시하였으며, 규칙파중 운동 특성은 선형 포텐셜 이론에 의한 수치 해석의 그것과 비교하였다. 그 결과는 다음과 같이 요약할 수 있다. 1) 규칙파중 모형 가두리 시설의 상하 및 종 동요는 전후 동요와는 달리 그물의 영향을 거의 받지 않았으므로 이 시설물의운동 특성중 가장 중요한 상하 동요를 해석하는 경우에는 그물을 제외하고 프레임만을 고려해도 된다는 것을 확인하였다. 2) 불규칙파중 및 파랑과 흐름이 공존하는 상태에서 모형 가두리 시설의 운동 특성은 입사파 주기의 2배 되는 고주파수에서 시설물의 고유 주기 등에 의해 동적 운동의 peak frequency가 나타남으로써 비선형 즉, 2nd order harmonic 성분이 존재하였다 3) 파동 및 흐름장에서 동요 특성이 정사각형에 비해 비교적 작게 나타난 원형이 파도, 조류 등 환경 조건이 거친 해역에 보다 적합한 것으로 판단되었다.

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자동변속기 장착 차량의 아이들 셰이크 진동 성능 개선 대책에 대한 고찰 (Investigations on Improvement of Vehicle Design Feature on Idle Shake with Automatic Transmission)

  • 최천;서명원;김영진
    • 한국자동차공학회논문집
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    • 제8권4호
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    • pp.110-120
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    • 2000
  • In order to improve the vibration characteristics of mid sized passenger car automatic transmission at idle experimental and theoretical studies have been carried out. Idle shake in "D" range occurs by various reasons such as characteristics of body bending resonance between subsystems and engine mounts etc. Using full vehicle finite element analyses and modal tests we introduce the way to reduce the idle shake in the early design stage. It shows that the exciting forces are the 2nd order torque and force of engine. A powertrain system modes in "D" range are entirely effected by the additional boundary conditions of drive line. As a result the frequencies of subsystems are arranged to be lined up at the idle frequency range in order to avoid the resonances with subsystems To reduce the idle shake mounts of radiator are tuned to act as a dynamic damper to 1st bending frequency of the body. In addition a hydraulic mount which is optimized by Phase Shift Method is applied to the rear engine mount.e rear engine mount.

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유한차분법에 의한 등분포 상재하중하 적층 복합재 경사판 해석 (Analysis of Laminated Composite Skew Plates with Uniform Distributed Load by Finite Difference Method)

  • 박원태;최재진;장석윤
    • 한국강구조학회 논문집
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    • 제12권3호통권46호
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    • pp.291-302
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    • 2000
  • 복합적층 구조물에서 복합재료는 그 자체의 높은 강성, 강도와 내구성등의 특성을 갖고 있을 뿐 아니라, 구조물의 역학적 특성에 따라 얼마든지 재료의 특성을 합리적으로 구성하여 배치할 수 있는 매우 우수한 장점이 있다. 본 연구에서는 등분포로 재하된 복합적층경사판의 처짐에 관한 해석으로서 복합적층 경사판의 처짐을 나타내는 단일 4차 편미분방정식을 3개의 종속변수를 갖는 3원2차 연립방정식을 이용하여 해석하는 수치해석 법을 제시하였으며, 대칭 앵글-플라이 각도로 적층, 역대칭 앵글-플라이 각도로 적층, 비대칭 앵글-플라이 각도로 적층한 경우에 처짐과 단면력을 비교 검토하였다.

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그래프 분할 및 다중 프론탈 기법에 의거한 3차원 전자기장의 병렬 해석 (Parallel Computation on the Three-dimensional Electromagnetic Field by the Graph Partitioning and Multi-frontal Method)

  • 강승훈;송동현;최재원;신상준
    • 한국항공우주학회지
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    • 제50권12호
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    • pp.889-898
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    • 2022
  • 본 논문에서는 3차원 전자기장의 병렬 해석 기법을 제안하였다. 시간 조화 벡터 파동 방정식 및 유한요소 기법에 기반한 전자기장 산란 해석이 수행되었으며, 모서리 기반 요소 및 2차 흡수 경계 조건이 도입되었다. 개발한 알고리즘은 유한요소망을 분할한 뒤 각 프로세서에 할당함으로써 요소별 수치적분 및 행렬 조립 과정의 병렬화를 달성하였다. 이때 부영역 생성을 위해 그래프 분할 라이브러리인 METIS가 도입되었다. 대형 희박행렬 방정식의 계산은 다중 프론탈 기법 기반 병렬 연산 라이브러리인 MUMPS를 통해 수행되었다. 개발된 프로그램의 정확도는 Mie 이론해 및 ANSYS HFSS 결과와의 비교를 통해 검증되었다. 또한 사용된 프로세서 수에 따른 가속 지표를 측정하여 확장성을 확인하였다. 완전 전기 도체 구, 등·이방성 유전체 구 및 유도탄 예제 형상에 대한 전자기장 산란 해석이 수행되었다. 개발된 프로그램의 알고리즘은 추후 유한요소 분할 및 합성법에 활용될 예정이며, 더욱 확장된 병렬 연산 성능을 목표하고자 한다.