• Journal of applied mathematics & informatics
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• 제14권1_2호
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• pp.97-113
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• 2004

In this paper we shall study moving boundary problems, and we introduce an approach for solving a wide range of them by using calculus of variations and optimization. First, we transform the problem equivalently into an optimal control problem by defining an objective function and artificial control functions. By using measure theory, the new problem is modified into one consisting of the minimization of a linear functional over a set of Radon measures; then we obtain an optimal measure which is then approximated by a finite combination of atomic measures and the problem converted to an infinite-dimensional linear programming. We approximate the infinite linear programming to a finite-dimensional linear programming. Then by using the solution of the latter problem we obtain an approximate solution for moving boundary function on specific time. Furthermore, we show the path of moving boundary from initial state to final state.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제2권4호
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• pp.333-352
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• 2009

We introduce a radial basis collocation method to solve axially moving beam problems which involve $2^{nd}$ order differentiation in time and $4^{th}$ order differentiation in space. The discrete equation is constructed based on the strong form of the governing equation. The employment of multiquadrics radial basis function allows approximation of higher order derivatives in the strong form. Unlike the other approximation functions used in the meshfree methods, such as the moving least-squares approximation, $4^{th}$ order derivative of multiquadrics radial basis function is straightforward. We also show that the standard weighted boundary collocation approach for imposition of boundary conditions in static problems yields significant errors in the transient problems. This inaccuracy in dynamic problems can be corrected by a statically condensed semi-discrete equation resulting from an exact imposition of boundary conditions. The effectiveness of this approach is examined in the numerical examples.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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• pp.86-87
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• 2003

Unstructured grid system is suitable for flows of complex geometries. For problems with moving boundary walls, the grid system must be changed and deformed with time if we use a body fitted grid system. In this paper, a new moving-grid finite-volume method on unstructured grid system is proposed and developed for unsteady compressible flows with shock waves. To assure geometric conservation laws on moving grid system, a control volume on the space-time unified domain is adopted for estimating numerical flux. The method is described and applied for two-dimensional flows.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권6호
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• pp.619-627
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• 2004

In most industrial applications, the geometrical complexity is combined with the moving boundaries. These problems considerably increase the computational difficulties since they require, respectively, regeneration and deformation of the grid. As a result, engineering flow simulation is restricted. In order to solve this kind of problems the immersed boundary method was developed. In this study, the immersed boundary method is applied to the numerical simulation of stationary, rotating and oscillating cylinders in the 2-dimensional square cavity. No-slip velocity boundary conditions are given by imposing feedback forcing term to the momentum equation. Besides, this technique is used with a second-order accurate interpolation scheme in order to improve the accuracy of flow near the immersed boundaries. The governing equations for the mass and momentum using the immersed boundary method are discretized on the non-staggered grid by using the finite volume method. The results agree well with previous numerical and experimental results. This study presents the possibility of the immersed boundary method to apply to the complex flow experienced in the industrial applications. The usefulness of this method will be confirmed when we solve the complex geometries and moving bodies.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권5호
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• pp.439-446
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• 2012

본 논문은 1차원 자유경계문제 해석의 정확도 향상을 위해 이동최소제곱 차분법을 이용하여 이동경계의 위상변화를 implicit하게 추적하는 기법을 제시한다. 기존의 이동최소제곱 차분법은 이동경계의 위치를 explicit하게 진전시켜 반복계산은 필요없지만 해의 정확도 감소를 피할 수 없었다. 그러나 본 연구에서 제시한 implicit 기법은 전체 계방정식이 비선형 시스템이 되어 반복계산 과정이 필요하지만, 실제로 수치예제를 통해 검증해 본 결과 계산량의 큰 증가없이 해석의 정확도를 획기적으로 향상시켰다. 이동하는 미분불연속 특이성을 갖는 융해(melting)문제를 수치계산한 결과, implicit 이동최소제곱 차분법을 통해 2차정확도를 얻을 수 있음을 보였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제14권4호
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• pp.93-100
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• 2009

The gridless (or meshfree) methods, such as MPS, SPH, FPM an so forth, are feasible and robust for the problems with moving boundary and/or complicated boundary shapes, because these methods do not need to generate a grid system. In this study, a gridless solver, which is based on the combination of moving least square interpolations on a cloud of points with point collocation for evaluating the derivatives of governing equations, is presented for two-dimensional unsteady incompressible Navier-Stokes problem in the low Reynolds number. A MAC-type algorithm was adopted and the Poission equation for the pressure was solved successively in the moving least square sense. Some typical problems were solved by the presented solver for the validation and the results obtained were compared with analytic solutions and the numerical results by conventional CFD methods, such as a FVM.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.315-322
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• 2009

본 논문은 확장된 이동최소제곱 유한차분법을 이용하여 1차원 Stefan 문제를 해석할 수 있는 새로운 수치기법이 제시한다. 이동하는 계면경계의 자유로운 수치적인 묘사를 위해 요소망이나 그리드 없이 절점만을 사용하는 이동최소제곱 유한차분법을 도입하고, 계면경계의 특이성을 모형화하기 위해 Taylor 다항식에 쐐기함수를 도입하여 확장했다. 지배방정식의 차분은 안정성을 보장해 주는 음해법(implicit method)을 이용한다. 이동경계를 포함한 반무한 융해문제, 실린더 형상의 고체화 문제의 수치해석을 통해 확장된 이동최소제곱 유한차분법이 높은 정확성과 효율성을 갖는 것을 보였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.39-48
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• 2013

본 논문은 기존의 1차원 Stefan 문제를 해석할 수 있는 이동최소제곱 차분법을 확장하여 복잡한 계면경계 형상을 갖는 2차원 문제에 적용할 수 있는 수치기법을 개발한다. 1차원 경우와 달리 2차원 영역에서 임의로 움직이는 이동경계의 위상변화를 효과적으로 모델링할 수 있는 기법을 제안했으며, 이동경계 모사시 절점만 사용하는 이동최소제곱 차분법의 강점을 그대로 살리면서 이동경계의 불연속 특이성과 kinetics 조건을 정확하게 만족시키는 이동최소제곱 미분근사식을 제시했다. 평형방정식은 implicit(음해)법으로 차분하여 수치 안정성을 확보했으며, 이동경계는 explicit(양해)법으로 update하여 계산효율성의 극대화했다. 몇 가지 수치예제를 통해 개발된 이동최소제곱 차분법이 다양한 계면경계 형상을 갖는 2차원 Stefan 문제를 정확하고 효율적으로 풀 수 있음을 검증했다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2001년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.77-80
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• 2001

The element-free Galerkin (EFG) method is one of meshless methods, which is an efficient method of modeling problems of fluid or solid mechanics with complex boundary shapes and large changes in boundary conditions. This paper discusses the theory of the EFG method and its applications to modeling of groundwater flow. In the EFG method, shape functions are constructed based on the moving least square (MLS) approximation, which requires only set of nodes. The EFG method can eliminate time-consuming mesh generation procedure with irregular shaped boundaries because it does not require any elements. The coupled EFG-FEM technique was introduced to treat Dirichlet boundary conditions. A computer code EFGG was developed and tested for the problems of steady-state and transient groundwater flow in homogeneous or heterogeneous aquifers. The accuracy of solutions by the EFG method was similar to that by the FEM. The EFG method has the advantages in convenient node generation and flexible boundary condition implementation.

• 한국해안해양공학회지
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• 제4권3호
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• pp.146-155
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• 1992

지금까지 연안조류를 예측하는 대부분의 유한요소 수치모형은 육지경계를 고정하여 사용하여 왔으나, 조간대가 넓게 발달한 우리나라 서해연안에서의 적용은 현실적이지 못하였다. 본 연구에서는 이동경계(조간대)를 고려한 유한요소법에 관한 평면 2차원 해수류동 수치모형을 수립하였다. 유한요소의 형태로는 3각형을 사용하였으며, 시간적분방법으로는 양해법을 사용하였다. 수립된 수치모형은 한쪽이 열린 경계와 다른 한쪽에 조간대를 갖는 장방형 수노에서 모형의 조간대 처리에 대한 특성이 분석 되었으며, 전나남도 해남군과 진도군사이에 위치한 마노해, 특히 울돌목의 조류계산에 적용되었다. 모형의 현장 적용으로부터 이동경계 처리를 포함한 수치모형의 타당성을 입증하였으며, 고천암적제의 건설에 따라 조간대 영역의 큰 변화를 갖는 마로해에서 조류분포의 변화와 최대 약 12노트에 달하는 유속을 갖는 울돌목부근에서의 조류 분포특성을 재현하였다. 본 모형은 신한요소법을 사용함으로써 서, 남해와 같이 해안선이 복잡한 해역에서 해안선을 보다 정확하게 표현할 수 있으며, 조간대의 변화를 이동경계를 사용함으로써 해안선부근의 조류예측의 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.