• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.59-59
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• 2011

파랑의 전파와 변형에 대한 연구에는 수심방향으로 적분한 2차원방정식인 완경사방정식과 Boussinesq 방정식을 기반으로 한 수치모형을 이용한 연구가 최근까지 가장 활발하게 진행되어 오고 있다. 그러나 실제 구조물의 설계에는 2차원 수치모형에서 고려할 수 없는 수심방향 유속에 기인한 정확도의 문제로 인해 구조물의 형상과 재원을 설계하기 위한 정교한 수치모형실험이 어려워 주로 수리모형실험에 의존해 왔다. 수리모형실험은 실제 현상을 가장 잘 재현해낼 수 있어 신뢰성이 매우 높지만 다양한 실험을 수행하기가 어렵고 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있다. 이에 따라 최근 수심방향으로 완전한 운동방정식인 Navier-Stokes 방정식을 푸는 3차원 수치모형에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이론적으로 매우 우수한 모형이긴 하나 정확도 높은 결과를 얻기 위해서는 매우 조밀한 격자를 필요로 하기 때문에 아직까지 막대한 계산시간이 필요하다는 단점이 있으나 컴퓨터 기술이 급격한 속도로 발전하고 있어 Navier-Stokes 방정식 모형의 적용 가능성은 계속 높아지고 있다. 파랑변형을 다루는 수치모형실험을 수행할 때 외부조파를 사용할 경우 구조물이나 지형에 의해 반사되어 나온 파랑이 조파지점에 도달할 때 실험영역으로 재 반사되는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 내부조파기법의 개발에 대한 연구가 필수적이었으며, 자유수면변위를 변수로 사용하는 모형의 경우 그 연구가 매우 활발하게 진행되어 왔다. 한편, Navier-Stokes 방정식 모형의 경우 자유수면변위를 변수로 사용하는 2차원 모형에 비해 상대적으로 연구가 미흡하였다. 본 연구에서는 기존의 연직 2차원 Navier-Stokes 방정식 모형에 사용된 연속방정식에 질량 원천항을 추가하는 내부조파기법을 도입하여 3차원 수치모형에서 고립파를 내부조파하고, 급경사에서의 고립파의 처오름 및 처내림 현상을 수리모형 실험결과와 비교 및 분석하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 엇갈림 격자체계에서 계산하는 동수압 모형으로서, Two-step projection 기법을 사용하는 유한차분모형을 사용하였다. 본 수치모형은 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(spatially averaged Navier-Stokes) 방정식을 계산하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형으로, 난류 모델링을 위해 Smagorinsky LES 모형을 사용한다. 또한, 압력장의 계산을 위해 Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하였으며, 자유수면 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 수치모형실험이 전체적으로 수리모형실험에서 관측한 파랑의 처오름 및 처내림 현상을 잘 재현하고 있는 것으로 나타났으며, 정량적인 비교를 통해 수치모형의 성능을 검증하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.134.1-134.1
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• 2014

콜로이달 리소그래피는 나노미터 크기의 나노구를 자가조립에 의해 정렬시킴으로써, 파장이하 크기의 주기 구조를 저비용으로 쉽게 구현할 수 있는 패터닝 기법이다. 콜로이달 리소그래피나 소프트 리소그래피와 같이 대면적 패터닝이 가능한 공정을 태양전지를 위한 반사방지 및 광 포획 증대 구조에 적용함으로써, 기존 성능을 크게 향상시켰다. 본 연구에서는, 유한차분 시간영역 수치해석법을 이용하여 반사 방지 및 광 포획 증대 구조에 대한 이론적 검증 및 설계를 진행하였고, 콜로이달 리소그래피 및 반도체 공정을 통해 샘플을 제작하였으며, 제작된 샘플의 성능을 적분구를 겸비한 자외선 가시광 근적외선 영역 분광기를 통해 평가하였다. 반사방지 나노섬을 겸비한 나노 원뿔대 언덕형 굴절률 소자를 구현함으로써, 300나노미터 이하의 구조체를 사용하지 않고도 근자외선 영역을 포함하는 태양광 에너지의 손실을 최소화할 수 있는 광대역 방사방지 구조체를 제시하였다. 나노 원뿔대가 격자상수 이상의 파장에 대한 언덕형 굴절률을 제공하고, 4분의 1파장 나노섬 반사방지막이 격자 상수 이하의 근자외선 태양광을 추가적으로 흡수하여, 근자외선 영역에서의 평균 반사율을 3.8% 수준으로 달성 할 수 있었다. 또한, 낮은 양호계수를 갖는 속삭임 회랑 공진기 어레이를 이용하여, 박막 태양전지에 적합한 유전체 기반 광포획 증대 나노구조를 제시하였다. 나노반구, 나노고깔, 나노구, 함몰형 나노구 어레이 형태를 가지며, 500nm의 주기를 갖는 유전체 표면 텍스쳐드 구조를 초박형 비정질 실리콘 필름(100nm) 위에 제작하여 광대역 광 포획 증대 효과를 실험적으로 평가하였다. 구조들 중 함몰형 나노구 어레이가 결합된 비정질 실리콘 박막이 가장 높은 성능을 보였으며, 구조가 없는 경우 대비 약 67.6%의 가중 흡수율 증가를 나타내었다. 특히, 함몰형 나노구 어레이 구조 중 폴리메틸메타아크릴레이트로 제작된 평판형 함몰층은 나노구 비정질 박막 실리콘 사이의 접착력 및 기계적 강성을 향상시켰을 뿐 아니라, 함몰층 내부로 회절되고 산란된 빛들이 도파모드 효과에 의해 부가적인 광 포획 증대를 가져옴으로써, 가장 높은 광 포획 효과를 얻을 수 있었다. 유전체 기반 나노 구조들은 간단하고 저비용이며, 대면적으로 쉽게 제작할 수 있는 자가 조립 기반 콜로이달 리소그래피 및 소프트 리소그래피 기술을 이용하여 제작되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권6호
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• pp.92-100
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• 2002

본 연구에서는 천음속 미소교란 방정식을 이용하여 조종면의 강제 조화 운동을 고려한 전기체 형상에 대하여 천음속/초음속 비선형 플러터 특성을 파악할 수 있는 정밀 해석 시스템을 개발하였다. 본 시스템에는 충격파의 비선형 특성을 고려하기 위해 전산구조동역학, 유한요소해석 및 전산유체역학 기법을 동시에 연계하여 적용하는 연계시간 적분법을 도입하였다. 복잡한 전기체 형상에 대한 효과적인 격자생성을 위해 자체 자동격자 생성프로그램이 개발되었다. 천음속과 초음속 속도 영역에서 전기체 항공기에 대한 정적/동적 공탄성 특성을 고찰하였으며, 시간 영역에서 조종면 강제 조화운동에 대한 플러터 비행시험 시뮬레이션 결과들을 제시하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.1-10
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• 1998

본 논문에서는 비압축성 Newtonian 점성유동에서 초기에 순간 출발하는 2차원 실린더 주위의 유동을 해석하기 위해서, 와도를 기저로 한 수치해석기법을 제안하고 있다. Helmholtz 분리 형태로 표현된 Navier-Stokes방정식에서 유도되는 와도전달방정식과 압력방정식, 그리고 벡터등식에서 유도되는 속도-와도 관계식을 이 문제의 지배방정식으로 택하고, 경계조건으로는 물체표면에서 와도와 압력의 연성관계와 힘의 평형을 고려한 동적와도경계조건과 동적압력조건이 제시된다. 이 지배방정식과 경계조건을 수치적으로 처리하기 위하여, 와도와 압력이 연성되어 있는 경계조건은 Wu등(1994)이 제안한 대로, 연성관계를 유지한 채로 식을 분리하는 방법을 이용하였고, 와도전달 방정식은 유한체적법으로 계산하였으며, 그 식에 포함된 대류항을 처리하는 방법으로 TVD 방법을 이용하였다. 속도는 Biot-Savart적분항이 포함된 벡터등식에서 panel방법으로 구하고, 압력방정식은 형태가 Poisson방정식이므로 역시 panel방법을 이용하였다. 계산에 사용된 격자로 정규격자를 이용하고, 결과를 다른 수치적, 해석적 결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제14권7호
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• pp.937-946
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• 2020

격자간섭계는 한 위상 물체에 의한 파두의 굴절변화로 인해 그 물체에 대한 미분 위상 영상을 제공하며, 이 미분 위상 영상은 위상 영상으로 전환되어야 할 필요가 있다. 미분 위상차 영상으로부터 위상차 영상을 얻기 위한 선적분 과정은 노이즈를 축적하고 줄무늬 아티팩트를 생성한다. 줄무늬 아티팩트는 선적분이 수행된 위상차 영상에서 적분 방향으로 노이즈와 왜곡이 증가한다. 이 연구에서는 이러한 아티팩트를 줄이기 위해 몇 가지 기계 학습 방법들을 구성하고 비교하였다. 기계 학습 방법들은 상호비교를 위하여 시뮬레이션 된 수치 팬텀과 엑스선 및 중성자 격자 간섭계로부터 얻어진 실험 데이터에 적용되었다. 그 결과 웨이블릿 전처리와 기계 학습 방법(WCNN)의 조합이 가장 효과적인 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.267-275
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• 2022

Non-conforming mesh를 이용해 구조적인 불연속성을 해석 시 요소 내 함수 불연속성과 특이점이 존재하며, 이로 인해 계산의 효율성이 저하된다. 본 연구에서는 이 문제를 해결하기 위해 모멘트 피팅법을 응용한 선택적 확장기법(Duster and Allix, 2020)을 토대로 새로운 고효율 확장 기법을 제시하였다. 특히, 적분과정에서의 비효율성에 초점을 두고 두가지 개선 방안을 제안하고 이를 수치 예제를 통해 검증하였다. 첫째로 음함수-모멘트간 효율적 계산을 위해 인공신경망을 도입하였으며, 기존 확장 기법에 비해 해의 정확성이 유지되면서도 효율적인 계산이 가능함을 확인하였다. 더불어, 구조 해석과 형상 표상용 격자를 분리, 낮은 밀도의 구조 해석 격자에서도 정확성이 향상되었음을 보였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2006년도 추계학술대회논문집
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• pp.848-854
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• 2006

In this study, a computational analysis system has been developed in order to investigate flow-induced vibration(FIV) phenomenon for general stator-rotor cascade configurations. Relative movement of the rotor with respect to stator is reflected by modeling independent two computational domains. Fluid domains are modeled using the unstructured grid system with dynamic moving and local deforming methods. Unsteady, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with one equation Spalart-Allmaras and two-equation SST $k-\omega$ turbulence models are solved for unsteady flow problems. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used flow computing the coupled governing equations of the fluid-structure interaction problem. Detailed FIV responses for different flow conditions are presented with respect to time and vibration characteristics are also physically investigated in the time domain.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제10권4호
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• pp.12-19
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• 2007

In this study, nonlinear flow-induced vibration(flutter) analyses of a 2-DOF launch vehicle airfoil have been conducted in supersonic and hypersonic flow regimes. Advanced aeroelastic analysis system based on computational fluid dynamics and computational structural dynamics is successfully developed and applied to the present analyses. Nonlinear unsteady aerodynamic analyses considering strong shock wave motions are conducted using inviscid Euler equations. Aeroelastic governing equations for the 2-DOF airfoil system is solved by the coupled integration method with interactive CFD and CSD computation procedures. Typical wedge type airfoil shapes with initial angle-of-attacks are considered to investigate the nonlinear flutter characteristics in supersonic(15). Also, the comparison of detailed aeroelastic responses are practically presented as numerical results.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2007년도 춘계학술대회논문집
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• pp.275-282
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• 2007

In this study, a fluid-structure interaction (FSI) analysis system has been developed in order to evaluate the turbine cascade performance with blade structural deformation effect. Relative movement of the rotor with respect to stator is reflected by modeling independent two computational domains. To consider the deformed position of rotor airfoil, dynamic moving grid method is applied. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with one equation Spalart-Allmaras and two-equation SST $k-{\varepsilon}$ turbulence models are solved to predict unsteady fluid dynamic loads. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method with high artificial damping is used to compute the fluid-structure interaction problem. Cascade performance evaluations for different elastic axis positions are presented and compared each other. It is importantly shown that the predicted aerodynamic performance considering structural deformation effect of blade can show some deviations compared to the data generally computed from rigid blade configurations and the position of elastic axis also tend to give sensitive effect.

• 한국해안해양공학회지
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• 제7권4호
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• pp.368-378
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• 1995

2차원 수심적분된 조석 수치모형을 이용하여 남해도 해역의 독립적인 주요 8개 분조(M$_2$, S$_2$, $K_2$, $N_2$, $K_1$, $O_1$, P$_1$, Q$_1$)에 대한 조석도와 조류 타원도를 제시하고, 기존의 관측치와 비교하였다. 이 8개 분조의 개방경계조석에 의해 모형해역의 1개월 실시간 조석(조위, 조류)을 산정하여 매 격자점에서의 조위와 조위를 조화분석하여 구해진 조화상수를 예보상수로 하여 Data Table을 구축하였다. 구축된 Data Table에 의해서 조위와 조류예보 알고리즘에 의해 대상해역내 조석의 시공간적 추정을 신속하게 수행할 수 있는 체계를 구성하였다.