• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.32 no.10
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• pp.754-760
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• 2008

Computation of moving interface by the level set method typically requires the reinitialization of level set function. An inaccurate estimation of level set function $\phi$ results in incorrect free-surface capturing and thus errors such as mass gain/loss. Therefore, an accurate and robust reinitialization process is essential to the simulation of free-surface flows. In the present paper, we pursue further development of the reinitialization process, which evaluates level set function directly using a normal vector on the interface without solving there-distancing equation of hyperbolic type. The Taylor-Galerkin approximation and P1P1 splitting/SUPG (Streamline Upwind Petrov-Galerkin) FEM are adopted to discretize advection equation of the level set function and the incompressible Navier-Stokes equation, respectively. Advection equation and re-initialization process of free surface capturing are validated with benchmark problems, i.e., a broken dam flow and timereversed single vortex flow. The simulation results are in good agreement with the existing results.

• Water Engineering Research
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• v.4 no.2
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• pp.87-97
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• 2003

In this study, using the numerical model, the flow motion around skewed abutment is investigated to evaluate the skewness effect on the flow distribution. The skewness angle of the abutment which make with main flow direction is changed from $30\circ$ to $150\circ$ with increments of $10\circ$ while the contraction ratios due to the abutment are kept constant. For the investigation of the combined effects on the relationship between the skewness angle and flow intensities, this process will be .repeated fer different types of abutment (single and double) with different flow intensities. The maximum velocities and the velocity distributions, which can be obtained from each angle, are examined and analyzed corresponding to different angles of inclination. Based on successive model applications, an empirical expression, given in a function of contracted ratio and skewness angle, is derived for relating velocity amplifications according to the angle variations.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1721-1725
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• 2006

유한요소법으로 공학적 문제를 해결할 때에는 적절한 모델링을 통하여 가장 빠르고 정확한 해를 얻도록 해야 한다. 유체 흐름의 기본 변수인 속도는 그 공간 도함수가 요소간에 불연속을 이루게 된다. 속도의 공간 도함수는 기본적으로 유체에서의 응력, 압력, 및 와도 등과 밀접한 관련이 있다. 또한 이러한 요소간의 속도의 공간 도함수에서 발생하는 불연속의 크기는 요소망이 세분화되어 감에 따라 감소하면서 정확한 해에 수렴하게 된다. 즉 속도의 공간 도함수를 대상으로 오차에 정도를 판단하는 것이 기존의 유한요소 모델의 타당성을 판단하는 기준으로 적합함을 알 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 1992.07a
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• pp.101-108
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• 1992

하천에서의 2차원 흐름특성 해석을 위하여 2차원 shallow water식을 기본방정식으로 하고 이를 불연속보간 함수와 upwinding weighting을 도입한 petrov-Galerkin 방법에 의하여 해석하는 RIV-FEM2를 개발하였다. RIV-FEM2는 전처리(pre-processing), 주처리(analysis-processing), 후처리과정(post-processing)으로 구성되어 있다. 2차원 가상하도의 경우와 실제 하천에 대하여 본 모형을 적용한 결과 유속분포, 수면형 및 해석영역내에서의 mass flux의 보존등의 면에서 수렴성과 안정성이 뛰어나고 계산속도도 작게 나타나 본 모형의 적용성을 입증할 수 있었다. 본 연구를 통하여 개발된 RIV-FEM2는 실제의 하천에서의 수자원의 이수 및 치수관리면에서 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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• 1999.03b
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• pp.253-256
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• 1999

The Streamline Upwind Petrov-Galerkin(SUPG) finite element method is used to solve the two-dimensional laminar and turbulent flow. The flow is simulated by averaged Navier-Stokes equations with a penalty function approach and the lograithmic(k-$\varepsilon$) turbulent model is employed to take into account its turbulent behavior. The near-wall viscous sub-layer model is employed to approach the dominant viscous effects in the near wall zones. To find a good-enough initial guess of the Newton-Raphson iteration solving Nonlinear Matrix the Incremental method is considered for momentum and the Incomplete logarithmic turbu-lent equations for Turbulence. The validation of our method is investigated in comparision with published experimental data.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2003.10a
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• pp.375-382
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• 2003

Porous media consist of physically and chemically different materials and have an extremely complicated behavior due to the different material properties of each of its constituents. In addition, the internal structure of porous media has generally a complex geometry that makes the description of its mechanical behavior quite complex. Thus, in order to describe and clarify the deformation behavior of porous media, constitutive models for deformation of porous media coupling several effects such as flow of fluids of thermodynamical change need to be developed in frame of Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) description. The aim of ALE formulations is to maximize the advantages of Lagrangian and Eulerian methods, and to minimize the disadvantages. Therefore, this method is appropriate for the analysis of porous media that are considered for the behavior of solids and fluids. First of all, governing equations for saturated porous media based on ALE description are derived. Then, weak forms of these equations are obtained in order to implement numerical method using finite element method. Finally, Petrov-Galerkin method Is applied to develop finite element formulation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.749-753
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• 2010

본 논문에서는 하천에 유입되는 오염물질 중 대부분을 차지하는 비보존성 오염물질의 확산거동을 분석하기 위해 2차원 수심 평균된 이송분산방정식에 유한요소법을 적용하였다. 수치모형 구성을 위해 SUPG(Streamline-upwind Petrov-Galerkin)법을 이용한 가중잔차법을 사용하였다. 모의대상 수질인자는 BOD와 DO이며, BOD 농도 결과가 DO 농도 계산에서의 입력 자료로 이용되도록 상호 연계를 형성하였다. 모형의 검증을 위하여 직사각형 수로에 선원으로 연속주입하여 얻은 수치해와 해석해를 비교하였다. 비교결과 수치해와 해석해의 결과가 서로 일치하는 것을 볼 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• v.31 no.1
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• pp.43-51
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• 2019

This paper is concerned with the numerical calculation of mixed-mode stress intensity factors (SIFs) of 2-D isotropic functionally graded materials (FGMs) by the natural element method (more exactly, Petrov-Galerkin NEM). The spatial variation of elastic modulus in non-homogeneous FGMs is reflected into the modified interaction integral ${\tilde{M}}^{(1,2)}$. The local NEM grid near the crack tip is refined, and the directly approximated strain and stress fields by PG-NEM are enhanced and smoothened by the patch recovery technique. Two numerical examples with the exponentially varying elastic modulus are taken to illustrate the proposed method. The mixed-mode SIFs are parametrically computed with respect to the exponent index in the elastic modulus and external loading and the crack angle and compared with the other reported results. It has been justified from the numerical results that the present method successfully and accurately calculates the mixed-mode stress intensity factors of 2-D non-homogeneous functionally graded materials.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.43-43
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• 2015

천수방정식을 사용하는 초기 수치모형은 프로드수($F_4$)가 변화하는 흐름 즉, 상류방향과 하류방향으로 전파하는 홍수파를 동시에 해석하기 위해 중앙 차분기법이 필요한 상류(sub-critical flow)와 흐름방향에 따른 상류이송(upwinding)기법이 필요한 사류(super-critical flow)가 나타나는 흐름해석에서 어려움이 있었다. 하지만, 근사 Riemann 해법의 등장으로 흐름방향에 관계없이 특성선을 따라 정확한 상향가중기법의 적용이 가능하게 되어, 천수방정식을 지배방정식으로 하는 수치모형이 더욱 실용적으로 적용될 수 있도록 하였다. 따라서, 현재 근사 Riemann 해법은 Godunov 형 유한체적 기법, 불연속 Galerkin 혹은 Petrov-Galerkin 유한요소기법 그리고 Boussinesq 기법에도 적용되고 있으며, 특히 Godunov 형 유한체적기법과 결합한 근사 Riemann 해법은 댐 붕괴, 하천 범람 그리고 도시 및 해안지역 침수에 이르기까지 여러 가지 문제에 폭넓게 적용되고 있다. 지금까지 홍수 모델링에 적용된 Godunov형 유한체적모형은 정형 사각격자나 비정형 삼각격자 중에서 한가지의 격자 종류만을 적용한 연구가 주로 수행되었으며, 유한요소모형과 같이 이 두 가지 격자를 동시에 적용한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 일반적으로, 삼각격자는 사각격자와 는 달리 연구유역의 경계나 지형이 복잡한 경우에도 큰 노력없이 격자의 생성이 가능하나, 격자와 노드의 수가 사각격자보다 많아 계산시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 반면, 사각격자는 하천과 같이 선형으로 변하는 지형에 대해서는 표현하기가 용이하며 계산시간의 효율성도 뛰어나다. 본 연구에서는 하천, 도시 그리고 해안지역에서의 효율적이고 정확한 홍수 모델링을 위해 삼각 및 사각격자 그리고 이 두 격자를 동시에 고려한 하이브리드 격자의 적용이 가능한 Godunov형 2차원 유한체적 모형을 개발하였다. 그리고 개발모형을 정확해가 있는 댐 붕괴 문제, 실측치가 존재하는 실험하도 및 실제하도에 삼각, 사각 그리고 혼합격자를 생성하여 모의를 수행하고, 각 적용 격자에 따른 정확성과 효율성 및 장점과 단점을 연구하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.425-429
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• 2006

The understanding and prediction of the behavior of flow in open channels are important to the solution of a wide variety of practical flow problems in water resources engineering. Recently, frequent drought has increased the necessity of an effective water resources control and management of river flows for reserving instream flow. The objective of this study is to develop an efficient and accurate finite element model based on Streamline Upwind/Petrov-Galerkin(SU/PG) scheme for analyzing and predicting two dimensional flow features in complex natural rivers. Several tests were performed in developed all elements(4-Node, 6-Node, 8-Node elements) for the purpose of validation and verification of the developed model. The U-shaped channel of flow and natural river of flow were performed for tests. The results were compared with these of laboratory experiments and RMA-2 model. Such results showed that solutions of high order elements were better accurate and improved than those of linear elements. Also, the suggested model displayed reasonable velocity distribution compare to RMA-2 model in meandering domain for application of natural river flow. Accordingly, the developed finite element model is feasible and produces reliable results for simulation of two dimensional natural river flow. Also, One contribution of this study is to present that results can lead to significant gain in analyzing the accurate flow behavior associated with hydraulic structure such as weir and water intake station and flow of chute and pool.