• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.127-136
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• 2007

본 논문에서는 비동질 반무한 평면에 대한 비례경계유한요소법의 식을 유도하고 수치예제를 해석하였다. 비례경계유한 요소법은 편미분 방정식을 경계방향으로는 유한요소와 같은 근사를 통해서 약화시키고 방사방향으로는 정확해를 사용하는 반 해석적인 방법으로, 방사방향으로 멱함수를 따라 탄성계수가 변화되는 반무한 평면에 대해서 관계식을 가상일의 원리에 근거하여 새로이 유도하였다. 이 과정에서 반무한평면의 거동이 Euler-Cauchy방정식을 따름을 보이고, 기존의 동질 반무한평면의 해석시 도입되던 로그모드가 비동질 반무한 평면의 해석에는 유효하지 않음을 보였다. 수치예제를 통하여 유도된 식이 타당한 거동을 보임을 증명하고 이 접근법이 실제 공학적 문제의 해결에 있어서 유용함을 보였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.199-208
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• 2008

본 논문에서는 초기값을 갖는 비동질 반무한 평면문제를 비례경계유한요소법으로 해석하기 위하여 무한요소를 이 해석법에 도입하였다. 초기값을 갖는 반무한 평면의 자유면은 비례경계좌표계의 원주방향의 좌표를 이용하여 모델링하였고 무한요소는 이 자유면이 나타내는 무한한 영역을 모사하기 위해 사용되었다. 반무한 평면의 물성치(탄성계수)에 대한 초기값은 비례중심의 위치와 비례경계좌표계에서의 반지름 멱함수를 이용하여 나타내었다. 사상형 무한요소를 사용하여 일관된 정식화가 가능하였고, 제안된 해석법에 대한 적용성과 성능을 두 수치예제를 통하여 보였다.

• 수산해양기술연구
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• 제38권2호
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• pp.110-118
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• 2002

본 논문에서는 무요소 이론을 정식화하였고 이를 이용한 1차원 및 2차원 EFG 프로그램을 Visual Basic과 C언어를 이용하여 작성해 보았다. 그리고 각각의 EFG 수치해석의 예를 작성된 프로그램을 이용하여 해를 구하였다. 해석결과는 다른 문헌의 결과와 일치하였으며 해석결과에서 나타나듯이 무요소 해의 정도는 영향영역의 비례축소인자 dmax와 가중함수의 종류, 절점 배치형태에 의해 좌우된다는 사실을 알 수 있었다. 특히 1, 2차원 EFG 해석결과에서 가장 최적의 해를 보이며 정해(exact solution)에 가장 근접한 조건은 dmax = 2 이고 가중함수가 3차 Spline형일 때로 나타났으며 유한요소법과 마찬가지로 절점의 수가 많을 수록 그리고 절점을 균일하게 배치할수록 높은 정도를 나타내는 것을 알 수 있었다. 특히 2차원의 경우 3차 Spline형 이외의 다른 가중함수를 사용할 경우에 상당히 큰 오차를 나타내는 점은 1차원 EFG 해석의 결과와는 다른 점이었지만 그 외 대부분 같은 결과를 나타내었다. 1차원에서 절점을 임의로 배치한 경우는 비교적 균일하게 배치한 경우가 해에 근접하는 형태를 나타내었으며 절점 간격이 상대적으로 적은 곳에서 큰 오차를 나타내었다. 그리고 절점을 임의로 선택할 때 변위가 모두 ‘0’의 값을 가지는 경우를 볼 수 있는데, 이는 화면상의 좌표계산에서 생긴 미소한 오차가 절점들에 의해 반복됨으로서 발생하는 것으로 보인다. 또한 탄성계수 값이 클 경우 dmax 에서 계산이 제대로 수행되지 못하는 경우가 있는데, 이는 수치가 double형의 크기를 초과하기 때문인 것으로 보인다. 결과에서 나타나듯이 무요소법에서 적당한 가중함수와 비례축소 인자를 사용하면 정해에 가까운 우수한 해를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 비록 프로그래밍 과정이나 이론의 정식화가 유한요소법에 비해 상당히 어려운 점은 있으나 무요소법은 요소의 정보를 필요치 않으므로 사용자 입장에서는 매우 편리할 것이다. 앞으로 경계조건을 효과적으로 만족시키는 문제를 해결하고 효과적인 알고리즘이 개발된다면 실용적으로 유한요소법을 대신할 수 있는 좋은 대안이 될 수 있을 것이라 생각된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6B호
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• pp.507-514
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• 2011

본 논문에서는 하천에 유입되는 열 오염물질의 혼합거동을 분석하기 위해 2차원 수심 평균된 이송-분산방정식에 유한요소법을 적용하여 수치 모형을 개발하였다. 유한요소법의 여러 수치기법 중 SUPG법을 적용하였으며, 복잡한 하천경계를 보다 정확히 재현할 수 있도록 삼각 및 사각 요소망의 혼용이 가능하도록 하였다. 열 오염물질의 거동을 표현하기 위해서 열 교환을 묘사하는 반응항을 평형온도와 수온과의 차이에 비례하는 식으로 나타내고, 열교환 계수 및 평형온도에 따라 수온의 변화가 적용되도록 방정식을 구성하였다. 모형의 검증을 위하여 직사각형 수로에 선원으로 연속주입하여 얻은 수치해와 1차원 정상상태의 해석해를 비교하였다. 비교결과 수치해와 해석해의 결과가 서로 일치하는 것으로 밝혀졌다. 모형의 현장적용을 위해 상수원 보호구역인 팔당댐 하류부터 잠실수중보까지 22.5 km 구간을 대상영역으로 하였다. 구리하수처리장 방류수에 의한 수온 변화를 모의한 결과 수질측정망 측정자료와 비교적 비슷한 경향이 나타났다. 본 연구에서 개발한 수치모형이 열 오염원 유입으로 인한 수온 변화를 잘 표현하는 것을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.475-482
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• 2010

본 논문에서는 대규모 자유도 시스템의 병렬처리를 위하여 2단계로 이루어진 영역분할법(Domain Decomposition Method) 기반의 병렬 알고리즘을 제안하였다. 분할된 영역의 내부 및 외부 경계를 상위영역문제로 정의하고 국부영역문제는 변위 경계조건이 모두 주어지는 분할영역에서의 Dirichlet 문제로 구성한다. 상위영역에서는 전체 상위영역에 대한 강성 행렬의 어셈블이 필요없는 반복법을 통하여 변위를 구하고, 이를 바탕으로 국부영역에서 Multi-Frontal Sparse Solver (MFSS)를 이용하여 변위를 계산한다. 상위영역문제의 연산에서 프로세서 간의 데이터 교환을 최소화하여 계산효율을 유지하며, 동시에 해석 가능한 자유도를 증대시키는 병렬 PCG(Preconditioned Conjugate Gradient)법 기반의 알고리즘을 개발하였다. 제안된 알고리즘을 적용하여 수치해석을 수행한 결과, 프로세서 수가 증가할수록 계산성능의 손실없이 해석 가능한 자유도가 비례하여 증가하는 선형 확장성을 관찰할 수 있었으며, 대규모 자유도 문제에 효과적으로 사용 가능함을 확인하였다.

• 대한치과보철학회지
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• 제48권2호
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• pp.111-121
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• 2010

연구목적: 본 연구에서는 임플란트 주변 골흡수 양상의 차이가 임플란트와 주변골의 응력 분산에 미치는 영향을 알아보기 위해 수평 골흡수와 임플란트 주변 수직 골흡수에 있어서 주변골의 응력분산, 생물학적 폭경의 형성과 응력분산의 변화 관계 및 병적인 골흡수시의 주변골 응력분포를 유한요소 분석법을 사용하여 비교하고자 하였다. 연구 재료 및 방법:우측 제1 소구치 전방에서 제2 대구치 후방까지의 하악골 모형에서 자연치를 제거하고 직경 4.0 mm, 길이 10.0 mm의 나사형 임플란트를 제1 대구치 부위에 식립하였다. 수평 수직 골흡수의 차이를 보기 위하여 골흡수가 나타나지 않은 형태를 대조군 (I)으로 하여, 1.5 mm 수평 골흡수 (H1.5), 3.0 mm 수평 골흡수 (H3.0) 모형과 이에 상응하는 수직 골흡수 모형 (VW1.5; 1.5 mm, VW3.0; 3.0 mm)을 설계하였고, 생물학적 폭경의 형성과 응력 변화를 관찰하기 위해 생물학적 폭경이 형성되는 과정을 가정한 모형(B0; 피질골에서 임플란트와의 골유착이 없이 밀접하게 접촉된 상태, B1; 피질골에 0.5 mm 폭의 수직 골흡수가 발생한 상태)과 생물학적 폭경이 형성된 상태 (B2)의 모형을 설계하였으며, 생물학적 폭경이 형성된 상태는 0.5 mm 폭을 가지며 임플란트 장축에 경사진 형태를 가지고 있는 1.5 mm 깊이의 수직 골흡수 상태로 형성하였다. 병적 골흡수 상태는 수직 골흡수를 가정한 기존 모형 (VW1.5, VW3.0)과 골흡수가 더 진행된 VW4.5, 기저부에 피질골화가 이루어지지 못한 VO3.0, VO4.5, VO6.0모형을 추가하였다. 하중조건은 수직, 수평하중 그리고 협측 $45^{\circ}$경사하중을 각각 100 N씩 임플란트 보철물 부위에 가하였다. 결과: 분석결과 수평 골흡수와 수직 골흡수에 있어서 전반적인 응력의 크기와 임플란트에 가해지는 응력의 크기는 서로 대응하는 모형에서 유사하였으며, 수직 골흡수에 서 수직력을 받을 때 C2에서 C4로 1.5 mm의 골흡수가 증가하였으나 골에서 발생한 최대응력은 오히려 감소하였다. 수직 골흡수에서 응력이 결손부의 수직 벽을 통해 상부로 분산되는 것을 볼 수 있었다. 생물학적 폭경 형성 단계에서 응력이 가해지는 경우 피질골에서의 결합이 없는 A2에서 피질골 전반에 높은 응력이 발생하였으며 생물학적 폭경의 완성을 가정한 B1에서는 임플란트와 피질골의 경계에서 발생한 응력이 경사진 피질골을 따라서 퍼져나가고 있음을 보였다. 병적 골흡수에서 골결손부 하방에 피질골이 없는 경우는 골흡수에 비례하여 응력이 증가 하였으나 피질골이 있는 경우에는 응력의 증가가 골흡수량의 증가와 비례하지 않음을 보였다. 결론: 임플란트 주변 골흡수의 양이 같아도 흡수된 형태에 따라 발생하는 응력의 크기와 응력분산이 다르게 나타났으며 초기 골흡수 현상은 피질골과의 결합이 약할 때 이 부위에 응력이 증가되어 나타나며, 이후 응력이 감소되어 평형을 이루는 것으로 보인다. 수직 골흡수가 증가할 경우 피질골의 존재 유무가 응력 분산에 큰 영향을 미치며 피질골이 있는 경우 일정 범위에서 응력의 감소가 나타나 응력분산에 유리한 형태에서 골흡수의 진행을 감소시킬 수 있을 것으로 보인다.