• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.137-145
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• 2014

본 논문에서는 브리징 스케일 분해를 기반으로 멀티스케일 문제에 대한 설계민감도 해석법을 개발하였다. 나노 기술의 급속한 발전으로 인해 나노 수준의 해석의 필요성이 지속적으로 증가하고 있다. 최근 분자동역학과 연속체역학의 연성문제에서 많은 해석 방법들이 개발되었다. 본 논문에서는 연성시스템 해석을 위해 브리징 스케일 기법을 사용한다. 전체 영역의 분자동역학 시스템의 해석은 많은 양의 계산 비용이 들기때문에 분자동역학과 연속체 시뮬레이션의 연성시스템을 선호한다. 분자동역학과 연속체 수준 사이의 정보 교환은 분자동역학과 연속체의 경계에서 일어난다. 브리징 스케일 법에서 일반화된 랑지벵 방정식은 축소된 영역의 분자동역학 시스템 해석을 위하여 요구되고, 시간이력 커널을 사용하여 구한 GLE 힘은 분자동역학 시스템에서 경계에 있는 원자들에 작용한다. 그러므로 분자동역학과 연속체 수준의 시뮬레이션을 분리해서 해석할 수 있으며 계산 과정을 가속시킬 수 있다. 연성문제의 시뮬레이션 이후에는 설계의 최적화를 위해 설계민감도 해석의 필요성이 자연스럽게 나타나며 전체 시스템의 성능은 나노 스케일의 효과를 고려해서 최적화된다. 설계구배 기반 최적화에서 설계민감도가 요구되지만 유한차분법으로 구한 민감도는 문제가 대형화될 때 계산비용의 제한때문에 비실용적이나 해석적 설계민감도는 효율적인 강점을 갖는다. 본 연구에서는 연성된 분자동역학-연속체 멀티스케일 문제에서 해석적 설계민감도를 유도하여 정확성과 향후 최적설계로의 활용 가능성을 확인하였다.

• 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지
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• 제20권10호
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• pp.534-542
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• 2014

멀티스케일 모델링은 시공간적으로 서로 다른 규모의 시스템을 다룰 수 있는 시뮬레이션 기법이다. 본 연구에서는 멀티스케일 모델링 연구의 일환으로 서로 다른 시뮬레이션 기법인 분자동역학과 확률회전동역학을 결합할 수 있는 방법을 제안한다. 분자동역학 프로그램 중 잘 알려진 오픈 소스인 LAMMPS를 기반으로 멀티스케일링 모델링을 구현하였으며 LAMMPS에서 정의한 제3자를 위한 표준 확장 방법을 따랐다. 제안된 방법에서는 확률회전동역학 모델을 기본으로 경계 영역은 분자동역학으로 해석 가능하게 하였고 심리스한 해석을 보장하기 위하여 중첩 영역과 정보 교환 영역을 함께 구현하였다. 예비실험을 수행한 결과, 제안된 멀티스케일 방법론이 기존 분자동역학 시뮬레이션 결과와 일치된 해석 결과를 보여주었으며 실행 시간 또한 단축시킬 수 있음을 확인하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제15권4호
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• pp.168-174
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• 2005

건조공정 중인 다공성 물질의 물성은 재료의 비균질성 즉 전위, 입자, 입계, 균열, 기공과 같은 미시적인 결함 인자들의 영향을 받는다. 따라서 다공성 물질의 건조공정을 전산 시뮬레이션하기 위해서는 연속체 스케일과 원자 스케일해석 그리고 스케일별 해석 한계 극복이 요구된다. 본 연구에서는 분자동역학 시뮬레이션으로 계산한 나노스케일 물성를 연속체 스케일 해석에 연계하는 계층적 멀티스케일 시스템을 구축하고, 다공성 세라믹 애자의 건조공정을 전산 시뮬레이션 하였다. 해석 결과, 온도, 습도, 변형률 그리고 응력 분포를 기존의 결과들과 비교하여 검증하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.119-122
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• 2011

분자동역학 전산모사를 통하여 에폭시에 다양한 반경의 구형 실리콘 카바이드를 삽입한 나노복합재를 모델링하고, 이들의 기계적 물성과 열적 물성 해석을 다양한 온도조건 하에서 수행하였다. 전산모사 결과 동일한 체적분율 하에서 나노복합재는 입자의 크기가 작아질수록 탄성계수와 전단계수가 상승하는 동시에 선팽창계수는 감소하는 입자의 크기효과를 보였다. 또한 온도 상승에 따른 기계적 물성의 하락이 잘 관찰되었다. 본 연구에서는 이러한 분자동역학 해석 결과를 바탕으로 다양한 온도조건 하에서의 입자의 크기효과를 고려한 멀티스케일 3상 모델을 제시하였다. 유리상 조건 범위에서 온도 변화에 따른 나노복합재 계면의 열응력텐서와 열변형률텐서의 정보를 통해 복합재 내에서 계면이 차지하는 부피비를 온도에 대한 함수로 고려하고, 이를 멀티스케일 모델에 반영함으로써 다양한 온도조건에 대한 나노복합재 열탄성 물성의 예측해를 제시하였다. 본 연구에서 제시한 모델에서 계산된 3상 복합재의 물성은 분자동역학 전산모사의 결과에서 나타나는 나노입자의 크기효과를 잘 반영하였다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제6회(2017년)
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• pp.110-117
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• 2017

Multiscale Simulation은 sub-nano scale의 전자 구조에서부터 macro scale의 multibody system에 이르기까지 다양한 시간/공간 스케일을 관통하는 시뮬레이션 기법이다. 즉, 전자수준에서의 변화로 인한 분자 전체의 구조 변화와 그에 따른 기능의 변화를 알 수 있는 simulation 방법으로 다양한 스케일에서 분자의 정보를 얻을 수 있다는 점에서 최근 중요하게 여겨지는 시뮬레이션 방법 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 몇 가지의 EDISON_CHEM 솔버들을 조합하여 Multiscale Simulation의 가능성을 제시하고자 한다. 또한, 세부적으로 양자계산 시에 어떤 이론을 선택하여 계산하면 더 정확한지, basis set 선택 시 발생하는 basis set superposition error(BSSE)로 인한 분자 수준의 물성의 오차는 어느정도 인지 알아보고자 했다. 본 연구에서는 비교적 간단하지만 온실 가스이자 에너지원으로 각광받고 있는 메탄을 대상으로 하였다. 다양한 시공간 스케일을 다루는 에디슨 솔버들 중에 양자 수준의 계산을 할 수 있는 솔버로는 "GAMESS"를 이용했고, 이 결과를 통해 분자 수준의 물성을 알아보기 위한 솔버로는 "사용자 지정 역장을 사용한 일반 분자동력학(general_MD)"과 "두가지 서로 다른 종류의 LJ입자에 대한 분자동력 시뮬레이션 프로그램(sejong_lj))"을 이용했다. 메탄의 상 전이 과정에 대한 연구 결과 Hartree fock (HF) self-consistent theory를 통해 얻은 force field 보다는 Second-order Møller-Plesset (MP2) perturbation theory로 얻은 force field가 더 정확한 상 전이 온도를 예측한다는 것을 메탄의 coarse-grained simulation을 통해 알 수 있었다. 또한, MP2 이론으로 구한 force field에서 BSSE를 보정해주면 실험적으로 구한 메탄의 상 전이 온도와 더 근사한 값의 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다. 이를 통해 전자 간의 상호작용을 더 정교하게 계산하는 MP2 이론으로 force field를 구해서 BSSE를 보정해주면 계산의 결과가 정확해진다는 것을 알 수 있었으며 이것이 EDISON_CHEM의 솔버들로 가능하다는 것을 제시하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.554-557
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• 2010

본 논문에서는 동일한 체적분율 가지는 탄소나노튜브 나노복합재의 기계적 특성을 규명하였다. 동일한 chirality를 가지는 서로 다른 크기의 탄소나노튜브를 이용하여 탄소나노튜브의 크기가 복합재의 물성에 미치는 영향을 규명하였다. 복합재료의 분자동역학의 결과 탄소나노튜브의 길이방향의 물성은 크게 증가하나, 전단특성의 물성 강화효과를 나타나지 않았다. 이는 통해 탄소나노튜브와 기지재료 사이의 상호작용력이 복합재료의 전단력을 전달하고, 변형을 유지할 만큼 강하지 않다는 것을 확인하였다. 이와 같은 분자동역학 결과를 바탕으로 멀티스케일 모델을 개발하여 복합재료에서 나타나는 현상을 묘사하였다. 제안된 멀티스케일 모델을 이용하여 다양한 조건의 복합재료에 대한 특성 예측이 가능하다.

• 기계저널
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• 제44권10호
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• pp.62-69
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• 2004

이 글에서는 마이크로/나노 스케일의 생체분자를 제어하거나 생체 분자의 기계적 물성치 측정 그리고 더 나아가 생체분자 상호간 작용력을 측정할 수 있는 광핀셋(optical tweezers) 원리 및 응용 예를 소개한다.

• 기계저널
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• 제53권5호
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• pp.51-55
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• 2013

이 글에서는 단분자해석방법을 이용하는 3세대 DNA 시퀀싱에 나타나는 다중물리-다중스케일 유동에 대한 해석방법들을 소개하고, 관련된 예제로 탄소나노튜브을 통한 DNA를 포함한 전해질 유동의 최신결과들을 소개하고자 한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2012년도 추계학술발표대회
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• pp.200-203
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• 2012

슈퍼 컴퓨터 시스템의 가용 계산 자원이 증가하면서 시뮬레이션 대상의 길이와 시뮬레이션 시간의 스케일을 확장할 수 있는 멀티스케일 모델링에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 논문에서는 분자동역학과 전산 유체 역학을 결합하는 멀티스케일 모델링을 대상으로 두 분야의 대표적인 시뮬레이션 소프트웨어를 하나로 조합한 프로토타입의 개발 과정과 고려 사항을 소개한다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.127-130
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• 2011

본 연구에서는 나노입자와 고분자 기지 간에 공유결합을 형성시킨 나노복합재의 계면특성과 탄성계수에서 나타나는 크기효과를 고려하기 위해 분자동역학과 미시역학모델을 순차적으로 연계하는 멀티스케일 해석모델을 제안하였다. 나노입자의 체적분율이 동일한 5개의 나노복합재 셀에 대해, 입자의 표면 원자와 고분자 기지 간에 탄소로 구성된 공유결합을 생성시킨 후 분자동 역학 전산모사를 통해 탄성계수를 예측하였고, 공유결합이 존재하지 않는 나노복합재의 탄성계수와 이를 비교하여 계면의 물성증가와 탄성계수에서 나타나는 입자의 크기효과를 규명하였다. 향상된 계면의 특성을 연속체 해석 모델에서 고려하기 위해 분자동역학 해석결과와 미시역학 모델을 연계하는 순차적 브리징 기법을 적용하였고, 이로부터 계산된 계면의 물성의 타당성을 유한요소 해석을 통해 검증하였다. 그 결과 입자와 기지 간 공유결합을 통해 나노복합재가 보다 넓은 범위에 걸친 크기효과를 나타냈으며, 제안된 브리징 모델을 통해서 물리적으로 타당한 계면의 탄성계수 값을 계산할 수 있었다.