• 지구물리와물리탐사
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• 제19권3호
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• pp.136-144
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• 2016

탄성파 자료의 역산은 파동방정식에 기초하고 있으므로 파동방정식의 해를 정확하게 구하는 것이 가장 중요하다. 특히, 전파형역산은 파동장 전체를 이용하기 때문에 정문제에 해당하는 모델링이 정확하게 이루어져야 신뢰할 수 있는 결과를 얻게 된다. 파동방정식의 수치해를 구하는 대표적인 기법인 유한차분법과 유한요소법은 해의 수렴성을 보장할 수 있어야 하는데, 해의 수렴성은 이론적으로 일반화된 증명이 되어 있으나 실제 문제에 적용할 경우 일관성과 안정성을 분석해야 한다. 모델링 결과의 일관성은 송신원 함수의 구현이 매우 중요한 부분인데, 유한차분법은 디랙 델타 함수(Dirac delta function)를 나타낼 때 격자 간격으로 표준화된 싱크 함수(sinc function)를 사용해야 하는 반면 유한요소법은 격자 간격에 관계없이 기저함수 값을 사용하면 된다. 주파수 영역 파동방정식을 사용할 경우 송신 파형 함수의 스펙트럼을 정확하게 표현하기 위해 샘플링 이론으로 정의되는 시간 간격보다 더 조밀한 샘플링 간격을 사용하고 나이퀴스트(Nyquist) 주파수보다 더 높은 주파수를 최대 주파수로 사용해야 한다. 또한, 복소 각주파수를 사용하는 경우 감쇠 파동방정식을 만족하기 위해서는 송신 파형 함수를 먼저 감쇠한 후 사용해야 한다. 이러한 요건들이 모두 만족되었을 때 신뢰할 수 있는 역산 알고리즘 개발이 가능하다.

• 한국광학회지
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• 제14권4호
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• pp.429-433
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• 2003

전파정수가 랜덤하게 분포하는 선로 상에서 파동함수의 해의 성질을 고찰함으로써 랜덤한 매질 내의 파동의 국재현상에 대한 이론적 해석을 시도하였다 파동의 국재는 함수의 해가 증대에서 감쇠로 전환하는 과정에서 발생하므로, 먼저 파동의 증대가 감쇠로 전환되는 과정을 이론적으로 규명하기 위하여 2차 파동방정식을 Bragg조건 등을 이용하여 근사적으로 1차 슐뢰딩거의 방정식의 형태로 유도하였다. 그리고 이 방정식이 취할 수 있는 여러 가지 해의 성질과 그 해가 성립하기 위한 조건에 대하여 고찰하였으며, 파동방정식의 해의 국재성과 전파정수의 변동에 대한 관계에 대하여 몇 가지 조건을 조사하였다. 지수형의 해에서 유전율이 $\varepsilon$=(0,0,$\varepsilon$$_{0}$)인 경우 $\varepsilon$$_{0}$는 파동의 위상에 관여하여 국재현상을 일으키는 요소가 된다는 것을 확인하였다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 1984년도 추계학술발표회 논문집
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• pp.52-56
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• 1984

파동 이론에 의한 수중에서의 저주파 음파전달은 음향학적 경계 조건에 의해 결정되는 Normal Mode로 특징지어 진다. Normal Mode는 수층(Water Layer)뿐만 아니라 수직적으로 층상 구조인 해저 퇴적층(Subatrate)의 음향 특성을 포함하여 결정되는 파동 방정식의 해로서 이에 의해 수층 및 해저 퇴적층에서의 음압 분포와 감쇠를 계산할 수 있다. 본 논문은 저주파 음파 전달에 관한 Normal Mode 이론에 의하여 음원의 주파수와 해저 퇴적층에서의 음속 분포등에 따른 각 Mode의 음압 분포, 감쇠등에 관한 음향학적 해석으로 원거리까지 진행하는 수중 음파의 해저 퇴적층 투과 심도를 추출하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.145-153
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• 2003

공진주 실험은 탄성파 이론을 이용하여 흙의 동적 물성, 즉 전단변형률의 크기에 따른 전단탄성계수와 재료감쇠비를 측정하는 실험이다. 공진주 실험에 의한 시료의 동적물성의 측정은 공진주 실험 시스템의 동적 거동에 대한 이해를 전제로 한다. 공진주 실험의 시료 및 실험장치의 구성은 고정단-자유단 경계조건을 가지고 있는 연속보로 단순화할 수 있어서, Richart, Hall and Woods는 공진주 실험 시스템에 대한 파동방정식을 유도하였으나, 시료를 단순히 탄성으로 가정하였고 시료의 점성을 고려하지는 않았다. 그리고, Hardin은 파동방정식의 유도에서 시료의 점탄성을 고려하였으나, 시료의 전단탄성계수를 결정하기 위하여 시료의 점탄성을 가정하여야 하는 문제점을 가지고 있었다. 본 연구에서는 기존의 연구자들이 시도했던 공진주 실험 시스템에 대한 파동방정식을 새로운 측면에서 유도하였으며, 새로이 유도된 파동방정식의 해법을 제안하였다. 한편, 일반적으로 시스템에 대한 동적 거동을 이해하는 방법으로, 시스템의 운동방정식을 이용하는 방법이 있으나, 공진주 실험 시스템에 대한 동적 거동의 해석방법으로 이와 같은 운동방정식을 이용하는 해석방법을 연구한 경우는 거의 없었다. 운동방정식에 의한 해법은 시스템의 동적 증폭계수와 동적 응답에 대한 위상각을 구할수 있기 때문에 파동방정식에 대한 해법보다 더 많은 정보를 활용할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 공진주 실험 시스템에 대한 보다 기본적이고 많은 정보를 도출하기 위하여, 공진주 실험 시스템에 대한 운동방정식을 유도하였으며, 이를 이용하여 공진주 실험자료를 해석하는 새로운 해석기법의 제안을 위한 근간을 마련하였다. 그리고, 공진주 실험 시스템에 대한 유한요소 해석을 수행하여, 본 연구에서 제안한 공진주 실험시스템의 이론적 모델링의 타당성과 합리성을 검증하였다.

• 한국석유지질학회지
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• 제1권1호
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• pp.47-52
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• 1993

지진파의 전파속도와 감쇠정도가 불균질한 매질에서 2차원 지진파 단면자료에 대한 주파수-파수 영역에서의 구조보정 방법 및 그 결과를 제시한다. 파동전파의 감쇠효과를 포함시키기 위해 일반화된 주파수-파수 구조보정 방법을 개선하여 파동장의 상향 및 하향 외삽연산자에 복소수 전파속도를 사용한다. 이 복소수 전파속도의 허수 부분은 지진파 감쇠 척도인 Q 값을 포함하도록 한다. 불균질한 전파속도와 비탄성을 가진 매질 속에서의 전파방정식의 해를 얻기 위해, 불균질한 매질자체를 일정한 전파속도와 비탄성을 갖는 평균적 매질과 가상적 파동원의 불균질한 분포로 규합된 등가의 시스템으로 취급한다. 가상적 파동원은 전파속도와 매질비탄성의 불균질 정도에 따라 그 세기가 좌우된다. 이 방법에 의해 수 개의 구조 모델에 대해 수치적으로 계산된 결과는 기존의 일반화된 파수-주파수 구조 보정 방법에 의한 것보다 더욱 선명한 단면 영상을 보여주며 파의 비탄성에 의해 불명확하게된 영상신호가 복원된다. 이 방법은 석유나 천연가스가 부존된 구조 또는 파쇄대가 존재하는 지역에서 획득된 자료를 구조보정하는데 유용하게 쓰일 것이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.87-95
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• 2018

이 논문에서는 스펙트럴 요소법과 외연적 시간적분법을 이용해 SH파의 전파 거동을 계산하는 수치해석 기법을 제시한다. 2차원 영역에서의 탄성파 해석을 위해 해석영역을 유한 영역으로 한정하고 파동이 반사되지 않도록 수치적 파동흡수 경계조건인 perfectly matched layer(PML)를 도입하였다. PML이 포함된 시간영역 파동방정식의 유한요소해법을 위해 스펙트럴 요소법을 적용하였고 Legendre- Gauss-Lobatto 수치적분법을 사용하여 질량행렬을 대각화하였다. 2차 미분방정식 시스템의 파동방정식을 1차 미분방정식 시스템으로 변환하였고 병렬화를 통한 탄성파 해석 성능의 최적화를 위해 외연적 시간적분법인 4차 Runge-Kutta 방법을 이용해 해석영역에서의 변위응답을 계산하였다. 2차원 해석영역에서 SH파의 전파 거동을 계산하는 수치예제를 통해 제시한 외연적 스펙트럴 요소법의 정확성을 검증하였고 PML로 인한 반사파의 감쇠효과를 확인하였다. 외연적 시간적분법을 통한 탄성파 해석 기법은 3차원 영역과 같은 대규모 문제에서의 탄성파 수치해석을 효율적으로 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국추진공학회지
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• 제23권6호
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• pp.1-10
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• 2019

노즐 내 파동은 노즐목을 빠져나가는 유동의 공력음향학적인 효과로 인해 연소불안정을 감쇠시키는 주요 요소 중 하나로 알려져 있다. 이와 같은 효과는 노즐 어드미턴스라는 지표를 통해 정량적으로 평가가 가능하다. 본 연구에서는 현재까지 로켓 연소불안정 억제에 가장 효과적인 노즐감쇠(nozzle damping)와 연계된 노즐 어드미턴스를 구하는 여러 기법을 소개한다. 이중, 가장 널리 알려진 1차원 선형 오일러 방정식을 도입하여 노즐의 주 설계 변수에 따른 노즐 어드미턴스의 경향을 분석하였다. 분석 결과, 노즐 수축부 길이가 짧아질수록 축방향 노즐 어드미턴스의 값이 낮게 나타나는 주파수 영역대가 확장되므로 짧은 노즐일수록 주파수 의존성을 줄인다는 기존 이론을 검증하였다. 또한, 짧은 노즐 이론을 통한 어드미턴스 예측은 1차 접선방향 압력 섭동에는 적합하지 않음을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.629-640
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• 2007

본 논문에서는 무한영역을 유한의 요소영역으로 표현하는데 있어서 가장 폭넓게 사용되는 점성감쇠기를 이용한 흡수경계의 성능을 향상시키기 위한 연구를 수행하였다. 2차원 평면조화파동방정식을 이용하여 응력파의 경계면으로의 입사각에 따른 흡수경계조건을 최적화 하였으며, Miller 등이 제안한 반무한 탄성체에서의 주기하중에 의한 전파식을 최적화된 점성감쇠기를 이용한 흡수경계 조건식에 삽입한 후 방정식의 해를 직접 비교함으로서 해석적인 검증을 수행하였다. 또한 수치적 검증을 위해 유한요소법을 사용하여 Miller 등의 파진행 문제를 구현하였으며, 이때 흡수경계를 구현하기 위해 점성감쇠기를 부착시킨 수치모형에서의 변위와 파의 도달시간을 고려하여 반사파의 영향을 제거시킨 수치모형에서의 변위를 비교함으로써 흡수율을 산정하였다. 흡수율은 수치모형의 경계와 내부점에 대해 각각 산정되었으며 이를 통해 수치적 검증을 수행하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3B호
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• pp.323-334
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• 2008

본 연구는 유체장에 대한 Navier-Stokes방정식과 자유수면을 효과적으로 추적할 수 있는 VOF법을 지배방정식으로 사용하는 수치파동수로를 적용하여 고립파(지진해일)에 대한 이열투과성수중방파제의 파랑제어기능을 수치적으로 검토한다. 고립파의 조파는 수치파동수로의 계산영역내에 설치된 수치조파기(내부조파소스)를 이용하였으며, 구조물에 의한 고립파의 파랑변형을 논한 기존의 연구결과와 본 해석결과를 비교함으로써 본 연구의 타당성을 확인하였다. 이로부터 일렬 및 이열의 투과성수중방파제에 의한 고립파의 파랑변형, 전달율, 반사율 및 에너지플럭스를 포함한 파동장의 변화를 수치시뮬레이션하였다. 비록 한정된 범위의 연구결과이지만, $h_0/h=0.925$($h_0$는 수중방파제의 천단고, h는 수심)를 갖는 이열수중방파제의 경우에 수중방파제 배치간격 $l/L_{eff}>0.4$(여기서, $L_{eff}$는 고립파의 유효거리)의 범위에서 입사파랑의 파고는 이열수중방파제에 의해 약 60%까지 감쇠되는 것을 알 수 있었으며, 일렬수중방파제에 비해 반사율이 약 47%정도로 증가하고, 전달율은 약 18%로 감소하였다. 따라서, 본 연구에서 고립파의 제어를 위해 처음으로 도입되는 투과성이열수중방파제는 일렬의 경우와 대비하여 경제적으로, 그리고 보다 효과적으로 고립파를 제어하는 것을 알 수 있었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.42-57
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• 1995

자유표면의 유동문제는 저항추진성능과 내항성능이 우수한 선박과 파랑중 작업성능이 우수한 해양구조물의 설계와 관련되어 조선해양공학분야에서 지속적으로 관심의 대상이 되어온 연구분야이다. 본 논문에서는 선체주위 유동을 정확하고 효율적으로 해석하기 위한 3차원 수치해법의 개발을 목적으로 하였다. 수치해법으로 경계요소법을 사용하였으며, 그린함수는 간단한 랜킨소오스를 사용하였다. 전 경계요소면은 8점 경계요소로 표시하여 기하학적 특성을 정밀하게 반영하고자 하였다. 자유표면에서 속도포텐셜의 변화를 정규화된 8점 경계요소에서 이중 2차 스플라인함수(bi-quadratic spline function)로 표시함으로써 자유표면에서의 수치감쇠 및 분산오차를 개선하였다. 한편 물체표면에서의 물리량은 8점 경계요소의 특성을 살려 이중 2차 다항식(bi-quadratic function)으로 근사하였다. 이와같이 계산영역에 따라 해의 특성에 부합하는 수치방법을 채택함으로써 수치해의 정확성과 효율성이 향상되도록 하였다. 개발한 수치해법의 효능을 검증하기 위해 계산예로서 정상유동 및 비정상유동의 경우 Neumann-Kelvin문제를 다루었다. 본 방법에 의한 몰수 타원체 및 Series 60선에 대한 조파저항 계산결과는 적은 파넬수를 사용하고도 기존의 계산치는 물론 실험치와 좋은 일치를 보였다. 변형된 Wigley선형에 대한 동유체력 계산결과도 기존의 실험치 및 계산치와 비교적 잘 일치하였다. 비정상 유동의 경우 랜킨소오스법에서 일반적으로 적용하는 상류방사조건은 무차원주파수가 1/4보다 큰 경우에만 유효하므로, 본 논문에서는 파동방정식 연산자를 이용하여 무차원주파수가 1/4보다 작은 경우에 적용할 수 있는 상류방사조건을 유도하였다. 수면하에서 전진하며 동요하는 소오스에 대하여 적용한 결과 본 논문에서 유도한 방사조건이 유효함을 입증하였다.