Infinite Elements for Analysis of Diffraction and Radiation Problems in the Vertical Plane

연직 2차원 회절 및 방사문제 해석을 위한 무한요소

This paper is concerned with developing infinite elements which are applicable to wave diffraction and radiation problems in the vertical plane. The near need region surrounding the solid body is modeled using conventional finite elements. but the far fold region is represented using the infinite elements developed in this study. The shape functions for the infinite elements are derived from the analytical eigenseries solution of the scattered waves in the far field region. The system matrices of the elements are constructed by performing the integration in the infinite direction analytically to achieve computational efficiency. Numerical analysis is carried out for two floating bodies with different cross-sectional shapes to prove the efficiency and validity of the elements. Numerical experiments are also performed to determine the suitable location of the infinite elements which directly affect accuracy and efficiency of the solution.

본 논문에서는 연직 2차원 파랑의 회절 및 방사문제를 효율적으로 해석할 수 있는 무한요소 개발에 대해서 연구하였다. 물체 주변의 내부영역은 통상의 유한요소로 모형화 하였으며, 외부영역은 본 연구에서 제시한 무한요소로 모형화하였다. 이 무한요소의 형상함수는 외부영역의 산란파의 거동을 고유함수의 급수해로 표시하였을 때 나타나는 진행파 항과 첫번째 산란파 항을 사용하여 결정하였으며, 수치해석 상의 효율을 증가시키기 위하여 무한요소의 요소행열 구성시 나타나게 되는 무한방향으로의 적분을 해석적으로 수행하였다. 본 무한요소의 효율성을 입증하기 위하여, 단면이 직사각형인 경우와 반원형인 부체를 대상으로 예제 해석을 수행하였다. 또한, 해석의 효율성 및 해의 정확도에 직접적으로 영향을 미치는 무한요소 위치의 기준 설정을 위한 수치실험도 수행하였다.