The volume of the metal is not changed for the plastic deformation. For metal forming simulation, rigid-plastic FEM codes are widely used. Updating geometry using Euler method in the simulation, the volume loss is occurred. In this paper, hybrid method is introduced to perform a more accurate simulation reducing computation time. In the proposed hybrid method, RK2 method is used for geometry updating at first time step and after the boundary condition of the node is changed. At the others, Adams-Bashforth or theta method is applied to update geometry. The results show that the simulations of upsetting and side-pressing can be performed within 0.02%.
본 연구에서는 나노입자 크기를 가지는 강자성체 미립자로 구성된 자성유체의 거동을 예측할 수 있는 수학적 모델링을 유한요소법(Finite element method)을 이용하여 수치적으로 접근하였다. 이를 위하여 뉴턴유체의 거동을 예측하는 지배방정식과 함께 자기력에 반응하는 강자성체의 거동을 예측하기 위한 Maxwell 자장 방정식 및 자성입자의 회전효과를 풀 수 있는 자화의 구성방정식을 추가로 고려하였다. 더불어 유한요소법을 이용하여 각 방정식을 이산화하고 속도와 온도의 경계조건을 이용하여 자성유체의 거동을 예측하였다. 본 모델링의 적합성을 검증하기 위하여 Davis(1983) 및 Fusegi et al.(1991)의 연구결과와 비교하였고, 각각 5.5 % 및 2.7 % 범위에서 비교적 정확하게 예측되었다.
선점법에 대한 연구가 유한요소법처럼 범용화 되어 있지 않아 적용성과 유효성에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 범용적으로 사용된 유한요소법과 비교하여 비선형 진동문제에 대한 선점법의 적용성과 유효성을 확인한다. 또한, 선점법을 미분방정식 조건에 따라 내부법, 경계법, 혼합법으로 나누어 비선형 응답 곡선을 유한요소법 결과와 비교하여 동적 특성 문제의 선점법 적용성과 유효성을 확인한다.
본 논문은 무선통신용 휴대단말기를 설계하는데 있어 인체 전자파 흡수율(SAR)을 저감시키는 방법을 제안한다. 단말기의 안테나로부터 방사되는 전자파에너지는 휴대단말기 기구의 특정부분에 밀집되는데 이와 같은 전계강도는 인체의 두부에 영향을 미쳐 SAR값의 증가 요소로 작용한다. 이를 감소시키는 방법으로는 표면전계가 밀집되지 않는 구조의 기구 설계법을 제시한다. 안테나를 포함한 단말기의 해석은 유한요소법(FEM)을 사용하였으며, 본 저감법를 적용한 경우 SAR첨두치의 약50 %를 저감하는 효과가 나타났다.
본 논문은 2.4 GHz 대역에 있어 지향성 이득이 큰 마이크로스트립 안테나를 유한요소법을 이용하여 설계하고 그 특성을 해석한다. 안테나의 소형화를 위하여 유전율이 높은($\varepsilon$$_{r}$=4.6) 기판을 사용하며, 패치의 구조는 방형으로 한다. 또한 안테나의 특성 해석은 상용 툴인 HFSS를 사용한다. 설계한 마이크로스트립 안테나의 특성을 살펴보면 공진주파수 2.45 GHz 에서 입력 임피던스는 약 50 Ω으로 별도의 정합회로가 필요치 않으며, 1개의 페치인 경우 안테나의 이득은 딱 6.2 dBi이고, 패치의 배열에 따라 이득의 증대가 나타났다. 제시된 패치의 배열에 따른 이득의 변화는 2.4 GHz 대역 통신시스템의 용도에 따른 안테나의 적절한 선택기준이 될 수 있다..
본 논문에서는 써지(Surge) 또는 사고에 의해 변압기에 충격전압이 인가되었을 때 권선에 유입되는 돌입전류를 계산하는 알고리즘을 제시하였다. 권선간의 정전용량을 3차원 유한요소법을 이용하여 계산하고 이것을 변압기의 회로에 포함시켰다. 그리고 변압기의 자기적인 특성과 변압기의 회로를 결합한 축대칭 3차원 유한요소법을 이용하여 변압기의 과도 특성을 해석하였다. 제시한 알고리즘을 이상 전압이 인가된 변압기에 적용하여 변압기 내부의 자장분포와 권선간의 전압 및 전류를 계산하였다. 예제를 통한 변압기의 해석 결과는 사고여부를 판단할 수 있는 자료가 될 수 있음을 알 수 있었다. 또한 자장분포의 시간에 따른 변화 즉 물리적 개념의 파악이 쉬워졌으며 각 권선, 권선간, 전 전류 및 부하전류 파형의 시간변화를 알 수 있었다.
무요소기법이 공통적으로 내재하고 있는 수치적분의 부정확성을 해결하기 위해, 페트로프-갤러킨 자연요소법이라 불리는 향상된 자연요소법을 제안한다. 제안된 방법은 라플라스 기저함수를 시도 형상함수로 사용하는 반면, 시험 형상함수로서 델라우니 삼각형이 지지영역이 되는 함수를 새롭게 정의한다. 이러한 접근은 통상적인 적분영역과 적분함수 지지영역간의 불일치를 제거하게 하며, 이는 적용이 편리할 뿐만 아니라 수치적분의 정확성을 보장한다 본 논문에서는 2차윈 선형 탄성의 대표적인 검증문제를 통하여 제안된 방법의 타당성을 검증한다. 비교를 위해 기존의 부브노프-갤러킨 자연요소법과 일정 변형률 유한요소법을 이용한 해석을 동시에 수행한다. 조각 시험과 수렴율 평가를 통해 제안된 기법의 우수성을 확인할 수 있다.
자유수면을 갖는 2차원 탱크내 유동현상의 규명을 위하여 수치해석법 및 실험적 방법을 제사하였다. 수치해석 방법으로는 전유동장에 대하여 Lagrangian 표현법 개념의 유한요소법을 적용하였으며, 유도의 비압축성 조건을 이용하여 Navier-Stokes 방정식을 fractional step method로 속도수정하는 방법을 도입하였다. 유한요소 내부의 유체는 항상 그 요소 안에 머물러 있고 유체의 경계는 항상 요소의 경계에 따라 이동하고 벽면에서 미끄러짐이 일어난다고 가정한다. 이 방법은 유동이 심한 경우 유동장의 이산화를 재조정해야 하므로 물체 적합좌표계를 사용한 절점 재조정법을 개발하였다. 실험은 한국해사기술연구소가 보유하고 있는 MTS유압시스템을 이용하여 슬러싱 탱크 모형실험이 수행되었으며, 이를 위하여 슬러싱 전용시험기를 제작하였다. 2차원 단순 직사각형 탱크에 대하여 수심의 변화 및 기진진폭의 변화에 따른 유동현상의 변화를 관찰하였고 이론해석 결과와 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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