• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.300-303
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• 2009

본 논문에서는 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure interaction;FSI)에 관한 새로운 수치적 접근 방법의 제안과 타당성 검토가 목적이다. 기존의 유체 관내 유동에서는 유체-구조물 상호작용방법을 이용하여 해석하였으나 해석과정과 수치적 효율성에 문제점이 있다. 본 논문은 다공질 매체 거동을 이용하여 관내 유체 유동해석이 제안된다. 제안된 기법은 기존의 방법이 갖는 모델링의 어려움을 개선하고, 비교적 복잡한 과정이 수행되어 많은 계산 시간이 요구되어지는 수치적 효율성이 개선되었다. 또한 다공질 매체 거동에서 중요요소인 침투성과 유체-구조물 상호작용의 중요요소인 유체와 구조물경계의 마찰사이의 관계가 도출되었다.

• Journal of Biomedical Engineering Research
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• v.20 no.5
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• pp.593-599
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• 1999

수축절정기에 0.2mm, 0.4mm 두께의 소구경 인조혈관의 내경3.2mm의 동맥에 문합한 단단문합 주위의 유동과 구조해석을 동시에 수행하였다. 유동해석 결과 속도분포 및 벽단전률은 타 연구결과와 매우 유사하며 이론해와 매우 유사함을 보였다. 유동에 의해서 문합부 주위에 작용하는 응력은 문합부에 집중되며 이는 수십만 pa에 달했다. 또한 인조혈관과 동맥에 작용하는 원주방향의 응력을 이론해와 비교한 결과 서로 유사함을 보였으며 두께가 얇은 인조혈관을 사용하는 경우 문합부의 compliance mismatch 는 개선되나 반대로 응력은 더 많이 받음을 알 수 있었다. 본 연구를 통해서 유체에 의하여 혈관이 영향을 받는 심혈관계 현상을 연구하는데 있어서 이와 같은 유체-구조 상호작용을 고려하여 동시에 해결 하는 방법은 매우 유용할 것으로 생각된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.86-86
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• 2020

수리구조물에 관한 기존 연구들은 대부분 기능성과 안정성 측면에서 본체에 작용하는 유체력에 대한 안정성에 주안점을 두고 있다. 수리구조물 상·하류의 수위차에 기인한 기초지반내의 흐름 및 간극수압 변화는 하천 구조물의 안정성을 연구하는데 매우 중요하다. 해양에서는 파랑하중에 의한 과잉간극수압이 액상화를 발생시켜 해안구조물의 안정에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되며, 이에 관련 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 반면, 하천구조물 주변 지반의 흐름 및 간극수압 뿐 아니라, 액상화에 관한 연구는 아직 미진한 실정이다. 본 연구에서는 수리구조물 주변의 유동 및 와동 현상 뿐 아니라, 수위차에 따른 지반 내부 유동장과 간극수압에 관한 특성을 분석하기 위해 유체-구조물-지반 비선형 상호작용을 고려할 수 있는 수치수조를 새롭게 제안하였다. 그리고 제안하는 수치수조의 타당성 및 유효성을 검증하기 위해 기존 실험값과 비교·검토를 수행하였고, 그 결과는 거의 유사한 경향을 나타내었다. 또한 이 수치수조에 다양한 입사조건(상·하류 수위차)에 적용하여 유체-구조물-지반의 비선형동적상호간섭 해석을 수행하였다. 최종적으로 수치수조에서 측정한 구조물 주변의 유동, 와동, 수위로부터 수리특성을 논의하였다. 게다가 지반내의 흐름과 간극수압을 측정하여 상·하류 수위차가 수리구조물의 안정성에 미치는 영향을 분석할 수 있었다.

• Journal of Biomedical Engineering Research
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• v.22 no.1
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• pp.59-68
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• 2001

유체-고체 상호작용을 고려하여 다양한 복부대동맥류 모델에 대해서 맥동유동 및 구조를 동시에 해석하였다. 동맥류의 확장부 크기와 혈관벽 두께에 따라서 총 여덟 개의 축대칭 동맥류 모델을 선정하였다. 유한체적법 및 압력기반의 유한차분법을 이용하여 유동을 해석하였으며, 유한요소법을 이용하여 구조해석을 수행하였다. 동맥류의 확장부위가 클수록 최대응력은 최대확장부위와 변곡점에 해당하는 동맥류의 입구 및 출구 부분에 집중되었으며, Von Mises 응력은 최대확장부위 뿐만 아니라 동맥류의 근위부와 원위부($\pm$1D)에서도 현저하게 증가하였다. 또한 더욱 확장된 모델일수록 혈관벽은 직경방향의 변위보다 축방향의 변위가 지배적이었으며, 동맥류 원위부보다 근위부에서 큰 축방향 변위를 나타냈다. 동맥류 입구부의 미약한 와류는 한 주기동안 그 크기와 강도를 더해가며 동맥류 원외부로 이동하였고, 동맥류의 내부 유동은 압력차이가 감소하는 기간동안 더 큰 영향을 받았다. 확장정도가 심할수록 동맥류 내부에 더 크고 강한 와류가 관찰되었다. 압력차이가 최소가 된 직후 동맥류의 근위부와 원위부동맥 벽 근처에서의 역방향 유동이 관찰되었다. 대체로 혈관벽 두께가 감소한 모델과 더욱 확장된 모델일수록 벽전달률은 감소하였다. 혈관벽의 탄성에 의하여 압력차이와 벽전달률 사이에 위상차가 존재함이 확인되었다. 유체-고체의 상호작용을 고려한 연구는 다른 심혈관계를 이해하는데도 매우 유익할 것으로 생각된다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2016.11a
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• pp.96-100
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• 2016

슬롯판을 이용한 경사충격파와 경계층 간섭유동 제어에서, 슬롯의 각도를 바꾸어 가며 제어 성능을 비교하는 수치적 연구가 수행되었다. 기준이 되는 수직 슬롯, 각도를 달리한 6개의 case를 선정하여 하여 충격파 뒤에서 전압손실 및 경계층 안정성을 기준으로 제어 성능을 평가하였다. 수치해석 결과 모든 형상에 대해 제어하지 않은 상태보다 좋은 성능을 얻었다. 공력성능이 뛰어난 그룹과 그렇지 않은 그룹을 구분하여 슬롯과 공동 유동 구조를 분석하면서 경계층 불안정성을 야기하고 전압손실 감소에 영향을 미치는 것은 경계층과 충격파가 상호작용하는 영역에서 Vortex를 얼마나 제어할 수 있는지 여부임을 알 수 있었고, 이러한 Vortex를 얼마나 제어할 수 있는지에 따라 공력 성능이 결정됨을 파악할 수 있었다.

• The Korean Journal of Rheology
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• v.5 no.1
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• pp.49-64
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• 1993

사출성형충전공정에서 금형구조가 단섬유배향에 미치는 영향을 예측하기 위하여 수 치모사 프로그램을 개발하였다. 유한요소 /관찰 부피 방법에 복잡한 금형에서의 유동을 해 석하고 섬유와 섬유간의 상호작용을 고려한 섬유배향텐서 변화식을 이용하여 입자 추적법으 로 섬유배향분포를 구하였다. 수치모사 결과 금형 옆벽면과 내부 방해체의 주위에 있는 섬 유들이 전단변형의 영향으로 그들주위를 따라서 정렬되려는 경향을 보였다, 두 유동이 내부 방해체를 지나 접하면서 생성된 웰드라인을 따라서 단섬유들이 정렬되려는 경향을 나타내엇 다. 그리고 수축유동에서는 흐름방향으로 정렬되나 확장유동에서는 흐름방향에 수직으로 배 열되려는 경향을 확인하였다. 위아래 벽에 의한 전단변형의 영향으로 서로 다른두 배향구조 를 보여주는 skin-core 구조를 두께방향의 속도구배를 고려한 수치모사를 통하여 예측할 수 있었다. skin구조에서는 섬유들이 흐름방향으로 정렬되고 core 구조에서는 흐름방향에 수직 으로 배향되는 것을 확인하였으며 섬유상호계수값이 커질수록 임의 배향화하는 경향을 보였다.

• Journal of the Korean Society of Visualization
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• v.18 no.3
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• pp.35-41
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• 2020

We conduct numerical simulations of the interaction of a deformable structure with two-phase compressible flow. The finite volume method (FVM) is used to simulate fluid phenomena including a shock wave, a gas bubble, and the deformation of free surface. The deformation of a floating structure is computed with the finite element method (FEM). The compressible two-phase volume of fluid (VOF) method is used for the generation and development of a cavitation bubble, and the immersed boundary method (IBM) is used to impose the effect of the structure on the fluid domain. The result of the simulation shows the generation of a shock wave, and the expansion of the bubble. Also, the deformation of the structure due to the hydrodynamic loading by the explosion is identified.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2015.03a
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• pp.585-589
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• 2015

본 연구에서는 이중압축램프의 초음속 유동에서 발생하는 충격파 경계층 상호작용을 EDISON_CFD로 해석하기로 한다. 이중압축램프에선 역압력 구배로 인하여 경계층이 박리가 일어나게 되고 박리된 경계층이 다시 이중압축램프에 부착되어 생겨난 박리영역을 관찰할 수 있다. 박리영역의 앞뒤로 유동의 방향이 바뀌게 되면서 압축 팬(compression fan)과 재부착 팬(reattachment fan)이 충격파를 발생시키고 이중압축램프전방의 충격파와 만나서 복잡한 유동 구조를 가지게 됨을 확인하였다. 이와 같은 층류에서 난류, 박리와 재부착의 영역에서의 해석하기 위해선 해석자의 난류모델이 중요하다. $15^{\circ}-30^{\circ}$, $15^{\circ}-45^{\circ}$의 두 종류의 이중압축램프를 $k-{\omega}$ SST 난류 모델과 ${\gamma}-Re_{\theta}$ 천이 모델로 계산을 EDISON_CFD로 수행하였다. 난류 모델의 차이를 표면마찰계수, 압력계수, 마하수로 비교하여 차이점을 분석하였다.

• Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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• v.2 no.2
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• pp.279-286
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• 1999

Wall-bounded 유동과 달리 자유 전단 유동은 Hyperbolic Tangent Profile을 가지고 비점성 불안정에 의해 지배된다. 따라서 자유 전단 유동에서 난류로의 천이과정은 비점성 불안정성 이론에 의해 해석되어 진다. 본 연구는 분리판(Splitter plate)에 의해 분리된 속도가 다른 자유 유속의 혼합에 의해 형성되는 혼합층에서 와류병합과정에 대한 속도비의 영향에 대하여 연구한다. 속도비는, R, $ \frac{U_1-U_2}{U_1+U_2}$ 로 정의되며, 여기서 $U_1$은 분리판 위에서의 자유 유속을 그리고 $U_2$ 는 분리판 아래에서의 자유 유속을 나타낸다. 본 연구에서 와류구조의 병합작용을 분석하기 위하여 2차원 비정상 Large-Eddy Simulation 방법을 적용하였다. 속도비의 변화에 따라 혼합층에서 불안정 Wave가 성장하게 되고, 유체는 2차원 와류구조에서 Roll-up한다. 이러한 2차원 와류구조는 주위의 다른 와류구조와 상호작용을 하게 되고 하나의 커다란 와류구조를 형성하는 것을 볼 수 있다. 혼합층에서 와류병합과정은 반복적으로 일어나는 것을 알 수 있었고, 이 결과를 이용하여 혼합층의 성장을 제어할 수 있다.

• Computational Structural Engineering
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• v.7 no.2
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• pp.4-10
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• 1994

컴퓨터 성능과 전산유체역학 분야는 지속적으로 발전하고 있으므로 이에 따라 유체의 유동장은 더욱 정확하고 상세히 묘사할 수 있게 될 것이며, 더불어 ALE유한요소법 등과 같은 유체-구조 상호작용해석 기법이 발전해 나갈 것이다. 따라서, 현재 수행되고 있는 풍동실험은 다양한 모형제작으로 인한 비용문제와 완성된 모형의 정밀도 문제, 각 모형에 대한 반복적인 실험과정 등 적절한 설계형상을 선택하는 과정에서 효율성이 낮은 경우가 많으므로 수치해석에 의한 내풍안정성 평가과정을 병행함으로써 실험의 효율성이 낮은 부분을 보완, 최소화할 수 있을 것이다. 특히 적은 비용 및 시간내에 개략적인 내풍안정성 파악이 요구되는 개념설계 및 초기설계단계에 근사적인 내풍안정성 검토 기술로서 결과적으로 활용될 수 있을 것이다. 또한 수치해석기법의 가장 큰 장애요인었던 유체 유동장의 모사정도가 향상됨에 따라 수치해석에 의한 장대구조물의 내풍안정성해석은 앞으로 상당한 발전이 있을 것으로 전망된다.