• 대한토목학회논문집
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• 제32권1A호
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• pp.49-53
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• 2012

해안사면의 침식을 막기 위한 해안구조물이 해저면과의 경계면에서 파랑에 의하여 세굴이 발생 할 수 있으며, 세굴에 의한 기초지반의 유실로 해안구조물의 붕괴에 이를 수 있다. 이러한 세굴 현상을 방지하기 위하여 기존의 직립식 해안구조물을 다양한 형태의 해안구조물로 개선하여 제작할 수 있다. 이러한 해안구조물의 세굴 방지 효과를 검증하기 위해서는 많은 비용이 요구되는 조파 실험이 필요하다. 조파실험에 선행하여 모델링을 수행하고 실험결과의 검증 및 추가 분석을 하는 과정을 통해서 큰 비용 절감 효과를 기대할 수 있게 된다. 본 연구에서는 조파실험 해석기법을 제안하기 위해서 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 유체-구조 상호 작용을 고려한 조파 실험 모델링을 하고, 해안구조물과 상호작용에 의한 유체 흐름을 분석하였다. 본 연구에서는 직립형, 경사형, 계단형, 사석형의 4가지 해안구조물의 세굴이 발생 가능성이 높은 위치를 선정하여 유속을 통하여 성능을 비교 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2A호
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• pp.117-122
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• 2012

해안구조물과 해저면의 경계면에서 발생하는 세굴로 인한 해안구조물의 붕괴 현상을 방지하기 위하여 해안구조물의 형태를 유로가 확보된 사석구조물의 형태로 제작한다. 기존의 유로가 확보되지 않은 계단형 해안구조물과 유로가 확보된 사석형 구조물의 비교 분석을 통하여 사석형 구조물의 세굴 방지 효과를 확인할 수 있다. 이러한 해안사석구조물의 다양한 사석 배열에 대한 세굴 방지 효과를 검증하기 위한 실험에 의한 조파실험의 반복수행에 따르는 고비용을 절감하기 위해 프로그램을 이용한 해석적 모의조파실험 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 유체-구조 상호 작용을 고려한 조파실험 모델링을 하고, 해안구조물과 상호작용에 의한 유체 흐름을 분석하였다. 해안구조물의 세굴이 발생 가능성이 높은 위치를 선정하여 해석 기법을 수행하고, 사석구조물의 형태에 따라 선정된 위치에서의 유속과 한계 소류력에서의 유속을 비교하여 세굴 발생의 유무를 비교 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권3호
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• pp.723-728
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• 2014

세굴방지를 위하여 설치하는 해안구조물의 쇄파효과를 검증하기 위하여 수리조파실험이 실시된다. 하지만 수리조파실험을 실시하기 위해서 사용되는 실험 장치와 해안구조물의 제작에 많은 비용과 시간이 소요된다. 수치해석모델과 수리조파실험의 해석결과를 비교하여 검증하면, 수치모델을 활용하여 쇄파효과를 예측할 수 있고 실험 장치와 해안구조물 제작에 소요되는 비용과 시간을 절약할 수 있다. 본 연구에서는 다면체 사석 구조물을 대상으로 수치해석결과와 수리조파실험 결과의 처오름 및 처내림 높이 비교분석을 수행하였고 해석적 모의 조파실험 모델링 기법을 검증하였다. 또한, 사용한 수치해석 접근 방법을 활용하여 사석의 부피비와 마찰면적을 변화시켜 쇄파효과를 예측하였다.

• 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.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.382-388
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• 2017

본 연구에서는 OpenFOAM 기반의 부유식 연직판의 파랑 저감 성능 평가 수치해석 모델링을 수행하였다. Waves2FOAM 라이브러리를 기반으로 내부조파에 의한 파랑 생성 및 스폰지층에 의한 소파 기능을 추가로 적용하였다. 이렇게 추가된 조파 및 소파 기능을 먼저 간단한 2차원 해석으로 검증한 후, Briggs et al.(2001)의 규칙파 실험자료 2가지에 대한 수치모델링을 수행하였다. 모델링 결과는 실험자료와 대체로 잘 일치하였으며, Briggs et al.(2001)에 수록된 WAMIT 수치해석 결과보다 더 좋은 결과를 나타내었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권4호
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• pp.199-208
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• 2019

2차원 조파수조에서 완전반사 조건의 규칙파 조파 실험을 수행하고, 세 가지 서로 다른 CFD 모델의 성능을 검증하였다. 사용된 CFD 모델은 CADMAS-SURF, olaFlow 및 KIOSTFOAM이었다. 쇄파가 발생하지 않는 조건, 중복파의 쇄파가 발생하는 조건, 입사파의 쇄파가 발생하는 조건에서 실험 및 모델링을 수행하였다. 그 결과 세 모델 중 KIOSTFOAM이 실험결과를 가장 잘 재현하는 것으로 나타났다. CADMAS-SURF는 KIOSTFOAM에 비해 계산 시간은 줄어들지만 계산 정확도가 상대적으로 더 낮았다. olaFlow는 계산은 가장 빠르지만 조파 경계에서 반사파 흡수가 만족스럽지 않고 쇄파 발생 시 파랑에너지를 과도하게 소산시키는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.644-647
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• 2011

지형 및 환경에 따라 해안 사면의 침식, 세굴을 막기 위한 효과 있는 해안구조물의 설치가 필요하다. 본 연구에서는 유체-구조 상호작용을 고려해서 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 조파 실험모델링을 하고, 해안사석구조물과 상호작용에 의한 유체 흐름을 분석하였다. 사석의 유무와 크기, 개수 등의 변수를 조정하여 서로 다른 4가지 경우에 따른 결과를 비교 분석하였다. 또한 해안사석구조물을 구성하는 투수 콘크리트의 특성 분석을 위하여 CT 이미지를 사용하여 투수 콘크리트의 공극 분포를 관찰하였다. 투수 콘크리트의 특성에 큰 영향을 미치는 공극 분포의 파악을 위하여 확률 분포 함수를 사용하여 투수 콘크리트 공극의 공간적 분포를 분석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.13-24
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• 2002

본 연구에서는 역학적으로 실질적이면서도 단순화된 방법으로 폭풍과 같은 악후시에 임의의 해안단면에서 발생하는 소상파의 수동학적 거동에 대한 예측모델을 개발하고자 한다. 실제 크기의 폭풍과 조건하에서 사구의 침식을 모의하기 위해 수행된 대형조파수조 실험에서 계측된 실험자료가 모델 개발을 위해서 활용된다. 일반적으로 본 모델은 해안종단방향에서의 소상파의 파고, 속도 및 주기의 변화를 예측할수 있음을 보인다. 정량적으로 보다 나은 소상파 변수들에 대한 예측은 유의 소상파고가 영이 되는 해빈면의 높이, ymax에 대한 예측향상을 통하여 이루어질수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.59-69
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• 2021

최근 친환경 에너지 개발에 대한 관심의 증가로 해상 및 연안 지역에서 대규모 해양구조물들이 건설되고 있다. 해양구조물은 항상 파랑 하중에 노출되어 있으므로 구조적인 안전성을 확보하기 위해서는 파랑에 대한 정확한 이해와 분석이 필수적이다. 실해역에서 수행되는 실험은 해양파를 이해하기 위한 가장 정확한 방법이지만, 변수의 통제가 어렵고 비용과 규모 측면에서 실험이 제한되는 경우가 많다. 본 연구에서는 수치파동수조를 이용하여 다양한 조건의 파를 생성하고 및 이론식과 비교를 통해 파랑 생성 능력을 검증하였다. 입자 기반 수치해석법인 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기법을 이용하여 3차원 수조 및 피스톤 조파기를 모델링하였으며, 반사파에 대한 영향을 최소화하기 위해 수로 끝단에 질량 가중 감쇠 영역을 설정하여 안정적인 파고 및 유속 계산이 수행될 수 있게 하였다. 목표 파랑 조건에서,상대 수심이 2 이하를 만족하는 경우 파형경사에 관계없이 파고와 유속을 계산한 결과가 이론값과 높은 정확도를 보였다. 그러나 상대수심과 파형경사의 목표값이 증가하고, 측정 위치가 멀어짐에 따라서 최대 10% 이상의 오차가 발생하였다. 수치해석을 이용하여 정확한 계산이 가능한 파랑 범위를 무차원 변수를 이용하여 제안하였으며, 차후 수치해석을 이용한 수치파동수조 검증기준과 유체-구조물 상호작용 해석분야 연구에 효과적으로 활용될 수 있다.