• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.100-100
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• 2022

일반적으로 유체와 구조물간 상호작용의 수리동역학적 모의에서는 벽경계조건을 통하여 유동에 대한 구조물의 영향이 반영된다. 하지만 도심지에서 발생한 홍수를 예측하려는 경우 이러한 방법으로는 밀집한 구조물들 사이에 형성된 좁은 길들로 인하여 세밀한 격자망을 요하여 큰 계산량을 유발하고 빠른 예측 속도를 기대할 수 없게 한다. 최근 이러한 문제를 극복하기 위해 성긴 격자망에서도 구조물의 유체에 대한 영향을 반영할 수 있도록 하는 방법들이 큰 관심을 받고 있다. 그 중에서도 다공성 천수방정식은 벽경계조건 대신 다공도(posority)의 개념을 이용한 모형으로 도시범람모의에 있어 계산량과 정확도를 가장 적절하게 타협한 모형으로 보고되고 있다. 이러한 흐름에 맞추어 본 연구는 다공도 천수방정식을 해석하는 수치 기법을 개발하였고, 여기에 최근 쌍곡선계 방정식의 수치적 연구들에서 소개된 주요 특징들이 반영되도록 설계하였다. 우선, WENO 기법과 Runge-Kutaa 기법을 통하여 공간과 시간에 대한 고차 정확도를 만족시켰다. 이 때, 재구성 변수와 알고리즘를 새롭게 제시하여 정상흐름조건에 대한 플럭스항과 생성·소멸항간 절단오차에 의한 비물리적인 흐름생성을 억제하였다. 또한, 수치모의 중 음수심의 발생으로 인하여 수치모형이 불안정해지는 현상을 막기 위해, 양-보존성 제한자를 구축하였다. 마지막으로 도심지에서 즐비한 인위적인 구조물에 의해 나타나는 지형적인 불연속의 효과를 적절하게 반영할수 있도록 정상파 재구축의 단계를 구축하여 수치 기법에 반영하였다. 이렇게 구성된 수치기법은 리만문제의 해석해에 기반하여 기존의 주요 연구들의 결과와 비교되었고, 그 결과 본 연구의 방법이 정확성, 수렴성, 안전성의 측면에서 가장 우수함을 수치적으로 증명하였다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.22 no.4
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• pp.24-35
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• 2018

Impeller blades in the centrifugal compressor are subjected to periodic aerodynamic excitations by interactions between the impeller and the diffuser vanes (DV) in resonant conditions. This may cause high cycle fatigue (HCF) and eventually result in failure of the blades. In order to predict the structural response accurately, the aerodynamic excitation and the major resonant conditions were predicted using unsteady computational fluid dynamics (CFD) and structural analysis. Then, a forced vibration analysis was performed by going through one-way fluid-structure interaction (FSI). A numerical analysis procedure was established to evaluate the structural safety with respect to HCF. The numerical analysis procedure proposed in this paper is expected to contribute toward preventing HCF problems in the initial design stage of an impeller.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.12 no.3
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• pp.116-129
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• 2000

The interaction of incident monochromatic waves with a tensioned, flexible, circular membrane submerged horizontally below free surface is investigated in the frame of three-dimensional linear hydro-elastic theory. The velocity potential is split into two parts i.e. the diffraction potential representing the scattering of incident waves by a rigid circular disk and the radiation potential describing motion induced waves by elastic responses of flexible membrane. The fluid domain is divided into three regions, and the diffraction and radiation potentials in each region are expressed by the Fourier Bessel series. The displacement of circular membrane is expanded with a set of natural functions, which satisfy the membrane equation of motion and boundary conditions. The unknown coefficients in each region are determined by applying the continuity of pressure and normal velocity at the matching boundaries. The results show that various types of wave focusing are possible by controlling the size, submergence depth, and tension of membrane.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.93-93
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• 2022

최근 이상기후로 인하여 우리나라 산림에 태풍 및 국지성 호우가 빈번히 발생하고 있다. 이로 인해 사면재해가 많이 발생하고 있으며 그 중 호우로 인한 많은 양의 물과 함께 토석 및 부유물이 중력에 의해 경사면을 따라 흐름 형태를 보이는 토석류 재해는 속도가 매우 빠르고 파괴적이며 그 결과는 비참하기까지 하다. 더구나 인구밀도가 낮은 산지 계곡부 뿐만 아니라 도시지역에서도 토석류 재해가 빈번히 발생하며 국내 및 해외에서도 토석류에 의한 피해사례는 자주 볼 수 있다. 이러한 토석류 재해의 피해를 줄이고자 토석류의 유동성을 저감시키기 위한 대책구조물의 시공이 많이 이루어지고 있으며 최근에는 투과형 구조물 중 하나인 원통형 기둥구조물을 그룹 형태로의 시공하는 경우가 늘어나고 있다. 토석류와 대책구조물 간의 상호작용은 월류(overflow), 쳐오름(run-up), 역류(backwater) 등의 복잡한 흐름 거동을 보인다. 하지만 원통형 대책구조물에 대한연구가 많이 이루어져 있지 않고 대규모 실험 또한 비용이 많이 소요되고 실행하기도 어렵다. 이 연구는 오픈소스 소프트웨어인 OpenFOAM을 사용하여 원통형 대책구조물의 설치 조건에 따라 토석류 흐름에 미치는 영향을 분석하였다. 짧은 시간 내에 흐름이 발생하고 비뉴튼 유체 특성을 갖는 토석류의 유효전단응력이 난류전단응력에 비해 상당히 크므로 난류의 영향은 무시하였다. 계산된 수치모의의 결과를 같은 규모로 시행한 실험결과와 비교분석 및 검증하였다. 공학학적 문제에 적용 가능하도록 비교적 낮은 해상도의 계산 격자를 사용했지만 실험에서 보여지는 토석류의 흐름거동을 양호하게 재현했으며 원통형 대책구조물의 배치조건에 따라 토석류 선단부 유속의 감소 정도 및 시간에 따른 흐름깊이 변화를 분석할 수 있었다. 이 연구는 다양한 조건을 가지는 토석류 흐름을 해석하는데 유용하게 활용할 수 있으며, 추후 복잡한 실제지형 조건을 고려하는 연구를 통하여 적용성을 확보하고자 한다.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.33 no.2
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• pp.75-84
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• 1996

The structural response of naval surface ships subjected to underwater shock loadings is a very important problem in viewpoint ship survivability. In practice, among others the case of noncontact underwater explosions is the only one shock loading considered in designing naval surface ships to resist underwater explosions. In orator to efficiently design naval surface ships and their equipment to resist such shock loadings it seems necessary to prepare theoretical analysis tools and/or empirical design criteria which can predict the three dimensional transmission of shock waves. This paper describes a simplified method to analyse shock responses for ship hull girder, which uses a loading function to approximate the shock loadings on ship structures due to noncontact underwater explosions. A couple of examples to apply this method are provided.

• Computational Structural Engineering
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• v.4 no.4
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• pp.135-144
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• 1991

The finite element technique incorporatating infinite elements is applied to analyzing the general three dimensional wave-structure interaction problems within the limits of linear wave theory. The hydrodynamic forces are assumed to be inertially dominated, and viscous effects are neglected. In order to analyze the corresponding boundary value problems efficiently, two types of elements are developed. One is the infinite element for modeling the radiation condition at infinity, and the other is the fictitious bottom boundary element for the case of deep water. To validate those elements, numerical analyses are performed for several floating structures. Comparisons with the results by using other available solution methods show that the present method incorporating the infinite and the fictitious bottom boundary elements gives good results.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.27-27
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• 2021

세굴은 유체와 유사의 상호작용으로 발생하는 중요한 자연 현상 중 하나로, 구조 및 지반 붕괴, 홍수, 생태계 파괴 등의 문제를 야기할 수 있다. 이러한 세굴 현상을 예측하기 위해 많은 수치적 연구가 진행되어왔지만, 대부분의 연구가 기존 격자기반방법인 유한체적법 (FVM)과 개별요소법 (DEM)이 연성된 모델을 이용하였고, 이는 격자 의존도로 인한 정확도와 효율성의 문제점을 보였다. 해결책으로 입자기반 유체해석 방법인 약압축성 SPH (WCSPH)와 개별요소법의 결합모델을 이용한 모의가 연구되어 왔지만, 단순 밀도차를 활용한 유체해석방법이 압력의 불안정성을 야기하여 유사의 운동에도 영향을 주는 결과를 보였다. 또한, 개별요소법의 특성상 모의 입자의 크기를 실제 실험 입자의 크기와 동일하게 설정하면서 입자수가 지나치게 증가해 계산의 효율성이 현저히 낮아지게 되었고, 이로 인해 실제 자연 지형에 적용하는데 어려움을 보여주었다. 본 연구에서는 향상된 세굴 수치모의해석을 위해 반복법을 통해 안정적인 유체 압력을 계산하는 비압축성 SPH (ISPH)와 개별요소법을 연성한 ISPH-DEM 모델을 사용하였다. 또한, 계산속도 향상을 위해 하나의 입자가 다수의 작은 입자의 움직임을 대표하는 Coarse-grained 방법을 적용하여 기존 모델을 개선하였다. 개선된 모델을 NFLOW ISPH PURPLE 소프트웨어를 이용하여 세굴 현상을 수치 모의하였고 실험 결과와 검증을 진행한 결과, 세굴의 깊이, 너비, 형상 등을 비교하였을 때 약 10% 이내의 오차를 보였고, Coarse-grained 방법을 통한 입자 수 감소로 최소 13배 증가된 해석 속도를 보였다. 이를 통해 본 연구에서 제시된 모델이 실제 자연 지형에서의 적용가능성을 확인할 수 있었다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.33 no.5
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• pp.203-216
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• 2021

Analyzing various wave interactions with oscillating wave surge converters (OWSC) is essential because they must be operated efficiently under a wide range of wave conditions and designed to extract optimal wave energy. In the conceptual design and development stage of OWSC, numerical analysis can be a good alternative as a design tool. This study performed a numerical analysis on the behavioral characteristics of the inverted triangle flap against the incident waves using open source CFD to examine the essential behavioral attributes of OWSC. Specifically, the behavioral characteristics of the structure were studied by calculating the free water surface displacement and the flap rotation angle near the inverted triangular flap according to the change of the period under the regular wave conditions. By comparing and examining the numerical analysis results with the hydraulic model experiments, the validity of the analysis performed and the applicability in analyzing the wave-structure interactions related to OWSC was verified. The numerical analysis result confirmed that the hydrodynamic behavior characteristic due to the interactions of the wave and the inverted triangle flap was well reproduced.

• Journal of Aerospace System Engineering
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• v.12 no.2
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• pp.15-22
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• 2018

A compressible multiphase flow was investigated using a DIM consisting of seven equations, including the fifth-order MLP and a modified HLLC Riemann solver to achieve a precise interface structure of liquid and gas. The numerical methods were verified by comparing the flow structures of the high-pressure water and low-pressure air in the shock tube. A 2D air-helium shock-bubble interaction at the incident shock wave condition (Mach number 1.22) was numerically solved and verified using the experimental results.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.15 no.4
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• pp.232-241
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• 2003

The interaction of incident monochromiatic waves with N bottom-mounted porous circular cylinders is investigated in the frame of three-dimensional linear potential theory. The fluid domain is divided into N+l regions i.e. a single exterior region and N interior regions, and the diffraction potential in each fluid region is expressed by an eigenfunction expansion method (Williams and Li,2000). The analytic results show that the porous structure reduces both the wave forces and the run-up wave around the cylinder. To verify the developed model, the systematic model test with a line array of porous cylinders is conducted at the wave tank (30m$\times$7m$\times$1.5m). The analytic results are in good agreement with the experimental results within measured frequency range. It is concluded that the breakwater constructed with an array of porous circular cylinders shows the performance of an effective wave barrier together with the seawater-exchange effect and is considered to have vast potentials for the use of seawater-exchanging breakwater in the future.