• 대한기계학회논문집A
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• 제38권1호
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• pp.17-23
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• 2014

그래픽 처리장치(GPU)는 병렬적인 정보를 포함하는 문제를 해결하는데 이상적이다. 본 연구에서는 GPU 는 입자동역학과 함께 다물체 동역학 시뮬레이션을 효율적으로 수행하기 위해 사용되었다. 수치계산을 위해서 HHT 암시적 적분 알고리즘이 사용되었다. 입자들 사이의 접촉을 판별하기 위해서 공간 분할 알고리즘과 입자 거동 해석법으로 이산 요소법(DEM)이 사용되었다. 개발된 다물체 동역학 프로그램은 해는 ADAMS 프로그램의 결과와 비교 검증하였다. CPU 기반의 순차해석 프로그램과 GPU 기반 병렬 프로그램은 입자의 수에 따른 수치계산 효율성을 알아보기 위해 서로 비교되었으며, 입자의 수가 많아질수록 계산시간은 단축되었다. 본 예제에서 입자의 수가 1,300 개일 때, 순차 해석 프로그램보다 병렬 프로그램이 약 5 배 가량 빠른 계산 속도를 보였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권2호
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• pp.145-152
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• 2017

식품, 약학 분야 등 많은 산업 분야에서 다른 특징을 가지는 분자 알갱이들을 잘 혼합하는 것은 중요한 작업이다. 컴퓨터 시뮬레이션의 발달로 적정 수준의 혼합 상태를 얻기 위해 먼저 시뮬레이션을 통한 최적의 혼합 조건들을 찾는 작업이 보편화되고 있다. 이에 따라 시뮬레이션 과정에서 혼합 상태를 측정할 수 있는 혼합 지수에 대한 필요성이 증가하고 있다. 현재까지 많이 사용되는 혼합 지수는 두 가지 종류로 분류되는데 첫째는 샘플링을 통한 통계적 기반의 방법이고 두 번째는 전체 입자들을 모두 사용하여 혼합 지수를 계산하는 방법이다. 본 논문에서는 DEM 시뮬레이션으로 입자들을 혼합하는 과정에서 획득한 데이터에 대해 다양한 혼합 지수들을 계산하여 각 혼합 지수들의 성능과 장단점을 비교 분석하였다. 이로써 적절한 혼합지수를 선택하여 사용할 수 있는 실험적 정보를 제시하고자 한다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권1호
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• pp.27-44
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• 2022

Gravelly soil is a kind of special geotechnical material, which is widely used in the subgrade engineering of railway, highway and airport. Its mechanical properties are very complex, and will greatly influence the stability of subgrade engineering. To investigate the mechanical properties and failure mechanism of gravelly soils, this paper introduced and verified a new discrete element method (DEM) of gravelly soils in large scale direct shear test, which considers the actual shape and broken characteristics of gravels. Then, the stress and strain characteristics, particle interaction, particle contact force, crack development and energy conversion in gravelly soils during the shear process were analyzed using this method. Moreover, the effects of gravel content (GC) on the mechanical properties and failure characteristics were discussed. The results reveal that as GC increases, the shear stress becomes more fluctuating, the peak shear stress increases, the volumetric strain tends to dilate, the average particle contact force increases, the cumulative number of cracks increases, and the shear failure plane becomes coarser. Higher GC will change the friction angle with a trend of "stability", "increase", and "stability". Differently, it affects the cohesion with a law of "increase", "stability" and "increase".

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제15권1호
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• pp.27-35
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• 2012

A numerical simulation for particle collection efficiency in a wire-plate electrostatic precipitator (ESP) has been performed. Method of characteristics and finite differencing method (MOC-FDM) were employed to obtain electric field and space charge density, and lattice boltzmann method (LBM) was used to predict the Electrohydrodynamic (EHD) flow according to the ion convection. Large eddy simulation (LES) was considered for turbulent flow and particle simulation was performed by discrete element method (DEM) which considered field charging, electric force, drag force and wall-collision. One way coupling from FDM to LBM was used with small and low density particle assumption. When the charged particle collided with the collecting plate, particle-wall collision was calculated for re-entertainment effect and the effect of gravity force was considered.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제74권3호
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• pp.407-423
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• 2020

The pre-peak cyclic shear mechanism of two-order asperity degradation of rock joints in the direct shear tests with static constant normal loads (CNL) are investigated using experimental and numerical methods. The laboratory testing rock specimens contains the idealized and regular two-order triangular-shaped asperities, which represent the specific geometrical conditions of natural and irregular waviness and unevenness of rock joint surfaces, in the pre-peak cyclic shear tests. Three different shear failure patterns of two-order triangular-shaped rock joints can be found in the experiments at constant horizontal shear velocity and various static constant normal loads in the direct and pre-peak cyclic shear tests. The discrete element method is adopted to simulate the pre-peak shear failure behaviors of rock joints with two-order triangular-shaped asperities. The rock joint interfaces are simulated using a modified smooth joint model, where microscopic scale slip surfaces are applied at contacts between discrete particles in the upper and lower rock blocks. Comparing the discrete numerical results with the experimental results, the microscopic bond particle model parameters are calibrated. Effects of cyclic shear loading amplitude, static constant normal loads and initial waviness asperity angles on the pre-peak cyclic shear failure behaviors of triangular-shaped rock joints are also numerically investigated.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.133-141
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• 2007

굴착손상영역(EDZ)은 굴착으로 인해 현지 암반이 역학적으로 손상을 입게 되어 응력상태, 변위상태, 암반의 안정성, 지하수의 흐름상태 등에 변화가 일어나는 영역을 의미한다. EDZ의 역학적 특성과 관련한 많은 연구들이 수행되었지만, EDZ에서의 지하수 유동 특성에 관한 연구는 아직 부족한 수준이다. 따라서 본 연구에서는 굴착으로 인해 굴착면 주변의 수리적 간극이 늘어나는 영역을 산정하여 '수리적 굴착손상영역'이라 정의하고 이를 위해 수리-역학적 상호작용(coupling)해석을 수행하였다. 이는 개별 불연속면 망의 생성을 통한 역학적, 수리적 변화의 모사가 가능한 개별요소법(discrete element method; DEM)을 이용하여 수행하였다. 이를 통해 EDZ에서 지하수의 흐름에 영향을 미치는 각종 조건들(불연속면의 간극, 불연속면 군의 방향, 불연속면 군의 길이, 불연속면의 각도 등)의 변화와, 응력분포, 지하수의 유동 등으로 인해 수리적 간극 값이 어떻게 변화하는지를 파악하였다. 이 결과를 토대로 수리적 간극이 커지는 영역, 수리적 EDZ를 공동 주변의 불연속면 방향에 수직 방향으로 존재하는 타원형의 형태로 모델링 하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.99-106
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• 2003

본 연구에서는 장비하중이 고려된 폐기물 매립지 라이닝 시스템의 단면 설계를 위하여 제안된 개별요소법에 근거한 안정해석 기법과 실수형 유전자 알고리즘이 적용된 새로운 최적화 설계기법이 제안되었다. 개별요소법에 근거하여 제안된 해석기법을 장비하중이 적용된 폐기물 매립지의 라이닝 시스템 해석에 적용함으로써, 라이닝 시스템의 구성요소 중의 하나인 덮개 흙의 단면 변화에 따른 영향이 검토되었다. 또한 폐기물 매립 용량을 최대화할 수 있는 매립지라이닝 사면 형상을 결정하기 위하여, 실수형 유전자 알고리즘에 근거한 최적화 과정을 통한 최적설계 예제해석이 수행되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권4호
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• pp.465-474
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• 2012

본 연구에서는 수 많은 입자가 포함된 다물체 동역학 모델을 시뮬레이션 하여 그 결과를 도출하였다. 수 많은 입자들은 GPU 를 적용한 이산 요소법을 이용해 풀었다. 입자들의 Contact Force 를 계산하기 위해 Fast Algorithm 이 적용되었고 계산 속도 향상을 위해 NVIDIA 사의 CUDA 프로그래밍을 하였다. 입자들간의 계산은 Explicit 적분기가 사용되었으며 다물체 동역학은 순환 공식(Recursive Formulation)을 사용 하고 Implicit 적분기를 사용하였다. 입자들과 다물체 사이의 Contact Force 를 동시에 시뮬레이션 하기 위해서 입자동역학과 다물체 동역학의 통합해석을 할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 수치 실험의 예로서 화물트럭의 입자 영향을 알아 보기 위한 화물트럭 모델과 대부분의 동력 전달 장치에 사용되는 기어 모델을 시뮬레이션 하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.13-20
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• 2024

본 논문에서는 유동체를 해석할 수 있는 수치해석기법 중 하나인 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)의 병렬해석 알고리즘이 소개된다. 무요소법(meshless method)의 SPH는 연속체 거동을 입자기반으로 표현하기 때문에 컴퓨팅하는데 높은 자원을 요구한다. 그래서 병렬해석 알고리즘은 SPH 시뮬레이션에서 필수적으로 고려되어야 한다. 계산영역을 일정한 간격으로 분할시켜 독립적으로 해석하는 영역분할 알고리즘은 병렬해석 알고리즘 중에 가장 대표적인 방법이다. 그리고 그 중 Cartesian 좌표계의 영역분할 방법은 입자들의 좌표를 빠르고 편리하게 검색할 수 있는 장점이 있어, DEM(Discrete Element Method)이나 MD(Molecular Dynamics)에서 대중적으로 사용되고 있다. 그러나 SPH의 경우 입자들이 smoothing 길이 이내의 주위 입자 정보가 필요하기 때문에 분할 영역 간의 입자정보 공유가 중요하다. 그리고 이에 따른 CPU의 로드밸런스가 중요하다. 본 연구에서는 직교 영역분할의 크기를 동적으로 미소화 시켜 잉여 CPU가 발생하지 않도록 하는 높은 병렬효율성의 알고리즘이 제안되었다. 그리고 수치해석 모델을 통하여 효율성을 검증하였다. 유동체 모델에 대해 총 30 CPU까지 제안된 방법의 병렬효율성을 검토하였고, 28개의 물리적 코어 수까지 90%의 병렬효율성을 얻을 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권1호
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• pp.15-23
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• 2008

본 연구에서는 개별요소법에 근거한 상용 수치해석 프로그램인 PFC2D를 이용하여 조립재인 쇄석의 전단특성 모델링을 수행하였다. 본 연구를 통하여 기존의 연속체 해석에서 고려하기 힘든 조립질 재료의 입도분포 및 공극, 불규칙한 형상을 모델링 할 수 있었다. 또한, 대형직접전단시험을 수행한 실험결과와 비교를 통해 입자특성과 관련한 조립질 재료의 고유 특성을 본 연구에서 모델링한 불연속체 모델링으로 모사할 수 있음을 알 수 있었다. 이러한 모델링 기법은 향후 다양한 입도 및 공극특성을 갖는 조립질 재료의 현장 강도 특성을 예측하는데 도움이 될 수 있다.