• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.08a
• /
• pp.98-98
• /
• 2012

최고진공도 10-10 mbar, 배기속도 2500 L/s를 구현할 대용량 복합 분자펌프(TMP) 설계를 위한 3차원 유동해석을 실시하였다. 진공도가 10-5 mbar 이상이 되는 고진공도에서는 Knudsen 수가 102~107에 이르러 분자간 충돌을 거의 무시할 수 있게 되며, 이때의 유체해석 방법으로서는 통상 희박기체 해석법으로 많이 쓰이는 Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) 방법이나 Continuum fluid에 대한 Navier-Stokes 해석보다, 충돌이 없는 분자의 자유운동을 모사하는 Monte Carlo 방법이 더 적합할 수 있다. 본 연구에서는 다단계 rotor와 stator로 구성되는 복합분자 내 유동장에 Monte Carlo 해석법을 적용하여 유동해석을 실시하였다. 해석 방법의 타당성을 확인하기 위해 동일한 형상에 대해 Navier-Stokes 해석과 DSMC 해석을 병행하였다. 각각의 수치적 해석에서 공통적으로, TMP의 성능에 지배적인 영향을 미치는 설계변수는 rotor-stator의 날개각임이 확인되었고, 이 설계변수들의 최적값을 다양한 3차원 유동해석을 통해 도출하였다. 해석결과는 펌프설계에 적용되어 펌프 성능시험결과를 통해 확증된다.

• Computational Structural Engineering
• /
• v.3 no.3
• /
• pp.53-54
• /
• 1990

응력 변형율의 관계가 시간에 대한 미분의 형태로 나타나는 비선형 탄소성 혹은 점탄소성 재질을 갖는 구조물이나 지만의 거동 문제를 유한요소법 등의 방법을 이용하여 해결하려고 하는 경우 주어진 외력에 의한 새로운 응력이나 응력 강화 현상을 표현하는 여러 재료 상수값들을 구하기 위해서는 적분을 요하게 되며 일반적으로 수치해석적 방법에 의해 수행된다. 이러한 수치해석적 적분방법은 보다 정확한 결과를 얻기 위하여 알고리즘 자체의 정확성과 안정성이 요구된다. 정확성은 수치해석적 적분방법이 적용될 수 있는 step size에 관계없이 거의 동일한 결과치를 얻을 수 있느냐 하는 것을 말하고 안정성은 큰 step size에서도 수렴된 결과치를 얻을 수 있느냐 하는 것을 의미한다. 그 뿐만 아니라 비교적 복잡하고도 그 대상영역이 큰 문제를 해석하고자 할 때는 수렴속도 또한 빠른 해석방법이 바람직하게 된다. 따라서 본 기사에서는 여러가지 가능한 수치해석 적분 방법을 소개하고 그들의 장단점을 논하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.335-335
• /
• 2021

하천의 홍수터는 평상시 수면위로 노출되어 국민의 여가생활을 위한 공원, 주차장 등으로 활용되다 홍수기 수위가 상승하면 침수되는 하천공간이다. 홍수범람 면적 또는 홍수위 산정을 위한 수치모의 시, 홍수의 평면적인 변화를 분석하기 위해서는 1차원 모의결과와 지형정보를 연계하여 범람면적을 산정하거나 2차원 수치모형의 격자를 대상공간에 대하여 구축한 후 모의를 수행한다. 1차원 수치모형은 계산효율이 우수하고 지류의 합류에 의한 영향을 다수 반영하거나, 긴 구간의 하천단면 구축을 통하여 경계조건이 수치해석 결과에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 그러나 지형의 영향으로 발생하는 국부적인 유속변화와 유향의 평면적인 분포에 의해 발생하는 범람면적의 변화를 반영하기 어렵다. 홍수범람을 고려하여 제작하는 홍수위험지도는 2차원 수치모형의 결과를 기반으로 한다. 2차원 수치모형은 하도의 만곡, 제방의 형상 등과 같은 지형에 의한 유속장의 변화, 흐름영역의 수축 및 확대에 의한 유속의 변화 등을 자세히 반영할 수 있는 장점이 있다. 반면에 수치격자 생성 및 계산결과 도출에 소요되는 시간이 길고 계산영역 설정의 한계로 인하여 경계조건이 흐름해석결과에 영향을 미칠 수 있는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 국내외적으로 1차원과 2차원 수치해석기법을 연계하여 하나의 모형으로 구축한 1-2차원 수치해석 모형이 개발 또는 적용되고 있다. 1-2차원 연계해석기법은 1차원 해석영역과 2차원 해석영역을 연계함에 있어서 흐름방향 연계와 횡방향 연계로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 1차원과 2차원 수치해석을 연계하는 기법에 따라서 발생하는 수치모의결과를 비교하고 적용성을 검토하였다. 수리실험 관측결과가 있는 사례에 모형을 적용한 후, 한강지형에 수치모형을 적용하고 그 결과를 비교한다. 또한, 계산에 소요되는 시간을 비교하기 위하여 2차원 수치격자의 해상도를 다양하게 적용하여 수치실험을 수행한다. 분석결과를 기반으로 홍수위험지도 제작, 홍수위산정 및 홍수예보 등에 새로운 기술의 적용성을 검토한다.

• 전기의세계
• /
• v.39 no.3
• /
• pp.39-46
• /
• 1990

반도체 내에서의 전자장 해석을 위한 Maxwell방정식의 단순화, 반도체 방정식의 전개, 물리적인 모델링, 수치해석 기법, 응용분야 및 차세대 반도체 기술 개발을 위한 device simulation 기술등을 review하였다. Poisson방정식의 고유한 quasi-static apporximation을 고찰하였으며, Drift 확산식의 유효성 범위를 증가시키기 위하여 각 물리적인 모델들을 review하였다. 반도체 수치해석에서 빈번히 사용해온 F.D.M.F.E.N.및 B.E.M기법의 장단점과 각각으 수치해석 기법을 이용한 Simulation tool들을 언급하였다. 또한 현재의 반도체 기술과 차세대 반도체 memory기술을 위한 Simulation의 응용분야 및 3차원 Simulation에 필요한 기본적인 tool의 조건을 언급하였다.

• Explosives and Blasting
• /
• v.21 no.3
• /
• pp.11-16
• /
• 2003

다단 장약 터널 진동제어 발파에 대하여 개별요소법과 유한요소해석법으로 수치해석적으로 검증하였다. 그 결과, 단당 장약량을 줄이고 다단으로 분산시키면 발파로 인한 파쇄도 효과적이고, 진동도 감소할 수 있음을 보여 주었다. 이러한 현상에 대하여 파괴역학적으로도 설명하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2007.05a
• /
• pp.1297-1301
• /
• 2007

홍수위 산정을 위하여 이용되는 기법은 평균적인 홍수위 산정이 가능한 1차원모형과 하천 좌우의 수심 편차까지 해석이 가능한 2차원 모형 및 수심에 대한 변동까지 해석이 가능한 3차원 모형으로 구분된다. 이중에서 기본계획 수립시 사용되는 모형은 1차원 수치해석 모형으로 하천 단면별로 평균홍수위 만을 산정하므로 만곡부하천의 특성의 영향이 반영되지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 연구는 만곡부 하천을 선정하여 총2.4Km구간의 모형을 제작하였으며, 수리모형 실험을 통하여 일차원 및 이차원 수치해석을 실시하여 모형실험값과 비교 고찰하였다. 본 연구를 위하여 일차원 수치해석은 HEC-RAS모형을, 이차원 수치해석에서는 SMS모형을 사용 하였다. 연구결과, 유속의 경우 우안지점의 평균 유속은 모형실험은 8.33m/s, 일차원 및 이차원 수치해석은 각각 3.08m/s, 8.57m/s로 나타남을 확인 하였으며, 평균유속은 이차원 수치해석이 모형실험과 유사한 값을 보였다. 또한 수위경우는 모형실험의 좌안과 우안에 대한 일차원 및 이차원 수치해석의 최대 오차는 각각 0.66m, 0.84m와 0.28m, 0.48m로 수위 또한 이차원 수치해석이 수리모형실험과 유사한 결과를 보였다. 따라서 본 연구를 통하여 알 수 있듯이 만곡부 하천의 경우 일차원 수치해석보다는 2차원수치해석을 실시하여 기본계획을 수립하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
• /
• 2011.04a
• /
• pp.635-638
• /
• 2011

유한요소법은 편미분방정식(Partial Differential Equation)의 수치적 근사 해를 구하기 위한 가장 일반적이고 효율적인 방법으로 다양한 공학 분야에서 널리 사용되어지고 있다. 유한요소법의 해석은 연속적인 범위를 가지는 문제를 여러 개의 요소로 나누어 다항식의 형상함수를 만들게 되며 결과적으로 근사 해를 구하게 된다. 이때 해석의 정확성을 높이기 위하여 형상함수의 차수를 높이고 요소의 개수를 늘리게 되면, 이에 따른 수치 계산량의 급격한 증가로 인해 수치해석의 효율성은 떨어지게 된다. 이를 보완하기 위해 유한요소법에 영역분할기법을 적용하여 병렬해석을 수행하면 해의 정확성과 효율성을 동시에 높인다. 병렬해석을 수행하는데 있어서 클러스터의 구조적 특성은 해석의 효율성에 영향을 미치게 된다. 따라서 본 논문에서는 일반적인 모델에 대하여 병렬해석의 수행을 통하여 클러스터의 구조적 특성이 병렬해석의 효율성에 미치는 영향에 대해 확인한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.103-103
• /
• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.105-105
• /
• 2021

본 연구에서는 2차원 비선형 천수모형과 수심평균된 스칼라 이송모형을 해석하는 수치모형에 대해 기술하였다. 수치모형의 정확성을 보장함과 동시에 안정성을 높이기 위해 유한체적법, 플럭스 재구성 및 minmod 제한자를 사용하였다. 비선형 천수방정식의 이송항과 바닥 경사항은 계산된 수심의 양수 보존과 흐름의 정상 상태를 보장하기 위한 second order well-balanced positivity preserving central-upwind method를 이용하여 수치적으로 이산화되었다. 마찬가지로, 이송-확산 방정식 내 이송항은 동일한 2차 풍상차분법을 통해 수치적으로 풀이하였다. 격자점 경계면에서의 불연속으로 인한 수치진동을 방지하기 위해 이송항의 계산에 포함된 보존항의 차이로 인해 발생하는 스칼라의 수치확산을 최소화하기 위해 무차원의 비소산함수를 도입하였다. 또한, 확산항은 유한차분법을 이용하여 이산화하였다. 제안된 수치모형은 시간미분항의 계산을 위해 오일러 기법을 적용하여 계산된 수심 및 스칼라의 양수 보존여부와 함께 정지된 흐름의 정상 상태의 보존여부를 확인하였다. 제안된 수치모형의 해석 정확성을 평가하기 위해 1, 2차원 공간 내 다양한 흐름 조건에서의 해석해를 이용한 3개의 벤치마크 테스트를 수행하였다. 평균 제곱근 오차(Root Mean Squared Error, RMSE)를 산정하여 수치모형의 성능을 정량적으로 평가하였으며, 비소산함수를 적용함에 따라 스칼라의 수치확산이 감소하게 되었음을 확인하였다. 또한, 세 차례의 벤치마크 테스트 결과는 공통적으로 수치모형에 의해 계산된 결과값이 비소산함수를 고려함에 따라 해석해와 잘 일치함을 확인하였다.

• 전기의세계
• /
• v.35 no.9
• /
• pp.611-619
• /
• 1986

전기기기의 해석법에는 첫째로 전기적 등가회로를 구성하여 이를 푸는 회로해석법과, 둘째로 현상을 지배하는 편미분방정식 또는 적분방정식을 적당한 가정하에서 푸는 수치해석법의 두가지가 있다. 그러나 회로해석법의 경우에는 회로망의 구성과 회로정수의 결정이 경험이나 직관에 따르게 되는등 여러가지 이유로 인해 앞으로의 발전을 기대하기가 곤란하다. 한편, 수치해석법의 경우에는 수치계산과정에서 반드시 오차가 수반되므로, 하나의 해석법만으로는 완전한 해석이 곤란하게 된다. 따라서 이 경우에는 문제의 특성에 따라 최적의 결과를 얻을 수 있는 복합적인 해석법이 선택사용되며, 근년의 전자계산기의 발달에 힘입어 전기기기의 해석에 광범위하게 이용되고 있다. 이러한 관점에서 본고에서는 전기기기의 해석에 사용되는 여러가지 수치해석법을 간단히 소개하고, 그중 최선의 방법으로서 가장 널리 연구활용되고 있는 유한요소법에 의한 각종 전기기기의 해석법에 대해 기술하기로 한다.