• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권7호
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• pp.2498-2515
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• 2024

In this study, we propose a fully parallelized adaptive particle refinement (APR) algorithm for smoothed particle hydrodynamics (SPH) to construct a stable and efficient multi-resolution computing system for nuclear safety analysis. The APR technique, widely employed by SPH research groups to adjust local particle resolutions, currently operates on a serialized algorithm. However, this serialized approach diminishes the computational efficiency of the system, negating the advantages of acceleration achieved through high-performance computing devices. To address this drawback, we propose a fully parallelized APR algorithm designed to enhance both efficiency and computational accuracy, facilitated by a new adaptive smoothing length model. For model validation, we simulated both hydrostatic and hydrodynamic benchmark cases in 2D and 3D environments. The results demonstrate improved computational efficiency compared to the conventional SPH method and APR with a serialized algorithm, and the model's accuracy was confirmed, revealing favorable outcomes near the resolution interface. Through the analysis of jet breakup, we verified the performance and accuracy of the model, emphasizing its applicability in practical nuclear safety analysis.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권7호
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• pp.555-563
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• 2012

지구궤도 상에는 무수히 많은 우주파편(Orbital debris)이 존재하며 매우 높은 속도로 선회하고 있기 때문에 정상가동중인 인공위성과 충돌 시 위성구조체에 치명적인 손상을 일으킬 수 있다. 본 연구에서는 입자완화유체동역학(Smoothed particle hydrodynamics, SPH)을 이용하여 우주파편과의 초고속충돌로 인해 발생 가능한 저궤도 위성구조체의 손상분석을 수행하였다. 위성구조체의 본체 패널(Panel)로 사용되는 허니콤샌드위치패널(Honeycomb sandwich panel, HC/SP)에 대해 충돌속도에 따른 손상분석을 수행하였으며 위성구조체 내부부품의 안전성 분석을 위해 전자박스가 HC/SP에 직접 부착된 경우와 10cm 오프셋 된 경우에 대한 초고속충돌해석 및 손상분석을 수행하였다. 고도 685km의 저궤도에서 2% 정도의 충돌확률을 갖는 우주파편들을 고려할 때, HC/SP 자체에 관통이 발생하는 것으로 나타났으며 부착형 전자박스의 경우와 오프셋형 전자박스의 경우에는 전자박스에 관통이 발생하지 않고 미소 크레이터(Crater)만 발생되는 것으로 나타났다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제20권6호
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• pp.743-751
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• 2017

To evaluate the structural integrity of the helicopter radome, we performed bird strike analysis using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) technique. Since the SPH method is a meshfree method, there is no phenomenon such as mesh tangling and it is suitable to predict the dispersion behavior of debris and debris cloud generated by high-speed impact. In order to observe the scattering direction of fractured bolts, the analysis were performed under the condition that the fracture occurs at the proof load. As a result of bird strike analysis, there is no secondary damage as well as the damage due to, the dispersion behavior of the bird model, and the scattering of the fractured bolts and radome. From the additional analysis that were performed to determine the actual bolt fracture, only plastic deformation is predicted since the maximum stress of the bolt does not exceed the ultimate stress.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.193-204
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• 2011

역동적인 파랑에 노출되는 경우 다양한 failure mode를 쉽게 드러내는 Oil boom의 성능을 개선하기 위해 가장 정교한 파랑모형인 spatially filtered Navier-Stokes 식을 LES (Large Eddy Simulation), 잔차응력에 대한 LDS (Lagrangian Dynamic Smagorinsky 모형), SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) 기법을 활용하여 해석하는 새로운 수치모형이 제언되었다. 이어 부유식 Oil Boom의 누유특성을 규명하기 위해 oil spill, progressive wave, oil boom의 상호작용을 oil boom이 계류삭에 고정되어있는 경우와 oil boom의 excursion이 허용된 경우에 대해 각각 수치모의 하였다. 모의결과 oil boom의 skirt 길이가 수심의 30% 이상이고 excursion이 허용된 경우 oil spill의 차폐 기능은 극대화되는 것으로 밝혀졌다. 이와 더불어 y = 1~2 m 사이에 오일막과 해수의 경계층에서 생성된 와류가 저면으로 확산되면서 시계방향과 반 시계방향의 와류가 엇갈리게 생성되는 coherent eddies가 관측되어 수리실험을 통해 그 존재가 알려진 Kelvin-Helmholz파의 성장과정과 계면으로부터의 일탈과정이 수치모의된 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권5호
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• pp.2553-2558
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• 2014

회전익 항공기 중 군에서 운용하는 기동헬기는 전장상황에서 운용되기 때문에 연료셀 피탄 시 발생 가능한 상황을 예측하여 설계에 반영해야 한다. 연료셀 설계 고려사항은 피탄 상황의 연료셀 내부 압력, 충격파에 의한 연료셀 자체 및 금속 피팅부 응력, 탄의 운동에너지 등이 포함될 수 있다. 중요 설계데이타 확보를 위해서는 실물 연료셀을 이용한 입증시험을 수행하는 것이 가장 좋은 방법이다. 그러나, 극한조건하의 입증시험은 상당한 비용과 시간이 요구되며, 실패 위험성도 높다. 따라서, 실물을 이용한 시험을 수행하기 전 시행착오의 가능성을 줄이기 위해서는 다양한 수치해석을 통해 연료셀 내부압력과 응력 등의 설계 데이타 예측이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 입자법을 사용하여 연료셀의 중요 입증시험 중 하나인 피탄시험에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석은 전용 충돌해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하였고, 피탄의 영향으로 연료셀 내부 압력은 350~360MPa, 수압램에 의한 굽힘하중으로 260~350MPa의 등가응력이 금속피팅부에 발생하는 것으로 파악되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2019

최근 기존의 격자방식의 해석 방법을 벗어나 해석 영역에 대한 분할을 별도로 고려치 않는 수치기법의 실무적 적용사례가 증가 하고 있으며, 이러한 방식중 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 방식이 근자에 수자원 분야에서도 도입되어 관수로 및 개수로 해석 또는 복합해석 등에 활용된 바 있다. 최초 도입된 무격자방식의 모형들은 주로 복잡한 형상을 지니는 유체기계 등에 활용성이 높았던 바, 큰 규모의 해석 도메인을 가지는 수자원 분야에서의 SPH의 실무적용 평가와 효율성의 확보를 위해서, 본 연구는 국내 댐을 시범 대상으로 하여 SPH 수치해석 툴을 적용하고자 하였다. 분석 대상댐은 국내 P댐으로서 관리수위의 변동은 크지 않으나, 댐 직상류의 만곡이 심하고 다수의 대규모 취수구를 가진 곳으로 상시 발전방류 및 수시 댐 수문방류에 의해 유체의 흐름이 2,3차원의 복잡성을 띄고있기 때문에, 3차원 전산유체역학 Tool의 적용이 적절한 것으로 판단하였다. 해석을 위해 하류경계조건을 댐축과 문비로 설정하였고 상류 1km까지를 해석의 도메인으로 설정하였다. 소요시간을 줄이기 위해 여러 번의 모의를 거쳐 입자의 평균 입경은 0.6m로 제안하고 시격은 1초 미만(평균 0.5초)로 설정하였다. 수문 및 발전방류는 해당댐의 1~2년 빈도 수준에 해당하는 $5,000m^3/s$ 이하의 유량을 기준으로 하여 모의를 수행하였다. 모의의 안정성을 확보한 이후에는 해당 댐지역의 하류영향을 고려한 문비제어를 반영한 다양한 방식의 수문운영 및 취수지점의 순간 수위 영향을 검토하였다. 그 결과로 본 모의에서는 특정한 수문의 운영 조건에서는 댐수위 계측지점과 인근 취수지점 간에도 0.2m 수준의 순간 수위차가 발생할 수 있음을 보였으며, 이는 경우에 따라 취수시설의 일시적 장애요소로 발생할 수 있음을 의미한다. 따라서, 현재의 취수구조물과 문비운영 특성에 따라 발생가능한 취수장애를 줄일 수 있는 운영조건의 탐색을 위해서 수치모의를 추가로 하였으며, 이 때 댐축 상류의 유속분포에 대한 추가 검토도 수행하였다. 다만, 댐에서 방류시 하류조건에 대한 검토는 추후 보강되어야 할 것으로 판단된다.

• Coupled systems mechanics
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• 제10권6호
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• pp.491-507
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• 2021

The aim of this paper is to conduct a hydrodynamic analysis of fluid flow over different weir types using the analytical solution, the physical model taken from another article, and numericalsimulations through the Smoothed particle hydrodynamic method (SPH) using the compiled DualSPHysics source code. The paper covers the field of real fluid dynamics that includes a description of different proposed types of weirs in various flow regimes and the optimal solution for the most efficiency structure shape. A detailed presentation of the method, the structure and it's characteristics are included. Apart from the single stepped weir, two other weir types are proposed: a Divided type and a Downstream slopped type. All of them are modeled using the SPH method.

• 대한조선학회논문집
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• 제48권6호
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• pp.560-568
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• 2011

In SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) method, the fluid has been assumed that it is weakly compressible to solve the basic equations composed of Navier-Stokes equations and continuity equation. That leads to some drawbacks such as non-physical pressure fluctuations and a restriction as like small time steps in computation. In this study, to improve these problems we assume that the fluid is incompressible and the velocity-pressure coupling problem is solved by a projection method(that is, by ISPH method). The two-dimensional computation results of dam breaking and gravitational wave generation are respectively compared with the results of finite volume method and analytical method to confirm the accuracy of the present numerical computation technique. And, the agreements are comparatively acceptable. Subsequently, the green water simulations of a two-dimensional fixed barge are carried out to inspect the possibility of practical application to ship hydrodynamics, those correspond to one of the violent free surface motions with impact loads. The agreement between the experimental data and the present computational results is also comparatively good.

• 한국가시화정보학회지
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• 제15권1호
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• pp.32-40
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• 2017

Interaction between fluid and a rigid object is frequently observed in everyday life. However, it is difficult to simulate their interaction as the medium and the object have different representations. One of the challenging issues arises especially in handling deformation of the object visually as well as rendering haptic feedback. In this paper, we propose a real-time simulation technique for multimodal interaction between particle-based fluids and soluble solids. We have developed the dissolution behavior model of solids, which is discretized based on the idea of smoothed particle hydrodynamics, and the changes in physical properties accompanying dissolution is immediately reflected to the object. The user is allowed to intervene in the simulation environment anytime by manipulating the solid object, where both visual and haptic feedback are delivered to the user on the fly. For immersive visualization, we also adopt the screen space fluid rendering technique which can balance realism and performance.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3B호
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• pp.261-270
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• 2008

최근 진행된 정밀 수치해석 기법의 비약적인 발전에도 불구하고 SPH 등과 같은 고급수치기법의 수자원 분야에서의 활용은 그리 활발해 보이지 않는다. 대규모 수계를 대상으로 한 flood routing의 경우 비선형 천수방정식으로 대표되는 depth averaged approach가 효과적이나 정밀한 범람고 예단에는 오류가 야기될 수 있다. 본 고에서는 SPH 수치해석 기법의 수자원 분야로의 적용가능성을 모색하기 위해 비교적 수리모형실험자료가 풍부한 제체붕괴로 인한 수리현상을 수치모의하였다 (Martin과 Moyce, 1952). 보다 완벽한 검증을 위해 수로에 장애물이 거치된 경우 (Koshizuka 등, 1995), 수문의 갑작스런 개방으로 인한 수로에서의 수리현상 (Janosi 등, 2004) 등 점진적으로 난이도를 높여 수치모의를 수행하였다. 동수역학 모형 방정식으로는 Navier-Stokes 방정식, 동수역학의 수치적 적분에는 Smoothed Particle Hydrodynamics 기법을 채택하였다. 모의 결과 본 고에서의 수치모의가 기존에 선호되던 VOF, MAC의 수치 기법에 비해 우월한 결과를 보였다.