• 한국해양공학회지
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• 제25권4호
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• pp.36-41
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• 2011

In the present paper, a direct forcing/fictitious domain (DF/FD) level set method is proposed to simulate the FSI (fluid-solid interaction) in two-phase flow. The main idea is to combine the direct-forcing/fictitious domain (DF/FD) method with the level set method in the Cartesian coordinates. The DF/FD method is a non-Lagrange-multiplier version of a distributed Lagrange multiplier/fictitious domain (DLM/FD) method. This method does not sacrifice the accuracy and robustness by employing a discrete ${\delta}$ (Dirac delta) function to transfer quantities between the Eulerian nodes and Lagrangian points explicitly as the immersed boundary method. The advantages of this approach are the simple concept, easy implementation, and utilization of the original governing equation without modification. Simulations of various water-entry problems have been conducted to validate the capability and accuracy of the present method in solving the FSI in two-phase flow. Consequently, the present results are found to be in good agreement with those of previous studies.

• Korea-Australia Rheology Journal
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• 제19권4호
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• pp.233-242
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• 2007

We performed a numerical investigation to find out the optimal choice of the spatial discretization in the distributed-Lagrangian-multiplier/fictitious-domain (DLM/FD) method for the solid/fluid interaction problem. The elastic solid bar attached on the bottom in a pressure-driven channel flow of a Newtonian fluid was selected as a model problem. Our formulation is based on the scheme of Yu (2005) for the interaction between flexible bodies and fluid. A fixed regular rectangular discretization was applied for the description of solid and fluid domain by using the fictitious domain concept. The hydrodynamic interaction between solid and fluid was treated implicitly by the distributed Lagrangian multiplier method. Considering a simplified problem of the Stokes flow and the linearized elasticity, two numerical factors were investigated to clarify their effects and to find the optimum condition: the distribution of Lagrangian multipliers and the solid/fluid interfacial condition. The robustness of this method was verified through the mesh convergence and a pseudo-time step test. We found that the fluid stress in a fictitious solid domain can be neglected and that the Lagrangian multipliers are better to be applied on the entire solid domain. These results will be used to extend our study to systems of elastic particle in the Stokes flow, and of particles in the viscoelastic fluid.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권6호
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• pp.347-355
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• 2016

본 연구에서는 격자볼츠만 방법을 기반으로 유체-입자 상호작용에 대한 수치계산을 수행하였다. 유체 유동은 격자볼츠만 방법을 이용하였으며, 유동장 내에서의 고체입자 운동은 계산점(node) 기반의 가상영역으로 간주하여 해석하였다. 유체-입자의 상호작용은 격자볼츠만 방법의 지배방정식에 국부적으로 운동량 교환량을 추가하여 해석하며, 가상영역 내에 위치한 고체입자의 병진 및 회전 운동은 뉴턴 운동 방정식과 오일러(Euler) 방정식을 이용한다. 구성된 상호작용 모델의 유효성을 검증하기 위하여 중립상태에서의 부유 입자운동 및 단 입자의 침강에 대한 수치계산을 수행하였으며, 기존 연구들과의 비교를 통하여 본 연구의 유체-입자 상호작용 모델이 갖는 신뢰성과 효용성을 평가하였다.

• Korea-Australia Rheology Journal
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• 제21권3호
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• pp.193-200
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• 2009

We present a direct simulation technique for two-dimensional mold-filling simulations of fluids filled with a large number of circular disk-like rigid particles. It is a direct simulation in that the hydrodynamic interaction between particles and fluid is fully considered. We employ a pseudo-concentration method for the evolution of the flow front and the DLM (distributed Lagrangian multipliers)-like fictitious domain method for the implicit treatment of the hydrodynamic interaction. Both methods allow the use of a fixed regular discretization during the entire computation. The discontinuous Galerkin method has been used to solve the concentration evolution equation and the rigid-ring description has been introduced for freely suspended particles. A buffer zone, the gate region of a finite area subject to the uniform velocity profile, has been introduced to put discrete particles into the computational domain avoiding any artificial discontinuity. From example problems of 450 particles, we investigated the particle motion and effects of particles on the flow for both Newtonian and shear-thinning fluid media. We report the prolonged particle movement toward the wall in case of a shear-thinning fluid, which has been interpreted with the shear rate distribution.

• 한국음향학회지
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• 제31권1호
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• pp.19-28
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• 2012

Kirchhoff 적분식을 이용하여 외부 음향 문제의 시간 영역 응답을 계산하는 경우, 주파수영역 해석과 마찬가지로 가상적인 내부 음향 모드에 기인한 비유일성 문제가 발생한다. 이를 해결하는 방법들 중의 하나로서 CHIEF(Combined Helmholtz Integral Equation Formulation) 방법이 쓰이는데, 이는 몇몇 내부 수음점의 응답을 0으로 추가하여 구속하는 조건을 부가하는 기법이다. 이 기법은 주파수 영역 경계요소법에서는 간편한 수식 때문에 많이 사용되고 있지만, 시간 영역에서는 사용된 예가 없다. 본 연구에서는 대상체 내부의 가상 수음점과 경계 표면의 절점들간의 최소 거리에 대한 지연시간을 고려하여, 계산하고자 하는 미지수인 현재 시간의 경계 표면 음장을 구속함으로써, 시간 영역 해석에 적합하도록 CHIEF 방법을 수식화하였다. 예제로서, 반지름 방향으로 진동하는 구의 음향 방사 문제를 다루었다. CHIEF 방법을 적용함에 따라 저차의 내부 음향 모드에 기인한 비유일성 문제를 해결할 수 있었고, 비요동 모드에 의한 수치적 불안정성을 피할 수 있었다. 그러나, 유효주파수 밖에 남은 내부 음향의 고차모드들에 의한 수치적 불안정성은 증가하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제20권3호
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• pp.121-128
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• 2017

국내에서 시간영역 전자탐사(time-domain/transient electromagnetic, TEM) 자료의 해석은 1차원 알고리듬에 주로 의존하고 있는 실정이기 때문에 정밀한 해석을 위하여 3차원 모델링 및 역산 해석 프로그램의 개발이 필요한 상황이다. 이 연구에서는 엇갈린 격자를 이용한 시간영역 유한차분(staggered-grid finite-difference time-domain, FDTD)법에 기초하여 3차원 TEM 반응 모델링 알고리듬을 개발하였다. 시간영역 전자탐사의 모델링을 위해 맥스웰 방정식을 현시적 중앙점 FDTD법을 이용하여 이산화하였으며 수치 안정성을 높이기 위해 가상 변위전류항을 도입하였다. 일반적으로 많이 활용되는 소형 코일 송신원을 수치적으로 구현하여 균질 반무한 공간에서의 해석해와 비교 검증하고 3차원 이상체에 대한 반응을 분석하였다. 이 연구에서 개발된 모델링 프로그램은 향후 TEM 전자탐사 자료의 정밀 해석에 기초가 될 것으로 기대한다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제4권1호
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• pp.53-62
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• 2003

In this study, nonlinear aeroelastic characteristics of an supersonic missile wing with strong shock interferences are investigated. The missile wing model has a freeplay structural nonlinearity at its pitch axis. To practically consider the effects of freeplay structural nonlinearity, the fictitious mass method is applied to structural vibration analysis based on finite element method. Nonlinear aerodynamic flows with unsteady shock waves are also considered in supersonic flow regions. To solve the nonlinear aeroelastic governing equations including the freeplay effect, a modal-based coupled time-marching technique based on the fictitious mass method is used in the time-domain. Various aeroelastic computations have been performed for the nonlinear wing structure model. Linear and nonlinear aeroelastic analyses have been conducted and compared with each other in supersonic flow regions. Typical nonlinear limit cycle oscillations and phase plots are presented to show the complex vibration phenomena with simultaneous fluid-structure nonlinearities.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2002년도 추계학술대회논문집
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• pp.914-920
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• 2002

Nonlinear flow-induced vibration characteristics of a generic missile wing (or control surface) are investigated in this study. The wing model has freeplay structural nonlinearity at its pitch axis. Nonlinear aerodynamic flows with unsteady shock waves are considered in the transonic flow region. To practically consider the effects of freeplay structural nonlinearity, the fictitious mass method (FMM) is applied to structural vibration analysis based on a finite element method (FEM). A computational fluid dynamics (CFD) technique is used for computing the nonlinear unsteady aerodynamics of all-movable wings. The aerodynamic analysis is based on the efficient transonic small-disturbance aerodynamic equations of motion using the potential-flow theory. To solve the nonlinear aeroelastic governing equations including the freeplay effect, a modal-based computational structural dynamic (CSD) analysis technique based on fictitious mass method (FMM) is used in time-domain. In addition, CSD and unsteady CFD techniques are simultaneously coupled to give accurate computational results. Various aeroelastic computations have been performed for a generic missile wing model. Linear and nonlinear aeroelastic computations have been conducted and the characteristics of flow-induced vibration are introduced.

• 대한조선학회논문집
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• 제49권3호
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• pp.213-221
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• 2012

The present study numerically investigates the interaction between a free-surface and flow around a circular cylinder over a moving wall. In order to simulate the flow past the circular cylinder over a moving wall near a free-surface, this study has adopted the direct-forcing/fictitious domain (DF/FD) method with the level set method in the Cartesian coordinates. Numerical simulation is performed for a Reynolds numbers of 100 in the range of $0.25{\leq}g/D{\leq}2.00$ and $0.5{\leq}h/D{\leq}2.00$, where g/D and h/D are the gaps between the cylinder and a moving wall and the cylinder and a free-surface normalized by cylinder diameter D, respectively. According to g/D and h/D, the vortex structures have been classified into three patterns of the two-row, one-row, steady elongation. In general, both of g/D and h/D have the large values which mean the cylinder is far away from the wall and the free-surface, two-row vortex structure forms in the wake. When g/D decreases, the two-row vortex structure gradually transfers into the one-row vortex structure. When the g/D reveals the critical value below which the flow becomes steady state, resulting in the steady elongation vortex.

• 터널과지하공간
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• 제30권1호
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• pp.15-28
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• 2020

본 연구는 개별요소법을 이용하여 삼차원 불연속절리망 시스템의 강도 및 변형계수를 추정하기 위해 제안된 기법을 소개하였다. DFN(discrete fracture network) 시스템에서 개별 절리는 유한 길이의 정사각 평면으로 취급하였다. 해석영역은 무결암과 유사한 거동을 하도록 설정된 가상절리와 실제 개별 절리의 조합으로 형성된 다면체로 이산화하였다. 제안된 기법의 적용성을 검토하기 위하여 확정적 및 추계론적 삼차원 DFN 시스템으로 이루어진 한 변이 10m인 정육면체 해석영역에 대하여 개별요소법에 의한 강도 및 변형계수를 추정하는 수치실험이 수행되었다. 또한, 본 연구는 절리의 기하학적 속성이 DFN 시스템의 강도 및 변형 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 제안된 기법은 삼차원 DFN 시스템의 이방적 강도 및 변형 특성을 효과적으로 추정하는 것으로 평가되었다.