• Korea-Australia Rheology Journal
• /
• 제17권3호
• /
• pp.131-140
• /
• 2005

In this work we show the results of our most recent Direct Numerical Simulations (DNS) of turbulent viscoelastic channel flow using spectral spatial approximations and a stabilizing artificial diffusion in the viscoelastic constitutive model. The Finite-Elasticity Non-Linear Elastic Dumbbell model with the Peterlin approximation (FENE-P) is used to represent the effect of polymer molecules in solution, The corresponding rheological parameters are chosen so that to get closer to the conditions corresponding to maximum drag reduction: A high extensibility parameter (60) and a moderate solvent viscosity ratio (0.8) are used with two different friction Weissenberg numbers (50 and 100). We then first find that the corresponding achieved drag reduction, in the range of friction Reynolds numbers used in this work (180-590), is insensitive to the Reynolds number (in accordance to previous work). The obtained drag reduction is at the level of $49\%\;and\;63\%$, for the friction Weissenberg numbers 50 and 100, respectively. The largest value is substantially higher than any of our previous simulations, performed at more moderate levels of viscoelasticity (i.e. higher viscosity ratio and smaller extensibility parameter values). Therefore, the maximum extensional viscosity exhibited by the modeled system and the friction Weissenberg number can still be considered as the dominant factors determining the levels of drag reduction. These can reach high values, even for of dilute polymer solution (the system modeled by the FENE-P model), provided the flow viscoelasticity is high, corresponding to a high polymer molecular weight (which translates to a high extensibility parameter) and a high friction Weissenberg number. Based on that and the changes observed in the turbulent structure and in the most prevalent statistics, as presented in this work, we can still rationalize for an increasing extensional resistance-based drag reduction mechanism as the most prevalent mechanism for drag reduction, the same one evidenced in our previous work: As the polymer elasticity increases, so does the resistance offered to extensional deformation. That, in turn, changes the structure of the most energy-containing turbulent eddies (they become wider, more well correlated, and weaker in intensity) so that they become less efficient in transferring momentum, thus leading to drag reduction. Such a continuum, rheology-based, mechanism has first been proposed in the early 70s independently by Metzner and Lamley and is to be contrasted against any molecularly based explanations.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
• /
• 한국소음진동공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.835-841
• /
• 2013

Modern solid-state gyroscopes (HRG) with hemispherical resonators from high-purity quartz glass and special surface superfinishing and ultrathin gold coating become the best instruments for precise-grade inertial reference units (IRU) targeting long-term space missions. Designing of these sensors could be a notable contribution into development of Korea as a space nation. In participial, 40mm diameter thin-shell resonator from high-purity fused quartz, fabricated as a single-piece with its supporting stem has been designed, machined, etched, tuned, tested, and delivered by STM Co. (ATS of Ukraine) several years ago; an extremely-high Q-factor (upto 10~20 millions) has been shown. Understanding of the best way how to match such a unique sensor with inner glass assembly of the gyro means how to use the high potential in a maximal extent; and this has become the urgent task. Inner quartz glass assembly has a very thin indium (In) layer soldered the resonator and its silica base (case), but effects of internal resonances between operational modal pair of the shell-cup and its side (parasitic) modes can notable degrade the potential of the sensor as a whole, instead of so low level of resonator's intrinsic losses. Unfortunately, there are special combinations of dimensions of the parts (so-called, "resonant sizes"), when intensive losses of energy occurs. The authors proposed to use the length of stem's fixture as an additional design parameter to avoid such cases. So-called, a cyclic scheme of finite element method (FEM) and ANSYS software were employed to estimate different combinations of gyro assembly parameters. This variant has no mismatches of numerical origin due to FEM's discrete mesh. The optimum length and dangerous "resonant lengths" have been found. The special attention has been paid to analyses of 3D effects in a cup-stem transient zone, including determination of a difference between the positions of geometrical Pole of the resonant hemisphere and of its "dynamical Pole", i.e., its real zone of oscillation node. Boundary effects between the shell (cup) and 3D short "beams" (inner and outer stems) have been ranged. The results of the numerical experiments have been compared with the classic model of a quasi-hemispherical shell band with inextensional midsurface, and the solution using Rayleigh's functions of the $1^{st}$ and $2^{nd}$ kinds. To guarantee the truth of the recommended sizes to a designer of the real device, the analytical and FEM results have been compared with experimental data for a party of real resonators. The consistency of the results obtained by different means has been shown with errors less than 5%. The results notably differ from the data published earlier by different researchers.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제31권6호
• /
• pp.27-44
• /
• 2015

일정수심상에서 임의반사율을 갖는 부분중복파와 흐름이 공존하는 경우 얕은 두께를 포함한 유한두께 및 무한두께의 해저지반내에서 동적응답을 나타내는 해석해를 유도한다. 해석해에서 반사율이 0인 경우는 진행파와 흐름과의 공존장으로, 반사율이 1인 경우는 완전중복파와 흐름과의 공존장으로 간단히 변환된다. Biot의 압밀이론에 기초하여 해저지반은 투과탄성매체로, 간극유체는 압축성으로, 그리고 지반내 간극수의 흐름은 Darcy법칙으로 각각 가정된다. 도출된 해석해는 기존의 해석결과와의 비교 검토로부터 검증되며, 실제 계산에서는 반사율, 흐름속도, 입사파의 주기 및 지반두께 등의 변화에 따른 지반변위, 간극수압, 유효응력 및 전단응력의 변동특성을 면밀히 검토한다. 이로부터 흐름이 존재하는 경우 흐름으로 인한 입사파와 반사파의 주기 및 파장의 변화로 인하여 흐름이 없는 경우의 지반내 동적응답과는 큰 차이를 나타내며, 또한 반사율의 크기에 따라 동적응답에서 큰 차이가 나타난다는 것을 확인할 수 있다.

• 한국해안·해양공학회논문집
• /
• 제27권2호
• /
• pp.118-134
• /
• 2015

일정수심상에서 완전중복파와 흐름이 공존하는 경우 얕은 두께를 포함하는 유한두께 및 무한두께의 해저 지반내에서 동적응답을 나타내는 해석해를 유도한다. 이 때, Biot의 압밀이론에 기초하여 해저지반은 투과탄성매체로, 간극유체는 압축성으로, 그리고 지반내 간극수의 흐름은 Darcy법칙으로 각각 가정된다. 도출된 해석해는 기존의 해석결과와의 비교 검토로부터 검증되며, 실제 계산에서는 흐름속도, 입사파의 주기 및 지반두께 등의 변화에 따른 지반변위, 간극수압, 유효응력 및 전단응력의 변동특성을 면밀히 검토한다. 이로부터 흐름이 존재하는 경우 흐름으로 인한 입사파와 반사파의 주기 및 파장의 변화로 인하여 흐름이 없는 경우의 지반응답과는 많은 차이를 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
• /
• 한국지구물리탐사학회 2008년도 공동학술대회
• /
• pp.51-56
• /
• 2008

등방성 매질에서의 파형역산에 대한 연구는 1980년대부터 꾸준히 이루어져 왔으나 이방성 매질에 대한 연구는 그렇지 못하다. 본 연구에서는 이방성 매질에 대한 시간영역 셀기반 유한 차분 모델링 기법을 이용해 2차원 TI 구조에서의 파형역산 알고리듬을 개발하였다. 반복적인 비선형 역산에서 최대 급경사 방향은 역시간 구조보정의 역전파 방법을 이용하여 간접적으로 계산하였고, 이를 정규화 시키기 위해 슈도-헤시안 행렬을 이용하였다. 본 연구에서 제시된 시간영역 파형역산 기법을 이방성 매질을 포함한 2층 구조와 이방성 Marmousi 모형 자료에 적용하고 이를 등방성 매질만을 고려한 기존의 파형역산 결과와 비교하였다. 본 연구의 결과를 통해 이방성 매질을 등방성 매질로 가정하고 파형역산을 수행할 경우 정확한 영상을 얻을 수 없기 때문에, 실제 탐사 자료의 파형역산을 수행할 경우 이방성 매질을 고려해야 좀 더 정확한 지하 구조를 파악할 수 있음을 확인하였다.

• 대한조선학회지
• /
• 제26권3호
• /
• pp.51-61
• /
• 1989

최근(最近)의 배는 에너지 절약(節約)을 도모하기 위하여 프로펠러 회전수(回轉數)의 저속화(低速化)와 더불어 대형화(大型化)되고 있다. 이와 같은 결과(結果)로 선미관(船尾管)의 후부(後部) 베어링에는 집중하중(集中荷重)이 작용(作用)하게 되어 선박(船舶)의 운항능력(運航能力)을 상실할 정도의 대형사고(大型事故)가 일어나고 있는 예(例)가 많다. 이와 관련하여 최근(最近) 유막(油膜)을 고려한 선미관(船尾管) 베어링 해석(解析)에 관(關)한 연구(硏究)가 활발하게 이루워지고 있다. 본(本) 연구(硏究)에서는 지금까지 연구발표(硏究發表)된 유막(油膜)을 고려한 선미관(船尾管) 베어링에 대한 축(軸)의 위치(位置)를 추정(推定)하는 방법(方法)을 수정보완(修正補完)한 새로운 방법(方法)을 제시(提示)하였다. 즉 축계(軸系)에 대해서는 유한요소법(有限要素法)에 의한 삼차원(三次元) 구조해석방법(構造解析方法), 베어링 유막(油膜)은 유한요소법(有限要素法)에 의한 이차원(二次元) 유체역학해석방법(流體力學解析方法), 그리고 축계(軸系)와 베어링 유막간(油膜間)의 준정적(準靜的) 평형점(平衡點)을 구하기 위해서는 최적화(最適化) 기법(技法)이 사용된다. 본(本) 해석방법(解析方法)의 타당성(妥當性) 여부(與否)를 확인(確認)하기 위하여 Vorus 등이 사용(使用)한 시산대상선(試算對象船)에 대한 일련의 수치계산(數値計算)을 수행하고 동(同) 결과(結果)를 Vorus등의 연구 결과와 비교검토(比較檢討)하여 본 결과(結果), 비교적(比較的) 잘 일치(一致)하고 있음을 미루어 보아 본(本) 해석방법(解析方法)의 타당성(妥當性)이 확인(確認)되었다.

• 한국식품영양과학회지
• /
• 제34권2호
• /
• pp.298-305
• /
• 2005

과채류 포장용 기능성 항균포장지는 항균력이 우수한 식물성 항균소재(botanical antimicrobial agent-grapefruit seed extract mixture: BAAG)의 CaCO$_3$분말제재와 가스흡착제 기능을 소유한 제올라이트를 일정배합비율로 펄프지료에 첨가하여 TAPPI Standard Method T200 sp-96에 의거하여 제조하였다. 아울러, 보류향상제인 cationlc polyacrylamide (Ca-PAM)와 발수처리제 alkyl ketone dimer(AKD)도 같이 첨가하였다. 이때, 사용된 BAAG분말의 평균입자크기는 12.45였으며, Scanning Electron Microscope 촬영사진에서 CaCO$_3$에 침착되어 있는 BAAG 및 제올라이트가 육면체 형태의 미세한 분말로 지료상에 구성되어 있음을 알 수 있었으며, 포장원지내에 보류된 항균제의 보유량을 회분함량으로 측정한 결과, 항균제의 첨가량을 증가시킬수록 회분함량이 증가하는 것으로 미루어 Ca-PAM이 지료 섬유 네트워크내에 항균제를 정착시키는데 매우 효과적인 보류향상제로 작용함을 알 수 있었다. 한편, 분말형 항균제와 제올라이트를 지료에 첨가하여 포장원지를 제조하였을 때, 포장원지의 인장강도(tensile strength)와 파열강도(burst strength)는 항균제와 제올라이트를 첨가하지 않았을 때보다 다소 감소하는 경향을 나타내었고, 반면에 강성(stiffness)과 인열강도(tear strength)는 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나, 기능성 첨가제 분말의 첨가로 인하여 발생할 수 있는 골판지 상자의 라이너나 단위 포장용(itempackaging)포장지의 강도적 성질의 감소현상이 미미할 것으로 판단되어 항균포장지 제조에 사용되는 항균제와 제올라이트분말은 종이의 물성 열화에 미치는 영향이 크지 않는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제19권6호
• /
• pp.959-972
• /
• 2017

발파진동 안정성 평가는 일반적으로 발파 진동추정식을 통해 최대진동속도(PPV)를 산정하고 추정된 속도 값과 법규 혹은 기준에 제시된 허용 기준 값을 비교하여 안정성 여부를 판단한다. 현장 고유의 발파 진동추정식은 시험 발파의 횟수, 대상지반의 지질학적 구조와 발파 조건에 따라 달라지기 때문에 이 식을 통해 정확한 응답 값을 예측하는 것은 한계가 있다. 또한 최대진동속도는 지반에 예상되는 응답 값으로 구조물에 대한 직접적인 평가는 불가능하다. 이와 같은 한계점으로 인해 발파 진동에 대한 구조물의 정밀한 안정성을 평가할 경우 엔지니어들은 상용화된 수치해석 프로그램을 이용한다. 하지만 폭발로 인해 발생하는 발파공 주변 암반의 복합적인 상태변화(파쇄, 분쇄, 균열, 소성변형)를 기존 수치해석 프로그램으로 정확히 모델링 하기가 쉽지 않다. 만약 이러한 일련의 과정을 모사할 경우 절점 수의 제한으로 인해 모델링이 가능한 범위가 한정적이고 긴 연산시간이 소요된다. 따라서, 본 연구에서는 폭발로 발생하는 암반의 복합적 상태변화 과정을 모사하지 않고 파쇄영역 이후 탄성에너지 전파만을 모사하는 해석 방법에 대한 연구를 수행하였으며, 이때 파쇄영역의 형상 및 크기에 따른 속도의 응답특성을 분석하였다. 그 결과 폭원 주변에서는 설정되는 파쇄영역에 따라 계산된 속도의 크기 및 감쇠에 차이를 보였다. 전파되는 진동은 폭원으로부터 멀어질수록 구형으로 확산되는 것으로 나타났다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
• /
• 제21권4호
• /
• pp.373-384
• /
• 2000

본 연구의 목적은 체적 변형률 (volumetric strain)에 의한 스폰지 뼈의 밀도를 예측하는 것이다. 스폰지 뼈의 내부에서 유체의 흐름을 고려하기 위하여 각각의 normal strain의 합을 체적 변형률로 정의하였다. 체적 변형률의 경계조건에 대한 민감한 반응은 스폰지 뼈의 밀도를 예측하도록 하였다. 이러한 이론적 배경을 유한요소법 (finite element method)에 적용시켜 대퇴골 (femur)과 척구 (spine)의 스폰지 뼈에서의 밀도를 예측하였다. 예측된 뼈의 밀도는 실험적 데이터와 매우 유사하였다. (Wolff 1892, Keller et al. 1989, Codyet al. 1992). 뼈의 밀도의 함수인 뼈의 탄성계수와 강도 또한 실험적 결과와 매우 유사하였다. (Keller et al. 1989, Carter and Hayes 1977). 본 연구에서 정립된 알고리즘은 스폰지 뼈의 밀도를 예측하는데 있어서 수렴성과 민감성이 우수하였다. 따라서 본 연구의 컴퓨터 알고리즘은 스폰지 뼈의 밀도예측에 있어서 매우 유용한 방법이 될 것이다.

• 터널과지하공간
• /
• 제31권6호
• /
• pp.593-609
• /
• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 결정질 암석 내 포함된 균열의 열-역학적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 열에 의한 균열의 미끄러짐 거동을 해석하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 여기에서는 Voronoi diagram을 이용하여 다면체 개별입자의 집합체로서 해석모델을 생성하고, 입자 및 입자간 접촉에서 발생하는 열-역학적 거동을 개별요소프로그램인 3DEC을 통해 해석하였다. 암석 시험편의 탄성거동을 재현하기 위하여 등가연속체 개념을 적용하여 입자와 접촉의 미시물성을 산정하였으며, 균열에 상응하는 접촉에는 Coulomb slip model을 부여하여 인장강도와 전단강도를 갖는 불연속면을 모사하였다. 경계응력과 열응력에 의한 균열의 거동을 수치적으로 모델링하였으며, 경계조건에 따라 균열의 미끄러짐이 발생하는 열-역학적 메커니즘을 정량적으로 분석하였다. 해석 결과, 본 연구에서 제시한 해석모델이 암석 내 열팽창과 열응력의 증가, 균열 응력과 변위, 경계조건의 영향 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 실내실험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.