• 한국해양공학회지
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• 제12권1호
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• pp.85-98
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• 1998

본 논문의 수치해법은 경계치문제를 풀기 위하여 코시이론(Cauchy's theorem)을 사용하였다. 경계치문제는 완전한 물체표면조건과 자유표면조건을 만족시키는 초기치문제로 귀결된다. 현 수치해법에서 무한영역은 수치계산 영역인 비선형 영역과 선형 자유표면조건을 만족하는 선형영역으로 나누어진다. 선형영역의 해는 과도 그린(Green)함수를 사용하여 정합조건을 부과함으로써, 수치계산은 비선형 영역에서만 수행된다. 본 논문에서 저자는 수치계산 영역에서 코시이론을 사용하여 적분방정식을 도출하였고, 무한영역의 해는 정합면에서 과도 그린함수를 사용하여 표현하였다. 본 수치계산에서 자유표면에 요소 재분배법을 적용함으로써 쇄파현상에 대해서도 안정적인 수치해석을 할 수 있었다. 본 논문에서 개발된 수치방법을 적용한 문제는 다음과 같다. 첫째는 자유표면에서 실린더가 강제동요하는 경우에 자유표면형상과 힘을 계산하여 이전의 실험치 및 계산치와 비교하였다. 두번째로는 실린더가 자유수면하에서 일정한 속도로 항주하는 경우에는 조파저항과 양력을 계산하여 고차 스펙트럴법과 비교하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.29-40
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• 1993

본 연구는 정수면으로 부터 얕게 잠겨 항주하는 3차원 수중익에 의한 비선형 조파현상의 특성규명을 위한 기초연구로서 수중익이 예인수조안에서 일정속도로 항주할 때 자유표면에 발생하는 비선형 파형의 특성과 수중익에 작용하는 유체력을 계산하기 위한 수치해법의 개발을 목적으로 하였다. 수치해법으로는 변분원리에 기초한 유한요소법올 사용하였으며 수중익 근처에서는 비선형 자유표면조건을 엄밀하게 만족시켰고 수중익으로 부터 충분히 떨어진 영역에서는 종래의 선형화된 자유표면 경계조건을 만족시켰다. 수치해법의 계산효율을 높이기 위하여 비선형영역과 선형영역 사이에 인위적인 비선형-선형 완충영역을 도입하여 계산영역을 크게 줄였다. 수중익을 간단한 직사각형 보오텍스계로 표현하여 유속과 몰수길이, 보오텍스의 세기 및 분포의 변화에 따른 비선형 파형의 특성을 조사하였으며 특히 자유 보오텍스선이 비선형 파형에 미치는 영향을 파악하였다. 파동에 의하며 수중익에 유기되는 속도성분들의 크기 및 분포, 양력 및 유기항력에 대한 계산을 수행하여 자유표면의 비선형성에 의한 영향을 규명하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.33-42
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• 2003

본 논문에서는 2차원 사각탱크내 비압축성, 비점성, 비회전 유동에 대한 비선형 슬로실 해석을 다룬다. 유체영역의 지배방정식으로 포텐셜 이론에 기반을 둔 라플라스 방정식을 사용한다. 대변형의 슬로싱 거동을 표현하기 위하여 베르누이 방정식으로부터 유도된 운동 및 동역학적 자유표면 경계조건을 적용한다. 이러한 비선형 슬로싱 문제는 9결점 요소를 사용한 유한요소법에 의하여 해석되어 진다. 경계조건에 대한 시간적분과 정확한 속도계산을 위하여 각각 예측자-수정자 기법 및 최소자승법을 도입하였다. 또한, 자유표면 추적에서 야기되는 안정성 문제는 시간변동에 대한 자유표면 위치를 직접 계산함으로써 확보할 수 있었다. 외부 조화가진에 대한 본 논문의 결과는 선형이론해 또는 참고문헌의 결과와 비교하여 매우 정확하고 안정적이었다. 프로그램 검증 후, 유체높이와 가진크기에 대한 슬로싱 응답특성을 분석하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제7권4호
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• pp.216-223
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• 2004

본 논문에서는 3차원 비선형 슬러싱 유동에 대한 수치해법을 개발하였다. 탱크내에서 과도한 슬러싱 유동이 일어나는 경우에는 슬러싱 유동에 의해 유기되는 유체 충격력에 의해 탱크 내부 부재나 탱크 자체의 손상을 야기할 수 있다. 비선형 슬러싱 유동을 포텐셜 유동 이론에 근거한 자유표면파 문제로 정식화하고, 엄밀한 비선형 자유표면 경계조건을 적용하여 수치적으로 해석하였다. 안정된 수치 해법 개발을 위해 해밀톤 원리에 근거한 변분법을 사용하였으며 얻어진 변분식에 유한 요소법을 적용하여 해석하였다. 비선형 자유표면 유동은 시간영역에서의 초기치 문제로 해석하였으며 자유표면의 위치는 매 계산 시간 간격마다 반복계산에 의해 결정되었다. 수치 해석 결과로는 탱크내에 위치한 파이프에 비선형 슬러싱 유동에 의해 야기되는 유체 충격력을 구하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권2호
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• pp.98-111
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• 1993

2차원 비정상 비선형 자유표면파를 해석하고 자유표면파에서의 점성효과를 관찰하였다. 유동장내의 Navier-Stokes 방정식과 연속방정식을 풀기 위해 유한해석법을 적용하였고, 자유표면의 처리를 위해 MAC 기법을 적용하였다. 그리고, 자유표면에서는 표면장력을 고려한 경계조건을 적용하였으며, 층류에 대한 점성효과만을 고려하였다. 계산모델은 천수역에서의 점성영향, 자유표면 근처에서의 보오텍스 쌍(vortex-pair)의 거동 및 전진하는 부유체 앞에서의 자유표면파문제 등이다. 천수역문제에서는 바닥과의 마찰에 기인한 자유표면파의 변화를 고찰하였으며, 특히 고립파에 대한 적용으로서 파고의 감소정도, 수직벽면에서의 파상승(wave run-up) 및 수심의 변화로 인한 유장변화 등을 살펴보았다. 보오텍스 문제에서는 보오텍스의 이동에 따른 자유표면주위의 유동변화를 관찰하였으며, 사각부유체 주위의 유동문제에서는 전진속도의 차이에 따른 자유표면파의 차이 및 물체주위의 유동특성을 관찰하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.67-81
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• 2000

본 연구에서는 2차원 비선형 방사문제에 대한 정확하고 효과적인 수치기법을 개발하였다. 물체운동에 의해서 생성되는 비선형파계는 이상유체라는 가정에 의하여 기술되고, 라프라스 방정식은 고차경계요소법과 GMRES(Generalized Minimal RESidual) 알고리즘을 이용하여 신속하고 효율적인 풀이가 가능하도록 하였다. 자유표면과 물체면의 교차점에서 발생하는 교차선문제는 불연속 요소를 이용하여 원활하게 해결하였다. 자유표면의 비선형운동을 기술하기 위해서 음해적 사다리꼴 법칙(implicit trapezoidal rule)을 사용하여 시적분하였다. 물체에 의해서 발생한 비선형파가 수직 하류면에서 반사하는 것을 줄이기 위하여 하류면에 수치감쇠항을 도입하였다. 수치계산 결과로부터 본 시적분법 및 수치방사조건이 비선형 방사문제에 매우 적합함을 확인하였다. 시적분 과정에서 자유표면의 격자점들을 재배치함으로써 수치해법의 효율성을 배가하였으며, 교차점근처의 유동 또한 정확하게 기술하였다. 가속도 포텐셜(acceleration potential) 기법을 이용하여 정확하고 안정하게 비선형 방사력을 구하였다. 본 수치계산결과는 다른 수치계산 및 실험결과와 비교하여 볼 때, 좋은 일치를 보인다.

• 한국해양공학회지
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• 제12권1호
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• pp.99-106
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• 1998

3차원 파수조에서 완전 비선형파를 시뮬레이션하기 위하여 우선 랜킨 소스를 기저로한 적분방정식을 고차경계요소법을 이용하여 이산화하였다. 그리고 방사경계조건은 파흡수 비치와 포텐셜 스트레칭 기법을 이용하여 모델링하였으며, 비선형 자유표면과 경계조건식은 고차 예측 및 보정 기법을 이용하여 시간 적분하였다. 파흡수 비치는 파의 진행방향 특성에 따라 수조내에 다양하게 배치할 수 있으며 비칭서 흡수가 덜된 파는 수조의 길이 방향 끝단에서 포텐셜 스트레칭 기법에 의하여 반사없이 진행하도록 하였다. 수치실험 결과 일-에너지 보존법칙과 모멘텀-임펄스 보존 법칙이 만족됨으로써 본 수치기법의 효용성이 검증되었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.80-89
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• 1992

자유표면파 문제에서의 방사조건을 위해 두가지 기법을 적용하여 보았다. 우선, 가상감쇠의 개념을 적용하여 일정한 구간에서 파를 감쇠시킴으로써 열린경계면(open boundary)에서 반사파를 제거하는 방법을 적용하여 보았다. 또 다른 방법으로서는 Orlanski의 방법을 변형하여 적용함으로써 단방향 파동에 대한 방사조건 처리기법을 다루었다. 몇가지의 전형적인 자유표면파문제에 대해 이들 기법을 적용하여 그 유용성을 고찰하였는데, 이들 기법은 그 적용방법이 간단하고 비선형문제에서도 사용될 수 있을 것으로 사료된다. 문제의 해법으로 기본 쏘오스 분포법이 사용되었고 비선형의 자유표면 경계조건이 적용되었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제38권1호
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• pp.1-8
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• 2001

본 논문에서는 비압축성 Reynolds-Averaged Navier-Stokes 방정식을 수치 해석하여 자유표면을 포함한 선체 주위의 난류 유동을 계산하였다. 정규격자 상에서 공간의 이산화는 2차 정도의 유한차분법을, 시간의 적분에는 4단계 Runge-Kutta법을 이용하였고, 난류 닫힘 조건을 만족시키기 위해 Baldwin-Lomax 난류 모형을 사용하였다. 자유표면의 위치는 운동학적 경계조건식을 Lax-Wendroff법으로 풀어서 구하였고, 자유표면과 격자 경계면을 일치시키기 위해 매 시간마다 새로 계산된 자유표면 위치에 맞추어 격자를 새로 구성하였다. 속도와 압력에 대한 경계조건은 자유표면에서 점성을 무시하여 근사한 동역학적 조건을 적용해서 구하였다. 본 연구에서 개발된 수치해법을 검증하기 위하여 실험자료가 많은 Wigley 선형과 Sries 60 $C_B=0.6$ 선형에 대해 수치계산을 수행하였고 계산된 선체 주위의 파형이 실험 결과와 잘 일치하는 것을 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제41권4호
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• pp.38-44
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• 2004

The motion response analysis of a submerged elliptic cylinder in waves is presented and the elliptic cylinder is a simplification of the section of submarine in this paper. The method is based on boundary integral method and two-dimensional 3 degree motions are calculated in regular harmonic waves. The fully nonlinear free surface boundary condition is assumed in an numerical domain and this solution is matched along an assumed boundary as a linear solution composed of transient Green function, The large amplitude motions of an elliptic cylinder are directly simulated and effects of wave frequency, wave amplitude and the distance from buoyancy center to gravity center are discussed.