• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
• /
• pp.574-577
• /
• 2010

이번 연구에서는 저속 비압축성 유체-구조 연성을 고려한 위상 최적화을 위해 새로운 모노리틱 해석을 개발한다. 이 새로운 해석 기법에서는 기존의 유체-구조 연성 시스템 해석 기법에서 유체와 구조 영역을 분리하고 연성 조건을 만족시키는 것과 다르게 하나의 일치된 해석 방정식을 유체 영역과 구조 영역에 동일하게 적용한다. 또한, 경계조건을 만족시키기 위하여 단일화 된 해석 방정식의 물성치를 바꾸어주는 새로운 방식을 제시하였다. 이 새로운 방법에서는 유체, 구조 영역을 분리하지 않고 Navier-Stoke's 방정식과 선형 탄성식을 동시에 사용하였다. 또한, 유체-구조 영역이 연성 해석 중 변화하는 것을 반영하기 위하여 구조 변위를 이용하여 Deformation tensor를 계산하였고 이를 이용하여 변형 후에서의 Navier-Stoke 방정식의 미분을 계산하는 방법을 제안하였다. 그리고, 정상 상태 유체를 가정하고 속도에 비례하는 마찰힘인 Darcy's force 항을 Navier-Stoke 방정식에 넣고 이 마찰 힘의 크기를 변화시킴으로 해서 유체 방정식에서의 연성 경계 조건을 만족시켰다. 선형 탄성 방정식에서 Divergence이론을 이용해서 경계에서 작용하는 외력이 하는 일을 내부 시스템에 하는 일로 계산하였다. 개발된 모노리스 해석 방법을 이용하여 저속 비압축성 유체가 구조에 미치는 압축력을 계산하였고 이용하여 컴플라이언트 미케니즘을 설계하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
• /
• pp.1048-1050
• /
• 2017

본 연구에는 핀틀 노즐의 열변형 영향을 평가하기 위해 단방향 유체-구조 연성해석을 수행하였다. 단방향 유체-구조 연성해석을 위해 핀틀-노즐의 내부에 발생하는 압력 및 온도분포를 유동해석을 통해 도출하였고, 압력 및 온도분포 값을 각각의 유체-구조 해석의 하중조건으로 적용하여 핀틀의 변형량을 확인하였다. 변형에 대한 추력특성 변화를 확인하기 위해 양방향 유체-구조 연성해석을 수행 중이다.

• 한국음향학회지
• /
• 제29권7호
• /
• pp.448-457
• /
• 2010

단면의 형상이 길이방향으로 일정한 무한길이 도파관 구조물 (waveguide structures)에 대한 진동 및 파동전파 특성은 도파관유한요소법 (waveguide finite element method, WFEM)을 이용해 효과적으로 해석할 수 있다. 도파관유한요소법은 2차원 단면만을 FE 모델링하여 해석하므로 모델의 크기가 작고 연산시간이 짧다는 장점이 있다. 도파관 구조물이 외부 유체와 연성된 경우, 원통형 실린더 또는 파이프와 같이 단면의 형상이 단순한 경우에는 이론적 해석을 수행할 수 있다. 반면 복잡한 형상의 단면을 가진 도파관구조물이 유체와 연성된 경우에는 수치해석 방법이 요구된다. 외부 유체와 연성된 도파관 구조물은 외부 유체와 도파관유한요소 (WFE)를 연성시켜 해석하는 수치해석 방법을 고려할 수 있다. 본 논문에서는 외부 유체 모델링에 경계요소 (Boundary Element)를 도입하고 이를 도파관유한요소와 연성시킨 WFE/BE 방법을 소개한다. 이 방법의 적용 예로써 단순형상의 파이프에 대해 외부 유체의 유/무에 따른 분산선도와 가진점 모빌리티 (point mobility)를 구하고 이를 이론해석 결과와 비교하였다. 또한 WFE/BE 방법을 이용해 파이프에서 외부 유체로 방사되는 음향파워를 구하고 접수 유/무에 따른 영향을 살펴보았다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제37권4호
• /
• pp.344-350
• /
• 2013

본 연구는 200 W급 자이로밀형 수직축 풍력터빈 로터 블레이드 형상에 대한 구조 안정성을 평가하기 위하여 단방향 유체-구조 연성 해석 기법(FSI: Fluid-Structure Interaction)을 적용한 구조해석을 수행하였다. 설계된 수치해석 모델에 대한 3차원 모델링 형상 데이터를 이용하여 격자를 생성하고, 풍력터빈 유동장에 대한 유동해석을 수행하여 구해진 압력데이터를 구조해석 모델에 맵핑한 후 단방향 유체-구조 연성 해석을 수행하였다. 단방향 유체-구조 연성 해석에서 평가되는 최대응력과 각 물성데이터의 항복강도기준으로 안정성을 평가하였다. 유동해석은 정격풍속 10 m/s와 극한 풍속 60 m/s에 대하여 수행하였다. 구조해석 결과로 최대변형량은 블레이드 상부 끝단 측면에서 나타나며, 최대등가응력은 블레이드 외면과 내부 보강재 부분, 스트럿 부분에서 나타나지만, 재료의 항복강도와 최대등가응력 비교시 안전율이 2.21이므로 구조적으로 안전함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제36권7호
• /
• pp.789-796
• /
• 2012

함정의 수중방사소음은 그 해석의 어려움이나 정확성에 있어서 매우 관심이 큰 문제이다. 본 논문에서는 구조물의 수중방사소음을 해석하기 위하여 유한요소/경계요소 연성해석법을 제안하였다. 제안된 방법은 헤름홀츠방정식에 대한 Burton-Miller 적분방정식에 기반하는 부가수 질량과 감쇠행렬을 이용하여 구조물의 구조-유체 연성응답을 해석하고 계산된 구조물의 응답으로부터 수중방사소음을 계산하는 순차적인 방법이다. 구조-유체연성작용의 구조해석은 상용소프트웨어인 MSC/NASTRAN 에 구조-유체연성효과 행렬을 추가하여 해석하는 방법으로 이루어졌고, 수중방사소음의 경우는 전용 소프트웨어를 개발하였다. 개발된 수중방사소음 해석법을 간단한 예제를 통하여 그 특성을 살피고, 실제 함정의 받침대 진동에 의한 수중방사소음의 계산에 적용하여 그 유용성을 보였다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제44권2호
• /
• pp.108-115
• /
• 2016

본 논문에서는 유체를 포함하고 있는 원통형 용기에 고속의 충격체가 관통하는 경우에 대하여 ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian) 방법을 사용하여 유체-구조 연성해석을 수행하였다. 해석모델은 물이 채워진 원통형 폴리머 용기를 고려하였으며, 상용유한요소해석 프로그램 LS-DYNA를 사용하여 연구를 수행하였다. 고속의 충격체가 유체를 포함하고 있는 용기에 충격하여 관통하면서 발생한 수압램 현상에 대해 충격체의 거동 시간이력, 유체의 압력 및 밀도 변화를 통하여 발생하는 유체-구조 상호작용 현상을 분석하였다. 해석 결과는 실험 결과에서 얻은 결과와 비교하여 타당성을 검증하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제38권6호
• /
• pp.547-556
• /
• 2014

본 논문에서는 15,000 마력급 원심식 압축기 임펠러 블레이드에 대한 단방향 유체-구조 연성해석 및 응답표면법을 이용한 형상최적설계를 제시하였다. 임펠러 블레이드의 형상은 공력 성능에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 유체의 압력과 원심력에 의한 임펠러의 구조적 안전성에도 큰 영향을 미치므로 유체-구조 연성해석을 함께 고려한 형상최적설계가 필요한 분야이다. 본 논문에서 유체-구조 연성해석의 유체영역과 구조영역을 ANSYS CFX와 Mechanical을 사용하여 각각 해석하였다. 실험계획법을 기반으로 유체 및 구조해석 결과에 대한 응답표면을 생성하여 구조적 안전성 및 압축비를 제한조건으로 하고 임펠러의 효율을 최대화하는 임펠러 블레이드의 형상최적설계를 수행하였다.

• 전산구조공학
• /
• 제4권1호
• /
• pp.20-27
• /
• 1991

본 논문에서는 유체-구조 상호작용해석의 일종의 3차원 접수구조물의 진동해석을 효과적으로 수행하기 위한 해석방법을 제시하기 위하여 동적재해석기법을 검토하였다. 접수구조물의 유한구조 상호작용해석 결과는 구조진동의 관심 주파수역에서는 3차원 연성 부가수질량으로 표현되는 관성력으로 나타난다. 따라서 구조질량행렬에 부가수질량 행렬이 더해져서 전체 관성력으로 표현된다. 이 부가수질량을 추가질량으로 보고 재해석기법을 응용하는 방법을 수치실험을 통해 검증하였다. 이 때 재해석기법이 갖추어야 할 조건은 원구조의 질량과 거의 같은 정도의 질량이 추가되고 또한 완전 연성질량이 추가된 경우에도 정확한 해를 주어야 한다는 것이다. 이를 검증하기 위해 직접재해석기법과 섭동법을 이용한 재해석기법으로 4질량 스프링지지구조에 대한 해석을 수행한 결과 직접재해석기법의 응용이 적합함을 쉽게 입증할 수 있었다. 접수구조물의 예로는 3차원 잠수주상체에 대해 접수진동해석을 수행하였으며 그 결과 선체진동해석에 전통적으로 이용되고 있는 2차원 부가수질량과 3차원 수정계수를 사용한 기준차수법에서는 수지모드와 수평-비틔 연성모드와 같이 서로 독립적인 모드에 대해서는 따로 진동해석을 수행해 주어야 하는 단점이 발견되었다. 이 단점을 보완한 각 모드의 3차원 수정계수행렬을 이용한 재해석기법을 도입하여 모드에 상관없이 동시에 해를 구할 수 있었다. 그러나, 이 방법은 3차원 수정계수가 구해져 있는 경우에 한해서만 적용가능하며 실제 선체진동의 경우에는 10Hz 미만의 저차 주선체 진동에 한해서만 적용가능한 방법이다. 고차의 진도옴드에는 3차원 수정계수를 구할 수 없기 때문에 유체-구조 상호작용 해석결과로부터 얻은 3차원 연성 부가수질량을 이용하게 되며 이 때 이 행렬이 접수구조 표면의 전 자유도와 연성되어 있기 때문에 방대한 방정식을 푸어야 하지만 직접재해석기법을 적용함으로써 정확한 해를 구할 수 있었다. 또한 3차원 부가수질량을 이용한 직접재해석기법은 종래의 2차원 부가수질량과 3차원 수정계수를 이용한 방법에 비해 해석시간 면에서도 전혀 불리한 점이 없는 경제적 방법임이 밝혀졌다. 앞으로 Slamming 혹은 수중폭파 등의 충격하중에 의한 천이 구조응답 해석을 위한 효과적인 방법에 대해서도 연구결과를 발표할 계획이다.

• 한국음향학회지
• /
• 제31권3호
• /
• pp.142-150
• /
• 2012

도파관유한요소법 (waveguide finite element method, WFEM)은 단면의 형상이 길이방향으로 일정한 도파관 구조물의 진동을 해석하기 위한 수치해석 기법이다. 도파관유한요소법은 2차원 단면만을 FE 모델링하여 길이방향 파동 전파를 해석하므로 기존의 유한요소법에 비해 해석 모델의 크기가 작고 연산 시간이 짧다는 장점을 가진다. 본 연구에서는 기존의 도파관유한요소법을 확장하여 내부 및 외부에 유체가 채워진 도파관 구조물에 대한 진동 해석을 수행하였다. 이를 위해 내부 유체와 도파관 구조물은 WFE로, 외부 유체는 파수경계요소 (waveguide boudnary element, WBE)로 모델링하고 이들을 연성시킨 운동방정식을 제시하였다. 이 방법의 적용 예로써 내부에 물이 채워진 몰수된 파이프의 진동 및 방사 음향 파워를 해석하였다. 내부 및 외부 유체의 유/무에 따른 분산 선도와 가진점 모빌리티 (point mobility)를 구하고 유체 연성의 효과를 살펴보았다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
• /
• pp.508-511
• /
• 2010

본 논문에서는 정상상태 유체-구조 연성문제를 연속체 기반으로 정식화하고 유한요소법을 이용하여 완전 연성된 해를 구하였다. 대 변형을 고려하기 위하여 토탈 라그란지안 정식화를 사용하였으며 유체 및 구조의 비선형성이 고려되었다. 유체와 구조 영역의 형상을 NURBS 곡면을 이용하여 매개화하여 표현하였으며, 형상 최적화를 위해 효율적인 설계민감도 해석법인 애조인 기법을 이용하여 압력, 속도, 변위 등에 대한 설계민감도를 구하였다. 이를 이용하여 최소 컴플라이언스를 갖게 하는 구조물 내부의 유체영역의 설계 등의 수치예제를 통하여 개발된 방법론의 타당성을 확인하였다.