• 한국해양공학회지
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• 제19권1호
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• pp.20-25
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• 2005

The authors performed the underwater explosion analysis for the liquified oxygen tank - a kind of fuel tank of a mid-size submarine, and tried to verify the structural safety for this structure. First, the authors reviewed the theory and application of underwater explosion analysis, using a Structure-Fluid Interaction technique and its finite element modeling scheme. Next, the authors modeled the explosive and sea water as fluid elements, the LOX tank as structural elements, and the interface between the two regions as the ALE scheme. The effect on shock pressure and impulse of fluid mesh size and shape are also investigated. Upon analysis, it was found that the shock pressure due to explosion propagated into the water region, and hit the structure region. The plastic deformation and the equivalent stress were apparent at the web frame and the shock mount of LOX structure, but these values were acceptable for the design criteria.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.112-113
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• 2021

하천으로 유입되는 오염물질은 유수의 흐름에 따라 이송되며 혼합된다. 이러한 오염물질의 해석을 위해서는 확산 또는 분산계수 산정이 필요하다. 오염물질의 거동과 관련된 실험적 연구는 방사선 동위원소와 형광성 물질을 이용하여 수행되어 왔으나, 추적자 실험은 많은 비용 및 인력을 요하며, 고정식으로 설치한 계측장비로부터 수집한 시계열 농도자료만을 이용하여 분석하기 때문에 공간적 분포에 대한 자료 취득은 어렵다는 한계가 있다. 하천의 오염물질을 모니터링하기 위해서는 공간을 이동하는 입자의 관점에서 물리량을 표현하는 Lagrangian 방식보다 특정 위치에서 물리량 변화를 표현하는 Eulerian 방식이 적합하다. 그러나 드론을 활용한 하천원격탐사 연구의 대부분은 이동식 플랫폼으로 활용되어 특정 시간에 공간적 분광특성의 분포 파악이 한정적이며, 동일 지점에서 분광특성의 시간적 변화를 파악할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 기존의 면단위를 측정하는 이동식 플랫폼의 한계를 극복하고 하천 모니터링에 적합한 Eulerian 방식을 적용하기 위하여 CCTV 형태의 고정식 초분광촬영 플랫폼을 도입하였다. 본 연구에서는 하천으로 유입되는 오염물질의 거동을 분석하기 위하여 자연하천에서 형광성물질인 Rhodamine WT를 이용하여 추적자 실험을 수행하였으며, 접촉식 센서를 활용한 농도측정과 동시에 드론과 초분광센서를 활용하여 CCTV 형태의 고정식 초분광영상을 획득하였다. 실험결과 도출된 전통적인 방식의 분산계수 산정과 시공간 초분광영상을 활용한 분산계수 산정을 비교하여 오염물질 거동 분석에 초분광영상 활용의 가능성을 검토하였다. 본 연구에서 제시한 드론기반 시공간 초분광영상 기법을 교량이나 기타 하천구조물에 초분광 센서를 설치하여 CCTV형식으로 활용할 경우, 공단이나 하·폐수 처리장 등의 점오염원이 밀집해 있는 지역에 직접 설치하여 화학사고의 감지 및 오염물질의 유출 확인 및 조류, 부유사 등의 다양한 수질항목의 농도 변화 감지가 가능하고, 수심변화 감지로 장기적으로 활용할 경우 특정 지점에서의 하상변동 조사가 가능하다. 또한, 오염물질의 유출 사고 발생 등의 사람이 직접 접근이 불가능한 지역에 드론을 활용하여 초분광센서를 이용한 오염물질 감지가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권1호
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• pp.9-16
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• 2014

레벨셋 기법과 위상민감도를 이용하여 선형 탄성 구조물에 대하여, 초기 설계형상에 의존성이 없는 위상 및 형상 최적설계 기법을 개발하였다. 레벨셋 기법에서는 복잡한 위상 형상변화를 쉽게 다루기 위해 초기 영역은 고정한 채 레벨셋 함수로 표현되는 암시적 이동경계로 경계를 표현한다. 해밀턴-자코비(H-J) 방정식과 수치적으로 강건한 기법인 'up-wind scheme'은 컴플라이언스 목적함수를 최소화시키고 허용체적 제약조건을 만족시키면서, 초기 암시적 경계를 법선 속도장에 따라 최적의 형상으로 이끌어 낸다. 점근적인 정규화 개념에 근거하여, 구멍의 반지름을 0으로 접근시켜 형상 미분의 극한을 취한 위상민감도를 고려하였다. 최적조건으로부터 유도된 라그란지안의 감소 방향을 이용하여 H-J 방정식을 갱신하기 위한 속도장을 결정하였다. 개발한 방법에서는 위상민감도로부터 얻어지는 지표를 이용하여 구멍을 언제든지 어디에서나 생성가능하기 때문에 초기 구멍이 최적 형상을 얻기 위해 요구되지 않는다는 사실을 확인하였다. 또한 효율적인 최적화 과정을 위해서는 구멍 생성을 위한 조정변수의 적절한 선택이 중요함을 확인하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제24권4호
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• pp.180-193
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• 2021

복소 전기비저항 탐사기법은 진동수 영역에서 전기비저항과 위상을 측정하여 지하 매질의 다양한 특성정보를 획득할 수 있는 탐사기법으로 최근 그 활용성이 증가하고 있다. 이 논문에서는 복소 전기비저항 탐사기법의 활용성을 높이기 위하여 획득한 자료에 대한 3차원 역산 알고리듬을 개발하였다. 이를 위한 모델링에는 전자기 커플링 효과를 무시하는 경우에 적용할 수 있는 포아송 방정식을 적용하였으며, 역산에는 기존의 평활화된 역산법을 복소수로 확장하는 방법으로 알고리듬을 개발하였다. 역산의 안정성 및 현장자료의 적용성을 높이기 위하여 라그랑지 곱수를 역산 과정에서 오차 벡터와 모델 증분 벡터의 크기에 따라 자동적으로 조정되도록 하는 기법을 도입하였다. 또한, 잡음이 많이 포함된 위상자료로 인한 자료의 손실을 보완하기 위하여 역산반복 단계에서 초반부는 전기비저항 자료만을, 후반부는 전기비저항 자료와 위상 자료를 모두 역산하는 두 단계로 구성된 역산기법을 제시하였다. 수치 모형실험에 대한 역산 시험결과 안정적인 역산 결과를 얻을 수 있었으며, 개발된 3차원 역산 알고리듬을 국내 천열수 광산 인근에서 수행한 복소 전기비저항 탐사자료 해석에 적용하여 그 타당성을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.247-259
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• 2017

입자추적기법(Lagrangian Particle Tracking; LPT)을 적용한 수치모델을 이용하여 조력발전소 운영에 의한 시화호 외측해역에서의 체류시간 변화를 파악하였다. 수치모델의 실험안은 공간적인 분포 특징을 살펴보기 위하여 시화호 외측 해역을 4개 구역으로 나누어 구역별 평균체류시간을 산정하였다. 구역별 평균체류시간은 운영 전과 운영 중 모두 가장 외해에 위치한 지역(약 3일)에서 내만에 위치한 지역(약 13일)으로 진입할수록 증가하는 특징이 나타났다. 구역별 평균체류시간 변화를 운영 전과 운영 중으로 비교하면 운영 전에 비해 운영 중에 가장 외해에 위치한 지역에서는 증가하고 나머지 구역에서는 감소하였다. 조력발전소 운영에 의한 인위적인 배수는 가장 외해에 위치한 지역에서 와동(vortex) 형성으로 입자 정체를 유발하였고, 나머지 지역에서는 연행작용(entrainment)을 발생시켜 체류시간의 변화에 영향을 주었다. 즉, 배수 시 발생하는 제트류(jet flow)와 와동, 연행작용으로 인한 체류시간 변화는 외해와 내만의 수평적 혼합 증가를 보여준다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권8호
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• pp.8-14
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• 2019

조류 충돌은 항공 운항에서 안전에 관한 가장 중요한 설계 요인이며 고정익 및 회전익 항공기에 심각한 손상을 가하는 원인 중 하나로 분류된다. 본 연구를 통해 조류 충돌 과정을 오일러-라그랑지안 기법을 적용하여 헬리콥터에 장착된 복합재 블레이드의 응답을 MSC.DYTRAN 소프트웨어로 모사하였다. 임의의 라그랑지안 오일러리안(ALE) 방법과 적절한 상태 방정식을 선정하여 조류 모델링에 적용하여 복합재로 구성된 로터 블레이드의 앞전의 조류충돌 구조 건전성을 입증하였다. 조류충돌 해석을 적용하기 위해서 블레이드 앞전 물성치와 조류의 강도와 물성의 차이가 크기 때문에, 충돌 후 조류의 파편을 유체로 가정하여 Euler 요소로 적용하였다. 조류충돌 해석을 통해 설계된 로터 블레이드의 앞전 구조는 조류 충돌에 대해 새의 크기(50.8mm)를 적용하여 TSAI-FILL 파괴기준으로 1.18의 여유마진을 확인하였다. 복합재 블레이드의 조류충돌 해석 결과는 충분히 신뢰성을 가진 것으로 평가되며 다양한 해석조건으로 시험을 대체할 것으로 평가할 수 있다. 향후 제시된 방법으로 다양한 하중 조건, 다양한 조류 모델링을 적용하여 로터 블레이드의 구조 안정성을 평가할 수 있다.

• 화약ㆍ발파
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• 제37권3호
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• pp.13-24
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• 2019

본 논문은 명시적 유한요소 해석을 이용하여 군함이나 수상함 아래의 수중에서 어뢰가 폭발할 때의 파편들의 거동을 조사하기 위하여 작성되었다. 본 연구에서는 LS-DYNA에서 라그랑주-오일러 (ALE) 접근법이라 불리는 유체-구조물 상호작용(FSI) 기법을 적용하여 어뢰파편과 선체의 응답을 관찰하였다. 오일러 모델은 공기, 물, 폭약으로 구성되며, 라그랑주 모델은 파편과 선체로 이루어져 있다. 본 모델링의 핵심은 최악파편이 어뢰로부터 가까운 곳(4.5 m)에 위치한 선체에 파공을 일으킬 수 있는지 여부를 파악하는 데 있다. 시뮬레이션은 별도의 두 단계로 수행되었다. 첫 번째의 예비해석에서는 팽창하는 어뢰의 외피가 찢어지는 데 폭약에너지의 30%가 소모된다는 가정 하에 수중폭발 시의 파편속도에 대해 잘 알려져 있는 실험결과를 토대로 최악파편의 초기속도를 결정하였다. 두 번째의 총괄해석에서는 최악파편이 선체에 부딪치기 직전에 보일 것으로 예상되는 파편의 종단속도를 찾고자 하였다. 그 결과, 주어진 조건 하에서 최악파편의 초기속도는 매우 빠른 것으로 나타났다(400 및 1000 m/s). 하지만 충돌이 발생할 때의 파편과 선체 간의 속도차이는 불과 4 m/s 정도로 매우 작았다. 이 결과는 물에 의한 큰 항력의 영향도 있지만 선체에 부여한 비파괴 조건도 영향을 끼쳤을 것으로 보인다. 하지만 적어도 본 논문에서 가정한 해석조건 하에서는 최악파편의 느린 상대속도로 인하여 선체에 파공이 발생하기는 어려운 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1B호
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• pp.95-109
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• 2008

본 연구에서는 LDS 난류응력 모형, Van Rijn의 pick up 함수를 활용하여 일정 경사부에서의 파랑의 이행과 천수, 연이은 쇄파현상, plunging breaker에 후행하는 해저질의 역동적인 부유와 down rush와 후행 파랑에 의한 표사의 재분배를 수치모의 하였다. 이 과정에서 해저질과 소통하는 저면 유체력에 대한 quadratic law를 중심으로 한 기존의 연구 성과들은 정상상태에 기초하여 급속히 가속되고 감속되는 swash 대역의 수리특성을 반영할 수 없다는 결론에 도달하고 이러한 인식에 기초하여 새로운 산출방법이 제시되었다. 새로운 산출방법을 토대로 수치모의하여 비선형 천수과정의 일반적인 특징, 동조 비동조 고차 조화성분으로 전이된 파랑에너지로 인해 상당히 예리하고 왜도된 파형, 파형의 마루로부터 시작되는 물입자 자유낙하, 착수로 인한 커다란 물보라의 형성, 물보라 형성층의 해변으로의 이행, wave finger (Narayanaswamy와 Dalrymple, 2002), swash 대역에서 진행되는 부유사 순환과정, swash 대역에서 처오름으로 인해 부유된 부유사 무리의 off shore 방향으로의 순 이동 등이 비교적 정확히 재현되는 등 상당히 고무적인 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 기존의 Euler 좌표계에서 정의되는 파랑모형과 이동경계 기법의 한계를 뛰어 넘는 것으로 향후 보다 정확한 침식해석이 가능 할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.357-373
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• 2013

본 논문에서는 터널-지반 시스템의 거동을 합리적으로 해석하고 재료의 특성과 터널설계정수 평가를 위한 역해석 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 유한차분법과 직접법을 조합한 역해석 기법을 이용하기 위하여 상용 프로그램인 FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)과 최적화 알고리즘을 이용하여 지하구조물의 역해석이 가능하도록 구성되었다. 역해석 알고리즘으로는 최적화 기법 중 미분계수를 구하지 않고 직접탐색이 가능한 로젠브록법(Rosenbrock Method)을 이용하였다. 이 연구를 통하여 개발된 역해석 알고리즘의 현장 적용성 검증을 위하여 4개 구간의 실제현장을 대상으로 현장 계측결과를 이용하여 역해석을 수행하였다. 역해석 과정에서 현장계측 변위에 대한 해석 대상지반의 최적함수를 파악하기 위하여 비선형 회귀분석(nonlinear regression analysis)을 실시하였다. 회귀분석은 지수함수와 분수함수를 이용하였으며, 이를 통하여 결정된 최적함수를 이용하여 계산된 총 변위를 역해석 입력 자료로 활용하였다. 이 연구결과로써 대상구조체의 실측변위를 이용한 역해석을 수행한 결과는 계측변위와 평균 4.5%의 오차율을 보였다. 따라서 이 연구에서 제안하는 역해석 기법이 터널 해석에 유용하게 적용될 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2009년 추계학술대회논문집
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• pp.1-1
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• 2009

In this presentation, I talk about various fluid simulation methods that have been developed for computer graphics special effects since 1996. They are all based on CFD but sacrifice physical reality for visual plausability and time. But as the speed of computer increases rapidly and the capability of GPU (graphics processing unit) improves, methods for more physical realism have been tried. In this talk, I will focus on four aspects of fluid simulation methods for computer graphics: (1) particle level-set methods, (2) particle-based simulation, (3) methods for exact satisfaction of incompressibility constraint, and (4) GPU-based simulation. (1) Particle level-set methods evolve the surface of fluid by means of the zero-level set and a band of massless marker particles on both sides of it. The evolution of the zero-level set captures the surface in an approximate manner and the evolution of marker particles captures the fine details of the surface, and the zero-level set is modified based on the particle positions in each step of evolution. (2) Recently the particle-based Lagrangian approach to fluid simulation gains some popularity, because it automatically respects mass conservation and the difficulty of tracking the surface geometry has been somewhat addressed. (3) Until recently fluid simulation algorithm was dominated by approximate fractional step methods. They split the Navier-Stoke equation into two, so that the first one solves the equation without considering the incompressibility constraint and the second finds the pressure which satisfies the constraint. In this approach, the first step introduces error inevitably, producing numerical diffusion in solution. But recently exact fractional step methods without error have been developed by fluid mechanics scholars), and another method was introduced which satisfies the incompressibility constraint by formulating fluid in terms of vorticity field rather than velocity field (by computer graphics scholars). (4) Finally, I want to mention GPU implementation of fluid simulation, which takes advantage of the fact that discrete fluid equations can be solved in parallel.