• 대한조선학회논문집
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• 제50권2호
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• pp.69-78
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• 2013

This study is constructed to investigate the sloshing effect on the motions of a two-dimensional rectangular cylinder experimentally and numerically. The modes of motion under consideration are sway and roll, and also experimental cases are divided by two categories; 1-DoF roll motion and 2-DoF motion (Coupling sway and roll). It is found that the sway response is considerably affected by the motion of the fluid, particularly near the sloshing natural frequency, while the roll response changes comparatively small. The dominant mode of motion is analyzed for 2-DoF experiments as well. The measured data for 1-DoF motions is compared with numerical results obtained by the Multi-modal approach. The numerical schemes vary in detail with the number of dominant sloshing modes; i.e. there is a single dominant mode for the Single-dominant method, while the Model 2 method assumes that the first two modes are superior. For the roll motion, numerical results obtained by the two different methods are relatively in good agreement with the experiments, and these two results are similar in most wave frequency range. However, the discrepancies are apparent where the fluid motion is not governed by a single mode. But both of numerical methods over-predict the motion at the vicinity of the sloshing natural frequency. In order to correct the discrepancy, the modal damping needs to be investigated more precisely. Furthermore, another multi-modal approach, such as the Boussinesq-type method, seems to be required in the region of the intermediate liquid.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.43-43
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• 2015

천수방정식을 사용하는 초기 수치모형은 프로드수($F_4$)가 변화하는 흐름 즉, 상류방향과 하류방향으로 전파하는 홍수파를 동시에 해석하기 위해 중앙 차분기법이 필요한 상류(sub-critical flow)와 흐름방향에 따른 상류이송(upwinding)기법이 필요한 사류(super-critical flow)가 나타나는 흐름해석에서 어려움이 있었다. 하지만, 근사 Riemann 해법의 등장으로 흐름방향에 관계없이 특성선을 따라 정확한 상향가중기법의 적용이 가능하게 되어, 천수방정식을 지배방정식으로 하는 수치모형이 더욱 실용적으로 적용될 수 있도록 하였다. 따라서, 현재 근사 Riemann 해법은 Godunov 형 유한체적 기법, 불연속 Galerkin 혹은 Petrov-Galerkin 유한요소기법 그리고 Boussinesq 기법에도 적용되고 있으며, 특히 Godunov 형 유한체적기법과 결합한 근사 Riemann 해법은 댐 붕괴, 하천 범람 그리고 도시 및 해안지역 침수에 이르기까지 여러 가지 문제에 폭넓게 적용되고 있다. 지금까지 홍수 모델링에 적용된 Godunov형 유한체적모형은 정형 사각격자나 비정형 삼각격자 중에서 한가지의 격자 종류만을 적용한 연구가 주로 수행되었으며, 유한요소모형과 같이 이 두 가지 격자를 동시에 적용한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 일반적으로, 삼각격자는 사각격자와 는 달리 연구유역의 경계나 지형이 복잡한 경우에도 큰 노력없이 격자의 생성이 가능하나, 격자와 노드의 수가 사각격자보다 많아 계산시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 반면, 사각격자는 하천과 같이 선형으로 변하는 지형에 대해서는 표현하기가 용이하며 계산시간의 효율성도 뛰어나다. 본 연구에서는 하천, 도시 그리고 해안지역에서의 효율적이고 정확한 홍수 모델링을 위해 삼각 및 사각격자 그리고 이 두 격자를 동시에 고려한 하이브리드 격자의 적용이 가능한 Godunov형 2차원 유한체적 모형을 개발하였다. 그리고 개발모형을 정확해가 있는 댐 붕괴 문제, 실측치가 존재하는 실험하도 및 실제하도에 삼각, 사각 그리고 혼합격자를 생성하여 모의를 수행하고, 각 적용 격자에 따른 정확성과 효율성 및 장점과 단점을 연구하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권9호
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• pp.669-678
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• 2022

연안정비사업으로 추진된 해운대 해수욕장의 대규모 양빈(2013~2015)으로 해운대 해변의 해안선 및 수심지형에 급한 인위적 변동이 있었다. 기존 연구에서는 양빈 직, 전후의 수심지형을 입력 조건으로 Boussinesq 방정식 모형인 FUNWAVE를 이용하여 수치모의를 수행, 수심지형 변화에 따른 이안류 발생 특성을 분석하였다. 양빈 직후 쇄파대 폭의 감소로 이안류의 강도 및 발생정도가 감소하였다. 본 연구에서는 대규모 양빈 후 수년이 지난 2017년 및 2020년에 다시 측량된 수심지형을 이용하여 동일한 조건으로 수치모의를 수행하여 결과를 제시하였다. 그리고 양빈 전 및 직후, 그리고 수년이 지난 후의 해운대 이안류를 비교하였다. 시간이 지남에 따라 단면경사가 완만해 지고 쇄패대 폭이 증가되어 이안류의 강도와 발생정도가 다시 증가하고 있다고 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제5권2호
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• pp.51-62
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• 2004

조립토 다짐말뚝(granular compaction pile)공법은 비교적 강성이 크고 압축성이 작은 자갈, 쇄석 및 모래 등의 조립질 재료를 사용하여 연약한 지반에 말뚝을 조성하는 공법으로, 기초지반의 지지력 증가, 침하량 감소 및 압밀배수 촉진 등에 의한 지반개량 효과뿐 아니라, 사질토 지반에 적용시 지진에 의한 액상화 방지효과도 큰 공법으로 알려져 있으나 국내에서는 아직까지 널리 사용되지 않고 있다. 일반적으로 조립토 다짐말뚝은 Piled-raft system으로 시공되므로, 이 때 조립토 다짐말뚝의 극한지지력에 대한 평가는 팽창파괴 중심부의 깊이에 따라 달라지게 된다. 또한 조립토 다짐말뚝과 주변지반과의 하중분담에 대한 영향 및 지반내에서 조립토 다짐말뚝에 작용하는 구속응력의 변화를 적절하게 고려하여 조립토 다짐말뚝의 극한지지력이 결정되어야 한다. 본 연구에서는, 김 등(1998)에 의하여 연구되었던 조립토 다짐말뚝의 극한지지력 평가에 대한 해석기법을 토대로, 단일 말뚝에 대하여 상재하중의 크기, 재하면적의 크기 및 파괴깊이에 따른 수평구속응력의 변화를 고려하여 극한지지력을 산정하기 위한 기법을 제안하였다. 또한 제안된 조립토 다짐말뚝의 극한지지력 평가기법의 타당성을 실내모형실험을 통하여 검증하였으며, 실험결과를 토대로 하여 군말뚝의 지지력 증가효과 및 압밀계수의 변화에 대하여 비교, 분석을 실시하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권6호
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• pp.434-449
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• 2019

파형의 왜도, 저류 외에도 구속 모드의 외중력파, 경계층 streaming이 반영된 개선된 횡단표사 모듈이 제시되었으며, 개선된 모듈에서는 단위 관측기간 내에서 출현하기 마련인 개별 파랑도 고려된다. 이어 불규칙한 개별 파랑이 표사이송에 미치는 영향을 확인하기 위해 단조해안에서의 비선형 천수과정과 해변변형을 수치모의 하였다. 모의결과 최근 적용범위가 쇄파역으로 확대된 주파수 영역 Boussinesq Eq.은 쇄파역에서 흔히 관측되는 치근 모양의 파형, 구속 모드의 외중력파, 경계층 streaming의 모의가 가능한 것으로 판단된다. 또한 연 최대 고파랑이라는 해양환경을 등가 비선형 규칙파[Cnoidal wave]로 해석하는 경우 최대 횡단표사 이송률은 불규칙 파랑에서 관측되는 이송률의 세 배에 달할 정도로 지나치게 과다하게 모의되었으며, 이는 외빈과 원빈의 과다한 침식으로 이어졌다. 또한 연안 표사 이송과 관련된 free parameter K를 최적화하기 위해 맹방해빈의 2017.4.26부터 2018.4.20까지의 해안선 변화를 수치모의 하였으며, 최적화 과정에는 실측된 해안선 위치를 활용하였다. 모의 결과 맹방 표사계의 경우 최적화된 K는 0.17로 보이며, 이 경우 10월 말에 연이어 내습한 최대 고파랑에 의해 침식된 해안이 동절기와 춘절기의 너울에 의해 점진적으로 복원되는 대순환 과정을 거쳐 해안선이 맹방해안 남단과 북단에서는 18 m, 맹방 해안 중앙부에서는 2.4 m 내외로 전진하는 관측결과에 상당히 근접한 수치모의가 가능한 것을 확인하였다.

• 한국수산과학회지
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• 제34권6호
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• pp.643-651
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• 2001

축제식 양식장에서 수차에 의한 순환효과를 재현하기 위해 수치모형을 개발하였다. 수치모형의 지배방정식으로는 2차원 수심적분 Reynolds 방정식을 사용하였고, 수차에 의한 가속도는 축력을 수차날개에 의해 밀려가는 유체의 질량으로 나눈 값으로 산정하였다. 수치모형을 적용하여 1대의 수차를 작동하고서 수차로부터 직선방향 loin 간격으로 관측된 유속자료와 비교하였다. 모형의 보정을 위해 유량보정계수와 무차원 와점성계수의 민감도를 실험하였다. 유량보정계수는 본 연구에서 처음 제시된 항으로 실험결과 15와 20에서 모형의 결과가 관측값과 가장 유사하였다. 유량보정 계수는 관측자료가 없거나 관측이 용이하지 않을 경우 효과적으로 사용할 수 있으며, 특히 수치실험에서 수차에 의해 발생하는 복잡한 수리특성을 비교적 단순하게 처리할 수 있다는 장점이 있다. Reynolds 응력을 Boussinesq 근사로 표현하는 녈 연구에 서 무차원 와점성계수는 6이 가장 적당한 것으로 계산되었다. 바람에 의한 전단효과를 파악하기 위해 유향 $0^{\circ}C,\;90^{\circ}C,\;180^{\circ}C$ 그리고 풍속 0, 2.5, 5와 7.5m/s 조건의 경우를 비교하였다. 풍향이 수차에 의한 제트류 방향과 평행하거나 정반대일 경우 유속변화는$1\%$ 이하이나, 제트류에 직각으로 향할 경우 제트류 좌우의 와류는 풍향에 따라 위치가 뚜렷이 바뀌며, 유속은 약 $4\%$까지 감소하는 것으로 나타났다. 유속변화 $4\%$는 바람응력 외에 호지의 기하학적 평면구조 혹은 변장비 등에 따른 효과도 포함하는 것으로 생각되었다. 호지에 미치는 바람에 의한 유속변화가 $4\%$ 이하인 것으로 보아, 바람웅력의 영향은 매우 미약한 것으로 나타났다. 그러나 호지의 기하학적 특성과 관련한 와류형성 기구에 대해서 바람이 미치는 효과는 무시할 수 없는 것으로 생각되었다. 모형은 또한 축제식 양식장 2곳에 적용하였다. 양식장 호지 A와B는 각기 변장비 1.05와 0.68, 면적 1.02ha와 0.66ha 그리고 평균수심 1.2m를 갖는다. 각각의 호지에 수차 4대를 작동하고서 관측된 유속과 수치모형을 적용한 계산결과를 회귀 해석하였다. 호지A에서 유향 및 유속의 상관계수는 각기 0.8928, 0.6782이며 호지 B의 경우 각기 0.8539, 0.7071인 것으로 나타났다 따라서 본 연구에서 사용된 모형은 호지의 순환특성을 비교적 잘 재현하였으며, 향후 수차운영과 양식호지의 수질관리에 관한 유용한 도구로 사용될 수 있을 것으로 생각하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.101-114
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• 2019

현재 상당한 침식이 진행되고 있는 맹방해빈을 대상으로 년 간 해안선 변화량을 수치모의 하였다. 수치모의는 이산화된 해안선 단위 격자에 표사 순유입량과 해안선 전진 혹은 퇴각량은 서로 균형을 이룬다는 개념으로부터 유도한 해안선 모형(One Line Model for shore line)에 기초하여 수행하였다. 이 과정에서 연안 표사량의 경우 Energy flux 모형, 횡단 표사량의 경우 Bailard와 Inman(1981) 계열의 수정 모형(Cho and Kim, 2019)을 활용하였다. 수치모의 과정에서 closure depth는 파랑에 종속하는 것으로 해석하였으며, closure depth는 Shiled's parameter에 기반한 Hallermeier(1978)의 해석모형을 활용하여 산출하였다. 모의결과 너울이 우세한 2017.4.26부터 2017.10.15까지는 횡단 표사가 지속적으로 유입되어 해안선이 전진하는 것으로 모의되었다. 또한 10월 중순과 10월 말 사이에 연이어 발생한 년 최대 고파랑 내습에 따른 침식과 이로 인한 해안선의 일시적 퇴각, 이 후 파랑이 잦아들면서 다시 출현하는 너울에 의한 횡단표사 유입과 이로 인한 해안선 복원, 삼월중순부터 삼월말까지 연이어 발생한 고파랑에 의한 해안선 퇴각 등 일 년에 걸친 해안선 대순환과정이 상세하게 모의되는 것을 확인할 수 있었다. 전술한 해안선 대순환 과정은 2017년 4월5일, 9월 7일, 11월 7일, 2018년 3월14일에 실측된 해안선 위치에서도 유사하게 관측할 수 있다. 그러나 해안선이 전진 혹은 퇴각되는 양은 실측치에 비해 수치모의에서 크게 관측되며, 이러한 차이는 대부분의 지형모형(Genesis: Hanson and Kraus, 1989)처럼 closure depth를 $h_c=8.09m$로 일정하게 유지한 경우에 더욱 증가하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.115-124
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• 2004

조립토 다짐말뚝(granular compaction pile)공법은 비교적 강성이 크고 압축성이 작은 자갈, 쇄석 및 모래 등의 조립질 재료를 사용하여 연약한 지반에 말뚝을 조성하는 공법으로, 기초지반의 지지력 증가, 침하량 감소 및 압밀배수 촉진 등에 의한 지반개량 효과 뿐만 아니라, 사질토 지반에 적용시 지진에 의한 액상화 방지효과도 큰 공법으로 알려져 있으나 국내에서는 아직까지 널리 사용되지 않고 있다. 일반적으로 조립토 다짐말뚝은 Piled-raft system으로 시공되므로, 이 때 조립토 다짐말뚝의 극한지지력에 대한 평가는 팽창파괴 중심부의 깊이에 따라 달라지게 된다. 또한 조립토 다짐말뚝과 주변지반과의 하중분담에 대한 영향 및 지반내에서 조립토 다짐말뚝에 작용하는 구속응력의 변화를 적절하게 고려하여 조립토 다짐말뚝의 극한지지력이 결정되어야 한다. 본 연구에서는, 김 등(1998)에 의하여 연구되었면 조립토 다짐말뚝의 극한지지력 평가에 대한 해석기법을 토대로, 단일 말뚝에 대하여 상재하중의 크기, 재하면적의 크기 및 파괴깊이에 따른 수평구속응력의 변화를 고려하여 극한지지력을산정하기 위한 기법을 부시네스크 식을 이용하여 제안하였다. 또한 제안된 조립토 다짐말뚝의 극한지지력 평가 기법의 타당성을 실내모형 실험 및 수치해석 프로그램인 PFC-2D 프로그램을 이용한 수치해석 결과와의 비교, 분석을 통해 검증하였다.