• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.27 no.3
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• pp.137-145
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• 2014

We present a design sensitivity analysis(DSA) method for multiscale problems based on bridging scale decomposition. In this paper, we utilize a bridging scale method for the coupled system analysis. Since the analysis of full MD systems requires huge amount of computational costs, a coupled system of MD-level and continuum-level simulation is usually preferred. The information exchange between the MD and continuum levels is taken place at the MD-continuum boundary. In the bridging scale method, a generalized Langevin equation(GLE) is introduced for the reduced MD system and the GLE force using a time history kernel is applied at the boundary atoms in the MD system. Therefore, we can separately analyze the MD and continuum level simulations, which can accelerate the computing process. Once the simulation of coupled problems is successful, the need for the DSA is naturally arising for the optimization of macro-scale design, where the macro scale performance of the system is maximized considering the micro scale effects. The finite difference sensitivity is impractical for the gradient based optimization of large scale problems due to the restriction of computing costs but the analytical sensitivity for the coupled system is always accurate. In this study, we derive the analytical design sensitivity to verify the accuracy and applicability to the design optimization of the coupled system.

• Journal of the KSME
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• v.44 no.3
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• pp.46-54
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• 2004

이 글에서는 독자의 이해를 돕기 위해, 비교적 쉽게 전산모사 할 수 있는 균열진동해석, 나노압입 해석, 나노리소그래피 해석 등 세 가지에 대한 분자동역학 해석 결과를 소개한다.

• Journal of the KSME
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• v.57 no.6
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• pp.37-41
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• 2017

이 글에서는 분자동역학 및 탄성 네트워크 모델 기반 계산과학 기법을 이용하여 단백질의 역학적 거동 해석에 대한 연구를 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.307.1-307.1
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• 2013

고진공 상태의 희박한 농도를 가진 분자들은 불연속체의 특징을 가지게 되며, 일반적인 연속체 시뮬레이션으로 물리적 현상을 예측할 수 없었다. 이에 불연속체 시뮬레이션이 가능하도록 분자동역학을 기반으로 한 해석기술을 구축하기 위한 연구를 진행하였다. 아울러 태양전지 고진공 증발증착 공정의 실험결과와 비교하여 시뮬레이션의 적합성을 확인하고 변수의 영향도를 검토하였다. 향후 다양한 변수에 따른 시뮬레이션이 진행되어야 하며, 불연속체와 관련된 솔루션을 제공할 수 있는 데이터와 노하우의 축적 및 해석기술 표준화가 진행되어야 한다.

• KIISE Transactions on Computing Practices
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• v.20 no.10
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• pp.534-542
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• 2014

Multiscale modeling is a new simulation approach which can manage different spatial and temporal scales of system. In this study, as part of multiscale modeling research, we propose the way of combining two different simulation methods, molecular dynamics(MD) and stochastic rotation dynamics(SRD). Our conceptual implementations are based on LAMMPS, one of the well-known molecular dynamics programs. Our prototype of multiscale modeling follows the form of the third party implementation of LAMMPS. It added MD to SRD in order to simulate the boundary area of the simulation box. Because it is important to guarantee the seamless simulation, we also designed the overlap zones and communication zones. The preliminary experimental results showed that our proposed scheme is properly worked out and the execution time is also reduced.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.243-246
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• 2009

본 연구에서는 분자동역학 전산모사와 미시역학 모델을 이용하여 나노입자의 크기와 체적분율 변화가 나노복합재의 물성변화에 미치는 영향을 효과적으로 묘사할 수 있는 순차적 브리징 해석기법을 개발하였다. 나노 입자의 크기변화와 체적분율 변화에 따른 영률과 전단계수를 분자동역학 전산모사를 통해 예측한 후, 이를 연속체 모델에서 구현하기 위해 다중입자 모델을 적용하였다. 나노입자의 크기효과를 반영하기 위해 입자와 기지 사이에 유효계면을 추가적인 상으로 도입하였고, 체적분율 효과는 나노복합재를 둘러싸는 무한영역의 물성값을 통해 조절되도록 하였다. 유효계면과 무한영역의 물성을 입자의 반경과 체적분율의 함수로 근사한 후, 다양한 입자의 크기와 체적분율에서 나타나는 나노복합재의 물성변화를 예측하였다. 제안된 해석기법의 적용을 통해 분자동역학 전산모사 결과와 잘 일치하는 예측해를 효과적으로 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.127-130
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• 2011

본 연구에서는 나노입자와 고분자 기지 간에 공유결합을 형성시킨 나노복합재의 계면특성과 탄성계수에서 나타나는 크기효과를 고려하기 위해 분자동역학과 미시역학모델을 순차적으로 연계하는 멀티스케일 해석모델을 제안하였다. 나노입자의 체적분율이 동일한 5개의 나노복합재 셀에 대해, 입자의 표면 원자와 고분자 기지 간에 탄소로 구성된 공유결합을 생성시킨 후 분자동 역학 전산모사를 통해 탄성계수를 예측하였고, 공유결합이 존재하지 않는 나노복합재의 탄성계수와 이를 비교하여 계면의 물성증가와 탄성계수에서 나타나는 입자의 크기효과를 규명하였다. 향상된 계면의 특성을 연속체 해석 모델에서 고려하기 위해 분자동역학 해석결과와 미시역학 모델을 연계하는 순차적 브리징 기법을 적용하였고, 이로부터 계산된 계면의 물성의 타당성을 유한요소 해석을 통해 검증하였다. 그 결과 입자와 기지 간 공유결합을 통해 나노복합재가 보다 넓은 범위에 걸친 크기효과를 나타냈으며, 제안된 브리징 모델을 통해서 물리적으로 타당한 계면의 탄성계수 값을 계산할 수 있었다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.35 no.6
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• pp.325-331
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• 2022

Hydrogen embrittlement in metals has been a serious issue with regard to structural safety. In this study, molecular dynamics simulations revealed that the aggregation of hydrogen atoms at the crack tips suppresses the dislocation emission and thus results in cleavage fracture. A series of molecular dynamics simulations were performed considering factors such as the concentration of hydrogen atoms, loading rate, and diffusion coefficient. We investigated the conditions that minimize hydrogen embrittlement. The simulation results were consistent with the experimental results and used to quantify hydrogen embrittlement.

• Journal of the KSME
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• v.44 no.3
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• pp.55-63
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• 2004

이 글에서는 마이크로와 나노스케일의 해석에 사용하는 수치모사 방법인 직접모사 몬테 카를로 (Direct Simulation Monte Carlo : DSMC)방법과 분자동역학(Molecular Dynamics: MD)과이 관계에 대하여 설명한다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.119-122
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• 2011

분자동역학 전산모사를 통하여 에폭시에 다양한 반경의 구형 실리콘 카바이드를 삽입한 나노복합재를 모델링하고, 이들의 기계적 물성과 열적 물성 해석을 다양한 온도조건 하에서 수행하였다. 전산모사 결과 동일한 체적분율 하에서 나노복합재는 입자의 크기가 작아질수록 탄성계수와 전단계수가 상승하는 동시에 선팽창계수는 감소하는 입자의 크기효과를 보였다. 또한 온도 상승에 따른 기계적 물성의 하락이 잘 관찰되었다. 본 연구에서는 이러한 분자동역학 해석 결과를 바탕으로 다양한 온도조건 하에서의 입자의 크기효과를 고려한 멀티스케일 3상 모델을 제시하였다. 유리상 조건 범위에서 온도 변화에 따른 나노복합재 계면의 열응력텐서와 열변형률텐서의 정보를 통해 복합재 내에서 계면이 차지하는 부피비를 온도에 대한 함수로 고려하고, 이를 멀티스케일 모델에 반영함으로써 다양한 온도조건에 대한 나노복합재 열탄성 물성의 예측해를 제시하였다. 본 연구에서 제시한 모델에서 계산된 3상 복합재의 물성은 분자동역학 전산모사의 결과에서 나타나는 나노입자의 크기효과를 잘 반영하였다.