• 한국전산구조공학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.35-42
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• 2001

본 연구는 변화곡률 수평 곡선보의 면외 자유진동에 관한 연구이다. 뒴과 회전관성을 고려한 변화곡률 수평 곡선보의 자유진동을 지배하는 상미분방정식이 유도되었고, 이 지배미분방정식을 수치해석하여 곡선보의 고유진동수를 산출하였다. 지배미분방정식을 수치적분하기 위하여 Runge-Kutta method를 이용하였고, 고유진동수를 산출하기 위하여 Regula-Falsi method와 결합한 행렬값 탐사법을 이용하였다. 본 연구의 이론적 타당성을 검증하기 위하여 타문헌의 고유진동수와 비교하였고, 실험실 규모의 모형실험을 실시하여 이론값과 실험값의 고유진동수를 비교하였다. 수치해석의 결과로 무차원 재변수들의 변화에 따른 무차원 고유진동수를 제 3모드까지 산출하였고, 그 결과들을 고찰하였다. 본 연구의 결과는 곡선형 교량 등과 같이 곡선부재로 이루어진 구조물의 설계시에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.151-151
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• 2011

평활입자동역학법(SPH, Smoothed Particle Hydrodynamics)은 도수, 댐붕괴류, 쇄파 등과 같이 수면 변동이 큰 유체 역학 문제를 해결하기 위한 무격자법 중의 하나이다. SPH법을 이용하여 1.5에서 8.0 범위의 여러 가지 Froude 수에 대하여 도수를 모의하였다. 또한, SPH의 모의 결과와 비교 검토하기 위해 실험실 수로에 물리모형을 구축하였다. 도수 전면의 위치와 도수 후의 수심을 대상으로 수리실험과 수치모의 결과를 비교하였다. 그 결과 Froude 수가 5 미만일 때, 수치모의결과는 물리 모형과 비교적 잘 일치하였으나, Froude 수가 클 때는 오차가 커지는 경향을 보였다. 이처럼 수치 모의의 결과가 물리 모형과 차이를 보이는 주요 이유는 점성의 처리와 난류에 따른 와도와 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이 문제는 난류모형을 도입하면 어느 정도 개선될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.88-88
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• 2019

컴퓨터 성능향상과 수치해석기법의 발달로 인해 Navier-Stokes 방정식에 기초한 수치모델을 활용한 3차원 유동/파동장 해석이 증가하고 있는 추세이다. 그러나 아직까지 Navier-Stokes 방정식 모델의 계산부하를 PC에서 소화하기에는 무리가 따른다. 게다가 실험실 스케일을 벗어나, 실제 현장을 계산영역으로 설정할 경우에는 계산량이 엄청나게 증가하게 된다. 이것을 극복하기 위해서는 반듯이 병렬계산을 수행하여야 한다. 본 연구에서는 계산부하가 큰 Navier-Stokes 방정식 기반의 3차원 수치모델 LES-WASS-3D를 활용한 대용량 병렬계산체계를 구축한다. 나아가 3차원 정밀 또는 광역의 유동/파동장 해석에 있어서 병렬계산체계의 성능과 적용성을 검토한다. 현재 보급되고 있는 PC들은 모두 멀티프로세서가 장착됨으로 손쉽게 병렬계산을 수행할 수 있다. 그러나 정밀 또는 광역해석을 위해서는 대용량 병렬계산 컴퓨터가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 보조프로세서를 장착한 공유메모리 환경의 고성능 병렬계산체계를 구축한다. 나아가 포트란 기반의 순차코드로 구축된 기존 3차원 Navier-Stokes 방정식 모델 LES-WASS- 3D를 병렬코드로 변환한다. 병렬계산 성능 및 적용성을 검토하기 위한 수치해석을 수행한다. 이상의 과정을 통해 본 연구에서 구축한 병렬계산체계의 성능 및 적용성을 확인할 수 있었다. 그리고 3차원 유동/파동장 해석에 있어서 정확도 향상뿐 아니라, 계산영역을 확장할 수 있는 계기가 마련되었다. 또한 유동/파동 해석보다 많은 계산시간이 필요한 지형변동 해석에도 충분히 적용될 수 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.103-103
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• 2021

실험실에서의 파랑생성에 흔히 사용되는 피스톤형 조파장치는 수심에 따라 유속이 동일하게 생성된다는 제약이 있어 주로 천해파의 생성에 적합한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 제약조건 없이 다양한 유속분포의 파형을 생성하는 수직 다열화된 조파장치가 개발되었다. 우선, 수심방향으로 이산화된 각 패들(paddle)의 스트로크에 대해 선형해석해가 유도되었다. 개발된 해석해는 패들의 수 및 유속분포에 따라 기존의 피스톤형 혹은 플랩형 조파장치 해석해로 근사함이 밝혀짐으로써 포괄적으로 활용될 수 있음이 확인되었다. 즉 개발된 해석해를 활용하면 선택적으로 피스톤형 및 플랩형 조파성능이 구현될 수 있다. 더불어 개발된 해석해는 다상유체의 내부파 생성에도 확정되어 적용가능함이 확인되었다. 다음으로, 개발된 조파장치를 수치적으로 구현하였다. 오픈소스 3차원 수치모형인 OpenFOAM 중, 두 개 이상의 불연속 및 비압축 유체에 대한 Navier-Stokes 방정식을 해결하는 수치 모듈을 사용하여 제안된 수직다열화된 조파장치의 성능이 평가되었다. 이때 동적격자모델(olaDyMFlow)을 결합함으로써 개발된 조파장치 움직임이 물리적 조파장치와 흡사하도록 수치적으로 구현하였다. 모의결과, 여러 개의 다열화된 패들이 층류 흐름 조건에서 심해파를 효율적으로 생성시키고, 중간수심 파랑조건에서는 제안된 조파장치가 상대적으로 덜 유리함을 확인할 수 있었다. 마지막으로 공기, 기름 및 물 등 3상의 흐름조건에서 단 두 개의 패들을 활용하여 각각 내부파 및 표면파를 생성하되었으며, 모의 결과는 해석해과 비교됨으로써 개발된 조파장치의 성능이 검증되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제34권5호
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• pp.521-532
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• 2001

강우유출시 발생되는 질소는 그 발생특성과 천이기작의 비정상성과 공간적 불균일성이 극심하다. 분산형 질소의 효율적인 관리를 위해서 GRASS-AGNPS 호환모형을 사용해서 비점오염 현상을 모의했다. 오염물의 거동에 대한 지형의 영향을 추정하기 위해 수치표고도를 구축하였다. 대상유역은 경북 청도군 청도읍의 한재천 유역으로 선정되었다. 모형 보정을 위한 수질자료는 강우시 유역내 15개 지점으로부터 시료를 채취하여 실험실에서 분석하였다. 모형 보정방법은 시행착오법을 사용하였다. 모형의 수행을 통해 질소성분 비점오염물의 공간적인 분포를 나타내는 수치도를 확보할 수 있었다. 생성된 수치도는 유역의 최적 관리 대책을 위한 의사결정 과정에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권11호
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• pp.973-984
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• 2005

3차원 열동수역학 모형을 개발하여 지형학적으로 복잡한 자연 저수지에서 안정한 성층류의 선택 취수를 부정류 모의하였다. 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 해석하였다. 개발된 수치모형을 3차원 난류, 성층화된 전단층흐름에 적용하여 검정을 하였다. 수치해석결과는 실험실에서 관측된 선택취수시의 속도 및 온도분포의 일반적인 형상을 양호하게 예측하는 것으로 나타났으나, 자연 저수지에서의 흐름에 대한 적용시에는 속도의 크기를 과대모의 하는 것으로 나타났다. 수치모의에서 구해진 선택취수의 물리적 특성을 논하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.66-66
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• 2017

하천에 설치된 저낙차 보의 여수로나 위어는 일반적으로 도수가 발생하도록 설계한다. 이러한 수공구조물위를 통과하는 흐름이 갖는 강한 운동에너지를 소산시키는데 도수는 중요한 역할을 한다. 난류흐름과 도수의 수면부근에서 형성되는 롤러 형태의 와류가 이러한 에너지 소산의 대부분을 유발한다. 이 연구에서는 여수로에서 발생하는 수중 도수 현상을 고해상도 3차원 수치모의를 통해서 재현하고 실험실에서 PIV를 이용해서 관측한 실험결과와 비교분석 한다. 아울러 수치모의 결과는 수중의 바닥면을 따라 발생하는 ?의 내부와 외부 전단층 그리고 도수에 의해서 발생하는 제순한 와류의 동적 거동 특성을 제시한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2019

수리모형실험은 수로 내에서 장시간 파랑을 발생시킬 경우, 수로 내에 반사 파랑의 성분이 누적될 수 있어 상당한 계측 오차를 발생시킬 우려가 있어 수리모형실험 결과의 검증이 필요하다. 일반적으로 수리모형실험 결과의 검증을 위해서는 동일 실험을 무수히 반복하여 불확실성을 제거하거나 다양한 수리실험실에서 수리모형실험을 수행하고 결과를 분석하여 불확실성을 제거할 수 있다. 그러나 이는 엄청난 시간과 노력은 물론 막대한 실험비용이 소요되기 때문에 경제적으로 효용성이 매우 낮아 현실적으로 수행이 어렵다. 이에 비해 수치모형실험은 상대적으로 저렴한 비용으로 수행할 수 있으며, 다수의 실험을 수행하지 않아도 불확실성을 제거할 수 있어 수리모형실험의 검증에 효율적이다. 일반적으로 난류 거동을 동반하는 복잡한 구조물 주변의 흐름 해석에는 3차원 CFD 모형이 필요하다. 특히, 병렬연산이 가능한 CFD 모형을 활용하면 수리모형실험에서도 재현이 쉽지 않은 다양한 조건에 따른 복잡한 흐름을 해석할 수 있어 효용성이 점점 증가하고 있다. 그러나 복잡한 구조물이 존재하게 되면 구조물에 재현에 막대한 격자구조가 필요하여 현실적으로 적용이 쉽지 않다. 이에 대한 대안으로 복잡한 구조물을 비교적 큰 격자에서 재현할 수 있는 가상경계법을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가상경계법은 Navier-Stokes 방정식에서 유체 내에 존재하는 고체를 모멘텀 이론으로 대체하여 고려하는 기법으로 수치모델링 수행 시 매질을 유체만으로 구성할 수 있어 안정적으로 적용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 과업에서는 다양한 분야에서 널리 활용되고 있는 3차원 CFD 모형인 OpenFOAM®기반으로 파랑해석에 필요한 경계조건을 계산할 수 있는 olaFlow를 활용하여 복잡한 구조물을 지나는 파랑해석을 수행하기 위해 가상경계법을 olaFlow에 도입한 수치 알고리즘을 개발하였다. 개발한 수치알고리즘을 활용하여 복잡한 구조를 수치모델에서 재현하였으며, 수치모델에 적용된 수치 알고리즘의 안정성에 대해 고찰하였다.

• 콘크리트학회지
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• 제10권3호
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• pp.219-226
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• 1998

본 연구에서는 경량콘크리트보의 거동을 연구하는데 적용될 수 있는 비선형해석이 나타나있다. 콘크리트에 대한 2축 실험 자료를 사용하여 경량콘크리트의 구성모델을 만들었다. 구성모델에서 콘크리트의 비선형성은 주응력비에 따른 강도증감계수와 탄성계수의 변화에 따른 비선형저감계수를 사용하여 나타내었다. 유한요소 모델해석에서 콘크리트는 8절점을 가진 사각형요소로 하고 철근은 1차원 선형요소로 가정하여 해석하였다. 유한요소해석으로부터 얻어진 수치해석결과와 실험실에서 행한 실험결과를 비교하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제1권2호
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• pp.104-112
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• 1977

확율적 진동 이론을 도입하여 의사 정상파 모델을 세우고 이를 자동차부품들로부터 측정된 미국자동차공학자 협회의 표준 이력 하중의 씨뮬레이숀에 적용하였고 모델의 타당성을 수치적으로 검토하였다. 이 이론 결과는 실험실의 피로 수명의 예측에 응용될 수 있다.