• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.59-62
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• 2009

유체-고체 상호작용(FSI)은 산업전반에서 꼭 필요한 분야이면서도 쉽게 접근하기가 어려운 전산역학 분야의 난제 중 하나이다. 유체-고체 상호작용의 전산해석에서 유체와 고체 사이의 불일치 격자망을 어떻게 처리하는가는 매우 어렵고 민감한 부분이 된다. 운동학적 연속성과 계면을 따른 응력의 평형을 추적하기 위해 유체와 고체의 계면에서는 각각의 영역에서 해석된 물리량들을 다른 영역으로 정확히 전달해야 하는데 대부분의 유체-고체 상호작용의 문제들은 불일치 격자를 가지고 있기 때문에 불일치 격자망을 효과적으로 처리하는 수단이 필요하다. 그래서 넓은 분야에 걸쳐 적용 가능한 유체 고체 상호작용 문제에 대한 효과적인 해석방법의 제안이 큰 의미를 갖는다고 생각한다. 따라서 본 연구에서는 유체-고체 계면의 운동을 이동최소제곱 기반의 변절점 요소를 사용하여 모사함으로써 2차원 유체-고체의 상호작용(FSI)을 위한 새로운 접근방법을 제시하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.14 no.1
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• pp.1-9
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• 2001

유체-구조물 상호작용 효과를 고려하여, 실린더형 수중 구조물의 유한요소 모델을 상용 전산코드를 사용하여 작성하고 동적하중에 대한 응답해석을 수행하였다. 구조 유한요소에 부착되는 유체 유한요소로 인하여 발생하는 요소행렬의 비대칭성으로 인하여, 일반적으로 사용되는 유한요소 해석 전산코드로 유체-구조물 상호작용 모델에 대한 응답스펙트럼해석을 수행하는 것은 불가능하다. 이 문제의 해결을 위하여, 등가 비 유체-구조물 상호작용 모델을 구성하고, 등가비 유체-구조물 상호작용 모델에 대한 응답스펙트럼 해석 및 조화가진 응답해석 결과를 이용하여 유체-구조물 상호작용 모델의 스펙트럼 가진에 대한 동적 응답을 계산할 수 있는 효율적인 방법을 제시하였다.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 1994.10a
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• pp.295-299
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• 1994

두꺼운 원통형 쉘은 공학적인 문제에서 많이 사용된다. 쉘 내부에 임피던스가 큰 유체와 구조물이 있을 때 쉘을 포함한 진동해석은 이론적인 해석이 매우 어렵다. 쉘 내부에 있는 유체의 임피던스가 공기에 비하여 매우 클 경우 쉘과 유체, 내부의 구조물과 유체사이의 구조물-유체 상호작용(structure-fluid interaction)이 고려되어야 한다. 얇은 원통형 쉘에 대해서는 상용 유한요소 코드를 이용하여 구조물-유체 상호작용을 고려한 진동해석이 많이 수행되었으나 축대칭 두꺼운 원통형 쉘에 대해서는 연구가 수행되지 않고 있다. 본 연구에서는 NASTRAN, ANSYS 같은 상용 유한요소 코드에서 지원되지 않는 축대칭 두꺼운 원통형 쉘 내부에 유체와 강체요소가 있을 경우 이에 대한 유한요소 코드를 개발하고, 구조물-유체 상호작용을 고려하여 진동해석을 하였다.

• 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.

• Journal of KSNVE
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• v.7 no.4
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• pp.571-578
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• 1997

Recently, many general-purpose packages for fluid-structure interaction problems have been announced. However, they have a lot of limitations to model structures in the fluid-structure interaction problems reasonably. Utilizing general-purpose packages such as MSC/NASTRAN and SYSNOISE, in this paper, a method to slove the radiation scattering problems with some accuracy in the fluid-structure interaction problems was developed. Using a simple model, the results from the presented method here are compared with those from SYSNOISE. The result shows quite a good agreement between the two methods. The problems, which could not be solved by SYSNOISE, were tried to solve with the presented method and results were presented. It was proved that this method could be safely used to solve fluid-structure interaction problems.

• Computational Structural Engineering
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• v.5 no.4
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• pp.103-111
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• 1992

In this paper, liquid sloshing effects in rectangular storage structures for spent fuel under earthquake loadings are investigated. Eulerian and Lagrangian approaches are presented. The Eulerian approach is carried out by solving the boundary value problem for the fluid motion. In the Lagrangian approach, the fluid as well as the storage structure is modelled by the finite element method. The fluid region is discretized by using fluid elements. The (1*1)-reduced integration is carried out for constructing the stiffness matrices of the fluid elements. Seismic analysis of the coupled system is carried out by the response spectra method. The numerical results show that the fluid forces on the wall obtained by two approaches are in good agreements. By including the effect of the wall flexibility, the hydrodynamic forces due to fluid motion can be increased very significantly.

• Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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• 2002.03a
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• pp.443-450
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• 2002

본 논문에서는 미국토목학회(ASCE)의 사장교에 대한 첫번째 벤치마크 문제를 이용하여 제어-구조물 상호작용을 고려한 새로운 반능동 제어 기법을 제안하였다. 이 벤치마크 문제에서는 2003년 완공 예정으로 미국 Missouri 주에 건설 중인 Cape Girardeau 교를 대상 구조물로 고려하였다. Cape Girardeau 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고, Mississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계단계에서부터 내진 문제에 대하여 자세하게 고려되었다. 상세 설계 도면을 기반으로 하여 교량의 전체적인 거동 특성을 정확하게 나타낼 수 있는 3차원 모델이 만들어졌고, 사장교의 제어 성능에 관련된 평가 기준이 수립되었다. 본 연구에서는 제어 가능한 유체 감쇠기에 속하는 MR 유체 감쇠기를 제어 장치로 제안하였고, 기존 연구에서 MR 유체 감쇠기를 포함한 구조물의 제어에 효율적이라고 검증된 clipped-optimal 알고리듬을 제어 알고리듬으로 사용하였다. 또한, 실제 규모의 MR 유체 감쇠기 실험 결과를 이용하여 수치해석에 이용할 수 있는 동적 모델을 개발하였다. MR 유체 감쇠기는 제어 가능한 에너지 소산장치이며 구조물에 에너지를 가하지 않기 때문에 제안된 제어 기법은 한정입출력 안정성이 보장된다. 수치해석을 통해, MR 유체 감쇠기를 이용한 반능동 제어 기법이 사장교의 응답 감소에 효과적인 방법임을 증명하였다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.20 no.10
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• pp.125-132
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• 2019

Because the water exposed to shock waves caused by an underwater explosion cannot withstand the appreciable tension induced by the change in both pressure and velocity, the surrounding water is cavitated. This cavitating water changes the transferring circumstance of the shock loading. Three phenomena contribute to hull-plate damage; initial shock loading and its interaction with the hull plate, local cavitation, and local cavitation closure then shock reloading. Because the main concern of this paper is local cavitation due to a near-field underwater explosion, the water surface and the waves reflected from the sea bottom were not considered. A set of governing equations for the structure and the fluid were derived. A simple one-dimensional infinite plate problem was considered to verify this uncoupled solution approach compared with the analytic solution, which is well known in this area of interest. The uncoupled solution approach herein would be useful for obtaining a relatively high level of accuracy despite its simplicity and high computational efficiency compared to the conventional coupled method. This paper will help improve the understanding of fluid-structure interaction phenomena and provide a schematic explanation of the practical problem.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.36 no.7
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• pp.789-796
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• 2012

Radiated noise analysis from a ship structure is a challenging topic owing to difficulties in the accurate calculation of the fluid-structure interaction as well as owing to a massive degree of freedom of the problem. To reduce the severity of the problem, a new fluid-structure interaction formulation is proposed in this paper. The complex frequency-dependent added mass and damping matrices are calculated using the high-order Burton-Miller boundary integral equation formulation to obtain accurate values over all frequency bands. The calculated fluid-structure interaction effects are added to the structural matrices calculated by commercial finite element software, MSC/NASTRAN. Then, the impedance and underwater radiation noise due to an excitation of structure are calculated. The present formulation is applied to a ship to calculate the underwater radiated noise.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.41 no.7
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• pp.455-462
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• 2017

The magnetic interaction between elliptic Janus magnetic particles are investigated using a direct simulation method. Each particle is a one-to-one mixture of paramagnetic and nonmagnetic materials. The fluid is assumed to be incompressible Newtonian and nonmagnetic. A uniform magnetic field is applied externally in a horizontal direction. A finite-element-based fictitious domain method is employed to solve the magnetic particulate flow in the creeping flow regime. In the magnetic problem, the magnetic field in the entire domain, including the particles and the fluid, is obtained by solving the governing equation for the magnetic potential. Then, the magnetic forces acting on the particles are calculated via a Maxwell stress tensor formulation. In a single particle problem, it is found that the orientation angle at equilibrium is affected by the aspect ratio of the particle. As for the two-particle interaction, the dynamics and the final conformation of the particles are significantly influenced by the aspect ratio, the orientation, and the spatial positions of the particles. For the given positions of the particles, the fluid flow is also influenced by the orientation of each particle. The self-assembly structure of the particles is not a fixed one, but it varies with the above-mentioned factors.