Free Oscillation Analysis in the Coastal Area using Integrated Finite Difference Method

적분차분법을 이용한 연안역에서의 해수고유진동해석

Integrated finite difference method (IFDM) is used to solve one dimensional free oscillation problem in the coastal area. To evaluate the solution accuracy of IFDM in free oscillation analysis, two finite difference equations based on area discretization method and point discretization method are derived from the governing equations of free oscillation, respectively. The difference equations are transformed into a generalized eigenvalue problem, respectively. A numerical example is presented, for which the analytical solution is available, for comparing IFDM to conventional finite difference equation (CFDM), qualitatively. The eigenvalue matrices are solved by sub-space iteration method. The numerical results of the two methods are in good agreement with analytical ones, however, IFDM yields better solution than CFDM in lower modes because IFDM only includes first order differential operator in finite difference equation by Green's theorem. From these results, it is concluded that IFDM is useful for the free oscillation analysis in the coastal area.

Dey and Morrison (1979)이 육상의 전기탐사문제의 해결에 성공적으로 적용한 적분차분법(integral finite different method)의 해양에서의 응용성을 연구해보기 위해, 해석해가 존재하는 연안역의 해수고유진동 문제를 도출하여 기존의 고유진동문제에 적용하여 보았다. 그 응용성의 평가는 기존 해양에 널리 적용되는 기존차분법(conventional finite different method)으로 구한 수치결과와 적분차분법으로 구한 결과를 해석해와의 비교검증을 통하여 실시되었다. 그 결과 적분차분법으로 구한 고유치와 고유함수값이 기존차분법으로 구한 결과보다 좋은것으로 나타났다. 이러한 결과는 적분차분법의 경우 원래의 기본방정식에 Green's theorem을 적용함으로써, 기본방정식에 존재하는 2계 미분연산자가 1계 미분연산자로 해석적으로 처리되었기 때문으로 사료된다. 따라서 적분차분법을 이용하여 해수고유진동문제를 비롯한 다른 유사문제를 풀 경우 기본차분법보다 좋은 결과가 나을 것으로 사료된다. 또한 미분방정식의 수치해를 구할 경우 적분법이 차분법보다 좋은해를 줄 수 있다는 것을 증명한 것으로 사료된다.