• 전기전자학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.55-61
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• 2009

본 논문에서는 정열계 해석을 위해 유한요소법(F.E.M)을 이용한 열전달 해석 기법에 대하여 다루고 있다. 특히, 열전달의 주요 쟁점인 혼합 경계조건을 띄는 대류 경계조건을 자계 문제와 비교하여 갤러킨법(Galerkin Method)으로 정식화하였다. 그리고 해의 신뢰성을 확보하기 위해 자계 해석을 통해 열원이 되는 손실을 구한 후, 반복적 알고리즘을 통해 에너지 평형 방정식을 만족하는 열전달 계수를 산정하여 열전달 문제를 고려하는 자계-열계 결합 해석을 하였다. 마지막으로, 측정치와 비교하여 제안된 방법의 효용성을 증명하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권3B호
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• pp.175-183
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• 2012

본 연구에서는 천수방정식에 Galerkin법과 Petrov-Galerkin 기법의 일종인 SU/PG 기법을 적용하여 유한요소 천수흐름 해석 모형을 개발하고, 다양한 실험수로에서 이송이 지배적인 흐름을 수치 모의하였다. 수로 내부에 얇은 판 형태의 구조물이 존재하는 경우 Fr 수와 Re 수가 매우 낮은 흐름에서는 Galerkin 기법과 SU/PG 기법이 동일한 결과를 나타냈으나, Fr=1.58인 경우 Galerkin법은 발산하여 해를 얻을 수 없었다. 이 경우 SU/PG법은 Newton-Raphson법에 의한 5회의 반복에 의해 수렴된 유속결과를 구할 수 있었다. 사류와 상류가 혼재하여 천이류가 나타나는 단면확대 수로 모의에서 SU/PG 기법을 이용한 본 연구의 경우 상류단 수심조건이 잘 유지되며, 도수가 발생하는 지점 및 도수에 의한 수심 경사, 도수 후의 수심이 모두 Khalifa(1980)의 실험결과와 매우 근사하였다. 이송이 지배적인 사류(Fr=2.74)에 의한 사각도수 모의의 경우에도 Galerkin 기법은 최초 모의시간의 첫 번째 반복 이후 발산하였으나, SU/PG 기법은 도수 경계면을 수치진동 없이 잘 포착하였으며, 해석해와 비교한 수심 및 유속의 최대 오차는 0.2% 이내로 나타나 기존 연구(Levin 등, 2006; Ricchiuto 등, 2007)에 비해 더욱 정확한 결과를 도출하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제20권3호
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• pp.191-199
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• 2000

본 논문에서는 3차원 형태의 결함을 가진 관에 대한 와전류탐상의 유한요소 수치해석에 대하여 연구하였다. 3차원 와전류탐상 문제를 기술할 수 있는 전자기 수치해석기법으로 3차원 유한요소법을 사용하였다. 맥스웰방정식으로부터 지배방정식을 구하고, 갤러킨 가중잔차법을 이용하여 유한요소정식화를 수행하였다. 해석대상으로는 INCONEL 600 증기발생기 전열관을 사용하였으며, 관의 내부 및 외부에 존재하는 결함을 모델링하여 수치해석을 수행하고, 임피던스로 표현되는 와전류탐상 신호를 계산하였다. 결함 시험편에 존재하는 결함에 대하여 본 논문에서 계산된 결과와 실험결과를 비교하였으며, 잘 일치하는 결과를 얻어 본 논문에서 제안된 수치해석 방법의 타당성을 검증하였다. 이를 바탕으로 결함의 깊이 변화(38%, 58%, 75%) 및 원주방향으로의 결함각도 변화$90^{\circ},\;180^{\circ},\;270^{\circ},\;360^{\circ}$)에 따른 탐상 신호를 계산하여 결함의 크기변화에 따른 신호의 변화특성을 살펴보았다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5B호
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• pp.447-457
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• 2006

본 연구에서는 2차원 수심 적분된 흐름을 모의하기 위한 수치모델을 개발하였다. 유한요소법의 일종인 Characteristic Dissipative Galerkin(CDG) 기법을 적용시켜 천수방정식의 수치해를 구한다. 모델 검증을 위해서 1차원 도수문제에 적용하였고, 계산결과와 해석해를 비교할 때 만족스러운 결과를 얻었다. 정상파를 보이는 단면축소 수로에서의 흐름을 모의한 결과, 실험결과와 유사한 수면분포를 얻었다. 이러한 검증 과정을 통해서 본 수치모델을 이용하여 흐름영역이 갑작스럽게 변화하는 경우에도 모의 가능함을 알았다. 또한 $180^{\circ}$ 만곡수로에 적용한 결과, 만곡부 내측의 유속이 외측에 비해서 크며, 만곡부 내측의 수심은 외측에 비해서 작은 만곡부 흐름특성을 잘 나타내고 있다. 그러나 만곡수로에서 이차류에 의한 운동량의 횡방향 이송을 고려하지 않는 지배방정식의 한계점으로 인해서, 만곡부 끝단을 제외한 만곡부 전체에 걸쳐서 단면상의 종방향 유속이 일정한 분포를 보이고 있다.

• 한국항해항만학회지
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• 제26권1호
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• pp.137-145
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• 2002

환경문제에 대한 유동시뮬레이션은 수체에서의 오염 물질의 거동에 대한 정확한 예측과 보다 나은 이해를 위해 국지적인 상세한 분석이 종종 요구된다. 이 연구는 연안의 개발 및 거대항만개발계획이 야기하는 연안지역의 변화가능성을 발견하기 위한 2차원흐름과 분산모형의적용을 다루고 있다. 유한요소법은 복잡한 연안의 기하학을 실제와 유사하게 다를 수 있는 능력과 유연성 때문에 매력적인 방법이라 할 수 있는데, 본 모형은 유한요소법과 Galerkin의 가중잔차법에 의한 접근을 그 기초로 하였고, 개발된 모형은 부산 신항만지구에 적용되었다. 모형의 결과는 관측수심과 대상해역의 4개 지점에 비교하였으며, 모의된 흐름 패턴은 건설장소로부터 멀리 떨어져서 흐름의 영향을 받지 않는 지점에서의 관측자료와 유사한 양상을 보였다. 이러한 시뮬레이션 결과로부터 이 모델이 항만계획과 관리 목적을 위한 다른 다수의 연구, 특히 흐름이 매우 복잡한 근해에 있어서의 오염확산과 흐름분석에 대해서 유용한 수단이 돌 수 있음을 알았다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권12호
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• pp.8654-8664
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• 2015

기계, 건축, 토목공학 분야 등에는 불균일 단면을 갖는 보 형태의 구조물들이 널리 사용되고 있다. 본 논문은 양단이 단순 지지된 보 구조물들의 동특성과 진동에 대한 문제를 다루며, 국부좌표를 사용한 지배방정식이 유도된다. 갤러킨의 모드합 방법으로 해가 가정되고, 고유진동수를 구하는 행렬식을 푸는 데는 이분법을 적용하였다. 유한요소법이 단지 기하학적 경계조건만을 만족시키는 허용함수를 사용하는 반면, 본 논문에서는 갤러킨의 모드합 방법을 적용하여, 지배방정식과 경계조건을 모두 만족하는 고유함수를 사용하였다. 계의 동특성을 알기위해, 네 종류의 불균일 단면을 갖는 단순 지지 보에 대해 모달 해석과 시험이 수행되었으며, 해석 결과는 실험 결과와 근사한 일치를 나타내었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.267-277
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• 1993

본 논문에서는 유한요소법을 2차원 난류경계층에 적용하였으며, 점성유체의 시간의존 비압축성 운동을 시간과 압력장(場)에서 Navier-Stokes방정식과 vorticity방정식을 이용하여 정식 화하였다. 수치계산방법은 Galerkin방법에 기초하였으며, 난류 경계층의 eddy kinematic viscosity에 대해서는 Prandtl의 혼합거리이론을 도입하였다. 난류 경계층에서 파동에 의한 임의 저면에서 저질의 이동을 수치계산하였다. 유한 요소법에 의해 얻어진 결과는 진동흐름에 의한 경계층과 파동에 의한 경계층에서의 특성의 차이를 분명히 하였다.

• 한국건축시공학회지
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• 제17권1호
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• pp.63-72
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• 2017

태양 복사가 콘크리트 매트기초 내부 온도 분포에 미치는 영향에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 태양복사량 산정을 위해 Zhang and Huang 모델을 사용하였다. 열전달 방정식과 Galerkin 방법을 이용하여 1차원 열전달 유한 요소 정식화를 수행하였으며, MATLAB을 사용하여 유한요소 해석코드를 작성하였다. 작성된 해석코드를 바탕으로 태양복사를 고려한 콘크리트 매트기초의 수화열 해석을 수행하였다. 해석결과, 태양복사가 매트기초 내부-표면부 최대온도차를 줄여주는 효과를 보임을 확인하였다. 또한 이러한 효과는 하절기 타설시, 콘크리트 초기온도가 클수록, 그리고 매트기초의 두께가 두꺼울수록 더욱 뚜렷해짐을 확인 하였다. 본 연구는 콘크리트 매트기초의 수화열 해석시 해석결과의 과대평가를 피하기 위해서 태양 복사의 영향을 고려해야 함을 권고한다.

• 한국항해항만학회지
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• 제38권5호
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• pp.503-509
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• 2014

본 연구에서는 공진을 유도하는 수로를 이용한 새로운 개념의 유공방파제를 제안하려 한다. 공진수로에는 유공판을 설치하여 흐름분리현상에 의한 파랑에너지의 소산을 유도한다. 종래의 수실과 유공벽을 이용한 방파제에 비하여 공진수로 내장형 유공방파제는 두 가지의 장점을 들 수 있는데, 하나는 목표 차단파랑에 따라서 수로의 설계가 용이하며 보다 장주기 파랑에 대하여도 적용이 가능하다. 또 하나는 유공부가 쇄파력이 집중되는 수면부근보다 아래에 위치함으로써 구조적 안정성이 개선된다. 파랑에너지의 소산은 방파제 전면에서의 반사율로서 평가하였고, 수치해석은 선형 포텐셜 이론에 기초한 Galerkin의 유한요소모델을 이용하였다. 수로의 고유주기와 입사파의 주기가 일치하는 부근에서 적절한 에너지 손실을 확인할 수 있었으며 에너지 손실의 양은 수로의 형상, 위치 및 유공율의 영향을 받았다.

• 대한토목학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.141-150
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• 1990

하구나 연안에서 해수의 순환형상을 모사(模寫)하게 위해 천수방정식(淺水方程式)을 여러 가지 경계조건 하에서 수치해석하였다. 공간영역은 Galerkin방법으로 이산화(離散化)하였으며 시간영역에 대해서는 유한차분법(Crank-Nicolson방법)을 사용하였다. 네 가지 검정실험이 해석적인 해가 있는 일차원 수로에서 행하여졌으며, 해석해를 구할 수 없는 이차원 모형에도 적용되었다. 해석해가 있는 경우 수치모사 결과가 이와 잘 일치하였으며, 이차원 모형에서의 결과도 매우 합당함을 알 수 있었다. 또 일차원 문제에서 4점 bilinear요소와 삼각형 요소를 사용한 결과를 각각 비교하였으며 시간적분도 2단계 Lax-Wendroff방법을 사용하여 결과를 비교하였다. 음해법을 사용할 경우 비교적 정확한 결과를 얻을 수 있으나 요소의 갯수가 많아지면 구성되는 대수방정식(代數方程式)이 커지기 때문에 각 시간마다의 계산량이 엄청나게 늘어나게 되며 양해법을 사용할 때는 원하는 만큼의 정확한 결과를 얻기 위하여 시간간격이나 공간격자 간격을 선정하는데 각별히 유의하여야 할 것이다.