• 한국음향학회지
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• 제20권1호
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• pp.68-76
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• 2001

유한요소법을 이용하여 압전 수중음향센서의 모델링 및 음향특성을 해석하였다. 압전 수중음향센서의 해석에서 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE (Infinite Wave Envelop Element)를 도입하였다. Tonpilz형 수중음향센서를 수중 산란체로 볼 경우 입사파가 산란체의 표면을 가진할 때 산란체로부터 발생되는 산란파는 IWEE로 인하여 무한 유체영역에서의 산란파의 감소특성을 갖게 되어 무한영역을 유한영역으로 나눈 인위적인 경계에서 반사가 일어나지 않게 되므로 산란파의 음압을 정확히 구할 수 있었다. 또한, 이러한 산란해석을 바탕으로 입사파에 대한 음향센서 내부의 전기적 응답특성인 RVS (Receiving Voltage Signal)를 구하였다. 이러한 일련의 연구 과정들은 소나 시스템을 정확히 해석하고 음향특성을 예측하는데 큰 도움이 될 것이다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.93-100
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• 2021

고정된 격자시스템에서 임의형상의 불투과 경계를 갖는 물체와 유체와 연성해석이 가능한 IB(Immersed Boundary)법이 개발 된 이후로 다양한 CFD 모델에서 IB법의 활용이 증가하고 있다. 기존의 IB법의 대부분은 구조물의 경계면에서 산정되는 유체력으로부터 수치적으로 경계조건을 만족시키는 directing-forcing법이나 구조물 내부에 가상셀을 위치시켜 보간을 통해 경계조건을 만족시키는 ghost-cell법들로 알고리즘이 복잡하다. 본 연구에서는 고정된 격자시스템에서 가동물체형 구조물 해석이 가능함과 더불어 3차원으로의 확장도 용이한 SIB(Simplified Immersed Boundary)법을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 SIB법은 각 상(phase)의 밀도함수가 국소질량의 중심과 함께 이동하는 것으로 가정한 단일유체모델(one-field model for immiscible two-phase fluid)을 기초로 하였다. 또한 이동하는 고체상태의 구조물을 취급하기 위해 고체의 밀도함수를 이용한 체적가중평균법을 적용하고, 수치확산을 방지하기 위해 이류계산에는 CIP법을 적용하였다. 제안된 SIB법의 해석성능을 검토하기 위해 자유수면으로 낙하하는 물체에 대한 수치모의를 수행하였다. 수치해석결과는 자유수면으로 낙하하는 물체를 양호하게 재현하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.570-573
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• 2011

본 논문에서는 배관의 국부변형을 고려하여 각 배관의 특성으로 인하여 발생하게 되는 최대 응력 발생지점에 대한 평가 및 설계기법을 제안한다. 다중관은 일반적으로 배관의 매설 조건이 불안정한 곳이나 배관의 내부 유체의 유출 모니터링 및 난방관 등의 보온을 목적으로 사용되나, 다중관의 거동에 대한 거동 및 설계에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서 제안한 기법은 탄성범위에서 거동하는 연성관을 대상으로 하며 외관의 형상 및 외부 하중에 의하여 예상되는 국부 변형을 설계 인자로 고려하는 방법이다. 일반적인 원형관의 경우 관의 하단부에서 가장 큰 국부 변형 반경을 나타나며, 국내외에서 사용하고 있는 정사각 콘크리트 보호공의 경우 관의 상측, 하측부($45+90n^{\circ}$)에서 가장 큰 반경을 관찰할 수 있다. 이는 내압이 작용하는 구조물에 대하여 낮은 압력에도 항복에 이르는 환경을 제공하기 때문에 설계 시 반영되어야 할 중요한 요소이다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권10호
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• pp.1265-1271
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• 2011

본 논문에서는 유한요소 모델을 사용한 유체-구조 해석을 통하여 원자력 발전소 임시 받침대의 내진에 대한 안전성을 평가하였다. 임시받침대는 수중에 존재하기 때문에 유체-구조 연성을 통하여 유체의 영향을 고려하였다. 유체의 영향은 구조물의 단위길이당 추가질량으로 정의하여 적용하였다. 각각의 운전기준지진(OBE)과 안전정지지진(SSE)의 설계조건을 층응답스펙트럼(Floor Response Spectrum: FRS)으로 적용하여 진동해석과 내진해석을 수행하였다. 해석된 임시받침대의 최대변위는 운전기준지진에서 0.29mm 이고, 운전정지지진에서 최대변위는 0.36 mm 이다. 최대응력은 운전 기준지진에서 17.9 MPa, 안전정지지진에서 19.6 MPa 이며, 이 값은 재료의 항복강도의 23 %, 14 % 수준이다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권5호
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• pp.361-366
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• 2017

컴퓨팅 아키텍처와 응용 소프트웨어 기술의 발달로 최근에는 근사가 아닌 실제 물리계 모사라는 컴퓨터 시뮬레이션의 궁극 목표가 현실 이슈로 대두되고 있다. 본 논문에서는 미국 정부 주도 슈퍼컴퓨팅 기반 다물리 시뮬레이션 사업의 결과물로 나온 일리노이 대학의 일리노이 록스타라는 유체-구조-연소 연성 해석툴을 활용하여 충격파관 내의 금속판의 미소 시간 운동을 전산모사하고 기존 실험, 해석들과 비교하는 연구를 수행하였다. 전산유동해석은 정렬격자를 기반으로 하였고 구조해석은 대변형 선형탄성을 가정하였다. 또한 강한 연계 시간적분법이 적용된 알고리즘의 고도화로 인해 충격파 내 금속패널에 관한 높은 수준의 실험-계산 상관성을 보였다. 본 연구의 제한적인 검증연구를 확장하여 해석환경 내 추가 모듈들의 검증작업들과 코드개선을 통해 오픈소스 기반 연구개발 도구로서 활용할 예정이다.

• 대한조선학회논문집
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• 제48권3호
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• pp.260-266
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• 2011

For long slender offshore structures, such as cables and pipe lines, their interaction with surrounding fluid flow becomes an important issue for global design of ocean systems. We employ a long circular cylinder as a representative case of slender offshore structure. A flexibly mounted cylinder in cross-flow generates complex vortex shedding and results in oscillation of the structure. In this paper, flow behind a circular cylinder at Re=100 is simulated. The vortex shedding pattern and flow induced motion are examined in the cross flow configuration as well as with various yaw-angled configurations. The "Lock-in" phenomenon is also observed when reduced velocity is approximately 4.0. The MAC Grid system, which is the typical grid system for Cartesian mesh and pressure correction methods, are used for solving the incompressible Navier-Stokes equations. Predictor/Corrector method is applied for obtaining a non-linear response of structure at the flexibly mounted. The existance and motion of the body is represented by the immersed boundary technique.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권4호
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• pp.331-340
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• 2021

본 논문은 비예측 극한하중인 폭발하중에 노출된 RC building 구조물의 폭발손상평가를 위한 수치해석적 연구이다. 수치해석의 효율성 및 정확성을 높이기 위해, 폭발하중에 대한 정의, 유체-구조 연성을 위한 Euler-Lagrange 커플링 기법 적용, 그리고 고변형률 속도가 고려된 콘크리트 및 강재 재료구성모델이 제안된다. 특히 효율적인 폭발하중 정의를 위해, Euler-FCT 기법을 통하여 TNT 질량에 따른 시간별 압력하중 데이터가 확보되고, 이는 RC building 구조물 총 7 지점의 폭발위치에 적용되며, ANSYS-AUTODYN 솔버에 연결되어 수치 시뮬레이션이 수행된다. 해석결과, TNT 질량 및 폭발 위치에 따라 손상 차이가 발생하였으며, 먼저 TNT 질량 20 kg 일 경우 3 곳의 폭발손상 지점에서 주부재 중 슬래브에서만 중간 및 가벼운 손상이 발생되었고, TNT 질량 100 kg 일 경우 5 곳의 폭발손상 지점 중 3 곳은 슬래브 및 보 부재에서 중간 손상이 발생되었으며, 2 곳은 슬래브에서 심각한 손상이 발생되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권12호
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• pp.2541-2549
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• 2002

In order to study the vibration characteristics of fluid-structure interaction problem, two rectangular plates coupled with bounded fluid were investigated. Experimental modal analyses were carried out to extract the modal parameters of the system. Additionally. finite element modal analyses performed using a commercial computer code, ANSYS. The FEM solutions were compared with the experimental solutions to verify the finite element model. As a result, the comparison between the experiment and FEM results showed excellent agreement. The transverse vibration modes, in-phase and out-of-phase, were observed alternately in the fluid-coupled system. The thickness effect of the plates on the fluid-coupled natural frequencies and mode shapes was investigated for two different cases with the identical thickness and the unequal thickness. It was found that the coupled natural frequencies increase with the thickness for the identical plates regardless of the mode phase. The experimental and the finite element analysis results showed that the out-of-phase mode shapes were deviated from the symmetrical mode shapes in the plate transverse direction fur the unequal plate thickness case.

• 한국해안해양공학회지
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• 제12권3호
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• pp.139-148
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• 2000

본 연구에서는 유체가 채워진 착저식 유연막 구조물과 파와의 상호작용 문제를 유탄성 이론을 사용하여 살펴보았다. 먼저 동역학적 문제를 풀기에 앞서 유체로 채워진 유연막 내부에 일정한 압력이 작용하였을 때, 유연막의 형상과 막에 작용하는 초기장력을 정역학문제를 풀어 구한다. 동역학적 문제를 풀기 위하여 유체영역을 내부영역과 외부영역으로 나누어, 내부영역을 유연막을 경계로 영역 1과 영역 2로 다시 나눈다. 내부영역에서는 경계요소법을 사용하여 파동장을 풀고, 외부영역에서는 고유함수전개법을 사용하여 해를 구한다. 두 영역이 만나는 정합면에서 이미 구한 해를 정합시켜 완전한 해를 구한다. 유연막의 거동은 원주 좌표계를 사용하여 유도된 선형화된 막방정식을 사용하여 이때 외력은 영역 1과 영역 2의 압력차로 주어지므로 영역 1과 영역 2의 해는 막방정식을 통하여 연성된다. 유체가 채워진 착저식 유연막 방파제의 성능에 미치는 중요한 변수로는 유연막의 형상(폭, 높이)과 유연막 내부압력, 유체의 밀도이다. 설계변수들을 바꿔가면서 유연막에 의한 파랑제어 효과를 투과율을 통하여 살펴보았다. 또한 파의 입사각도에 따른 파랑제어 효과를 함께 고찰하였다. 수치계산결과는 Ohyama의 실험결과와 비교하였고 두 결과는 정량적인 값 차이가 나지만 정성적으로 일치하고 있음을 확인하였다. 적절히 설계된 유연막은 소형어항 보호용이나 레저용 방파제로 활용할 수 있는 가능성을 발견하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.408-409
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• 2008

This paper presents a new development for topology optimization of heat-dissipating structure with forced convection. To cool down electric devices or machines, two types of convection models have been widely used: Natural convection model with a large Archimedes number and Forced convection with a small Archimedes number. Nowadays, many engineering application areas such as electrochemical conversion device or fuel cell devices adopt the forced convection to transfer generated heat. Therefore, to our knowledge, it becomes an important issue to design flow channels inside which generated heat transfer. Thus, this paper studies optimal topological designs considering fluid-heat interaction. To consider the effect of the advection in the heat transfer problem, the incompressible Navier-stokes equation is solved. This paper numerically studies the coupling phenomena and presents optimal channel design considering forced convection.