• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.756-759
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• 2011

일반적으로 컴퓨터를 이용한 수치 해석에는 격자 수치 해석 방법인 유한요소법 또는 유한차분법이 주로 사용되어 왔다. 그러나 이러한 방법들은 해석하고자 하는 영역을 요소나 격자 등으로 분할해야 하기 때문에 복잡한 현상들을 다루는 데 어려움을 갖게 된다. 이를 극복하기 위해 개발된 방법이 무요소법(Meshfree Method)이며 본 논문에서는 다양한 무요소법들 중 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)가 고려되어진다. SPH는 라그랑지안 수치 근사 기법을 사용하는 입자법(Particle Method)으로 SPH를 정확하게 실행하기 위해서는 적절한 경계 처리법이 요구된다. 그러나 기존의 경계 처리법은 유체 입자의 침투현상 및 커널(Kernel) 끊김 현상이 발생하기 때문에 적합하지 않다. 따라서 지금까지 SPH의 경계 처리법을 향상시키기 위해 다양한 접근법들이 제안되었으며 본 논문에서는 이러한 접근법들 중 정반사(Specular Reflection), 재회복(Bounce-back), 재도입(Reintroduce) 방법 및 경계 반발력(Repulsive Force)과 가상 입자(Ghost Particle)의 적용이 분석되고 현상 접목을 통해 적절한 경계 처리법이 제안되어진다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.321-336
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• 2012

암반 절리면과 같이 입자와 연속체 평면의 접촉면에서의 전단거동은 전체 구조물의 거동을 지배할 수 있다. 암반설계의 효율을 높이기 위해서는 입자와 연속체 평면의 접촉면 전단거동 메커니즘에 대한 기초적인 이해와 접촉면 전단강도를 정확하게 산정하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 연속체 평면의 표면 파쇄가 미치는 영향을 알아보기 위하여 개별요소법 수치해석 프로그램인 $PFC^{2D}$를 사용하였다. 표면 거칠기는 매끄러운 평면, 중간 거칠기 평면, 거친 평면의 세 가지로 구분하였다. 입자의 형상은 원형의 one ball 모델과 삼각형 형상의 3 ball 모델로 구성하였다. 평면은 파쇄가 불가능한 경계요소 연속체 모델과 파쇄가 가능한 입자요소 연속체 모델로 각각 구성하였다. 수치해석 결과, 입자요소 모델의 결합강도가 작을수록 파쇄가 빨리 발생하여 큰 결합강도를 가진 연속체 모델보다 작은 접촉면 전단강도를 보였다. 돌출부의 파쇄가 발생한 후, 접촉면 전단강도는 수렴하는 경향을 보이며, 결합강도가 클수록 돌출부의 파쇄가 적게 발생하였다. 또한 경계요소 연속체 모델이 입자요소 연속체 모델보다 큰 접촉면 마찰각을 나타냈고, 모든 입자 모델에서 연속체의 표면 거칠기가 거칠수록 큰 접촉면 마찰각이 나타났다. 이러한 결과로부터 연속체 평면의 거칠기 및 평면 파쇄가 입자와 평면의 접촉면 전단거동 특성에 미치는 영향을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제27권1호
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• pp.109-118
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• 2003

The recent trend towards miniaturization causes an increased demand for parts with very small dimensions. Milli-structure components are classified as a component group whose size is between macro- and micro-scale. The manufacturing process of these components of thin sheet metal forming has a microscopic properties in addition to a typical phenomenon of bulk deformation because of the forming size. Also, the material properties and the deformation behavior change with miniaturization, which means that, a coarse grained materials show a higher resistance against deformation, when the grain size is in the range of the sheet thickness. In this study, a new numerical approach is proposed to simulate intergranular milli-structure in forming by the finite element method. The grain element and grain boundary element are introduced to simulate the milli-structure in the bending. The grain element is used to analyze the deformation of individual grain while the grain boundary element is for the investigation on the movement of the grain boundary. Also, the result of the finite element analysis is confirmed by a series of milli-sized forming experiments.

• 대한조선학회논문집
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• 제39권4호
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• pp.1-10
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• 2002

초기쇄파의 수치모사에는 지금까지 경계적분법이 주로 쓰여왔고, 이 방법은 과도한 계산시간의 문제를 제외하고는 어느 정도 성공적이라고 할 수 있다. 본 논문에서는 쇄파실험을 수치모사하기 위한 새로운 수치기법을 보였다. 이 수치기법은 고차 스펙트럴/경계요소법과 경계적분법을 순차적으로 사용하며, 계산시간을 현저히 줄여준다. 조파 및 파 에너지 집중과정은 고차 스펙트럴/경계요소법에 의해 효율적으로 수치모사되고, 파의 전복과정만이 경계적분법에 의해 계산된다. 계산예에서 높은 입자속도와 가속도 등 쇄파의 두드러진 특성이 보여졌다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권3호
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• pp.275-282
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• 2014

입자강화 금속기지 복합재는 입자와 기지재간의 열팽창계수 차이와 탄소성 강성도의 차이에 따라 변형률 구배가 발생하고 이로 인한 기하적 필수 전위가 입자 주위에 형성됨에 따라 변형시 입자 크기 의존 길이 스케일에 의한 강화 효과를 가지고 있다. 본 연구에서는 유한요소법을 활용하여 복합재를 압밀 성형할 때 입자 주위에 펀칭되는 기하적 필수 전위에 의한 강도 증가를 입자 주위 영역에 부가시켜 입자 의존 길이 스케일이 복합재의 입자 경계 파손 및 기지재의 연성 파손에 미치는 영향을 살펴 보았다. 파손 거동은 입자의 크기와 체적비를 달리하고, 특히 분리 에너지와 강도 등의 경계 파손 물성값을 변화시켜가는 매개변수적 계산을 수행하여 관찰하였다. 두 개의 파손 모드는 서로 영향을 미치면서 입자 크기 의존 길이 스케일에 밀접하게 연관됨을 보였다. 즉 입자의 크기가 작은 경우에 입자의 크기가 큰 경우에 비하여 입자를 둘러싸고 있는 기하적 필수 전위가 상대적으로 더 집적됨으로 인해 입자경계와 기지재의 연성 파손에 의한 복합재의 파손 개시가 지연되고 파손이 진행되는 동안의 유동 응력 감소도 상대적으로 작은 것을 보였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.593-609
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 결정질 암석 내 포함된 균열의 열-역학적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 열에 의한 균열의 미끄러짐 거동을 해석하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 여기에서는 Voronoi diagram을 이용하여 다면체 개별입자의 집합체로서 해석모델을 생성하고, 입자 및 입자간 접촉에서 발생하는 열-역학적 거동을 개별요소프로그램인 3DEC을 통해 해석하였다. 암석 시험편의 탄성거동을 재현하기 위하여 등가연속체 개념을 적용하여 입자와 접촉의 미시물성을 산정하였으며, 균열에 상응하는 접촉에는 Coulomb slip model을 부여하여 인장강도와 전단강도를 갖는 불연속면을 모사하였다. 경계응력과 열응력에 의한 균열의 거동을 수치적으로 모델링하였으며, 경계조건에 따라 균열의 미끄러짐이 발생하는 열-역학적 메커니즘을 정량적으로 분석하였다. 해석 결과, 본 연구에서 제시한 해석모델이 암석 내 열팽창과 열응력의 증가, 균열 응력과 변위, 경계조건의 영향 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 실내실험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.67-75
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• 2008

개별요소방법은 재료의 미시적 거동 및 불연속적 거동과 관련하여 지반공학 분야에서 그 활용이 증가하고 있으나, 기존 개별요소 방법들은 입자형태의 재료들간 상호작용을 위주로 연구되었으며, 이는 지반공학 분야에 개별요소 방법을 제한적으로 적용하는 주요 원인이 되었다. 최근 기존 개별요소 방법에 흙, 암반 및 투수성 매질에서의 물 흐름을 고려한 수리연동 기법의 적용연구(Kawaguchi et al., 2003; Shimizu, 2004)가 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존 개별요소방법에 수리연동 기법을 적용하여 수압조건별 지반의 공동생성 및 확장에 대한 수치해석을 실시하였다. 직사각형 해석요소에 입자크기와 초기 간극률 조건에 대한 개별요소 및 경계면 생성 후, 서보 제어방법을 통한 경계면 응력조건을 구현하였다. 수리거동의 고려는 연속방정식과 Navier-Stokes 방정식을 이용하여 압력과 속도를 구한 후, 입자와 유수간의 상호작용을 풀어가는 방식(Tsuji, 1993)으로 수행하였다. 구속압 조건($0.1MP{\alpha},\;0.5MP{\alpha}$)에 대하여 해석모델 중앙지점에 7단계로 증가되는 수평방향 유속을 재하하고, 재하지점 인근의 개별요소 이동 및 지점별 유량, 유속, 압력, 경계면 응력변화 등을 분석하였으며, 해석조건에 따라 개별요소와 수리 영향의 상호거동을 통한 공동생성 및 확장, 한계압력 발생 등을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.588-593
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• 2006

자연하천은 일반적으로 만곡수로나 사행수로 형태를 보이고 있으며, 직선수로에서와 달리 원심력에 기인한 이차류 영향을 받게 된다. 이차류에 의해서 수면에서는 만곡부 바깥쪽으로, 하상에서는 만곡부 안쪽으로의 흐름특성을 보이게 된다. 만곡부 안쪽으로 가해지는 하상 전단응력에 기인하여 하상에서의 입자가 만곡부 안쪽으로 이송되며, 결과적으로 만곡부 안쪽에는 점사주가, 바깥쪽에는 소(pool)가 생성된다. 또한 지형경사의 생성으로 입자에 가해지는 중력효과도 변화된다. 따라서 이와 같은 자연하천의 흐름과 하상변동을 수치모의 하기 위해서는 만곡부 이차류 특성을 고려한 모형이 필요하다. 본 연구에서는 수심 적분된 흐름방정식과 하상토 보존방정식 (Exner equation)을 이용한 하상변동을 위한 비연계 수치모형을 위해서 하상토 보존방정식의 유한요소 알고리즘을 개발하였다. 하상토 보존방정식은 흐름 특성에 따른 평형 유사량의 공간변화율을 이용하여 일정 기간 동안의 하상 변화량을 계산한다. 이 때 이차류에 의한 하상 전단응력의 편각 및 지형경사 변화에 따른 실제 입자의 이송방향을 보정하여 평형 유사량이 계산된다. 이러한 보정식을 적용시키기 위해서는 유속성분의 공간변화량 및 지형경사의 공간성분이 필요하다. 유한요소법은 연속성 변수를 이산화시켜 근사해를 구하는 수치기법의 일종이기 때문에, 요소망이 불규칙적으로 구성되었을 경우 임의의 절점에서 연속성을 지닌 변수의 공간변화율을 계산하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 평형 유사량 계산 시에 절점이 아닌 요소 내부에서 평형 유사량을 계산하는, 하상토 보존방정식의 새로운 유한요소 알고리즘을 개발하고, 새로운 알고리즘을 적용시킨 수치모형의 검증을 행하였다. 경계조건 알고리즘의 검증으로 위해서 Soni 등 (1980)이 행한 상류 유입 유사량에 따른 하상변동을 수치 모의하고 실험치와 비교하였으며, Sutmuller와 Glerum (1980)이 수행한 만곡수로에서의 하상변동을 모의하고 실험과 비교하였다. 새로운 알고리즘을 적용시킨 하상토 보존방정식의 유한요소 수치모형의 결과는 매우 안정적이며, 실험과 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 본 수치모델은 현재 균일한 입자의 하상토만을 고려하므로, 입자분급이나 하상 장갑화 현상 등은 무시한다.

• 지질공학
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• 제19권2호
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• pp.205-215
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• 2009

지표하 다공성매체에서 비정상상태의 유동을 해석하기 위한 종래의 수치적 모형들은 초기 건조한 토양으로의 강우로 인한 침투와 같은 한계적인 유입경계조건인 경우에 국지적 유동영역으로 인해 수치적 진동 및 불안정성을 초래한다. 이러한 경우 주로 공간적으로 세분된 격자와 작은 계산시간 간격을 요구하는데 이는 계산의 효율성을 떨어뜨린다. 따라서 본 연구에서는 유입 경계조건을 포함하는 비정상 상태의 지표하 유동해석을 위해 입자추적 알고리즘을 적용하여 불연속영역에서의 수치적 불안정성을 제거하고자 하였다. 즉, 수치적 안정성이 개선된 혼합 LE 유한요소기법을 제시하였다. 제시된 모형의 수치적 검증을 위해 비정상 균일 유동장과 불균일 유동장의 가상예제에 적용한 결과 해석해와 유사한 결과를 얻을 수 있었고 이를 토대로 함양 및 양수에 대한 3차원 가상유역 모의에 적용되었다. 본 연구에서 제시한 입자추적 알고리즘은 포화 및 불포화 다공성 매체의 유동을 보다 실질적으로 모의할 수 있으며 계산의 정확성 및 안정성에 크게 기여할 것으로 판단되었다.

• 한국진공학회지
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• 제8권1호
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• pp.1-8
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• 1999

형태와 진공특성이 다른 여러 용기와 도관들로 구성된 진공네트웍의 압력분포를 계산할 때 단면이 서로 틀린 요소들의 연결부에서 입출구효과에 의해 발생하는 압력강하를 기체가 흐르는 방향에 상관없이 자동적으로 고려할 수 있는 경계조건을 만들었다. 또 원추형 도관처럼 단면이 변화하는 요소를 포함하고 있는 경우 시스템이 방향성을 가지지 않도록 도관 내에서의 압력강하를 보정하는 방법에 대해 소개한다. 개발된 경계조건을 간단한 예제 진공시스템에 적용하여 입자평형식에 근거를 둔 연립방정식을 작성하고 해를 구하는 과정을 구체적으로 설명한다.