• 한국차세대컴퓨팅학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.51-61
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• 2019

이 논문에서는 유체 시뮬레이션 기술을 사용해서 비유체인 토사를 시뮬레이션하는 방법을 구현했다. 굴착 작업 등에 의해 생성되는 토사를 표현하기 위해 널리 사용되는 NVIDIA 사의 FleX를 사용하였다. FleX는 SPH(Smoothed-particle hydrodynamics) 기법과 위치 기반 동역학 (Position Based Dynamics) 기법을 결합한 입자 기반 물리 시뮬레이션 라이브러리로서 이를 이용하면 유체를 실감 있게 표현할 수 있다. 그러나 토사는 유체의 성질뿐만 아니라 비유체의 성질도 가지고 있기 때문에 기존의 FleX가 제공하는 기능만으로 시뮬레이션하기 어렵다. 본 연구에서는 기존 Flex를 이용하여 비유체의 행태를 시뮬레이션하기 위한 기법을 추가하였다. 이를 통해 적은 비용으로 효과적인 결과 개선이 이루어질 수 있다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제12권1호
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• pp.63-86
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• 2022

A refined projection-based purely Lagrangian meshfree method is presented towards reliable numerical analysis of fluid flow interactions with saturated/unsaturated porous media of uniform/spatially-varying porosities. The governing equations are reformulated on the basis of two-phase mixture theory with incorporation of volume fraction. These principal equations of mixture are discretized in the context of Incompressible SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) method. Associated with the consideration of governing equations of mixture, a new term arises in the source term of PPE (Poisson Pressure Equation), resulting in modified source term. The linear and nonlinear force terms are included in momentum equation to represent the resistance from porous media. Volume increase of fluid particles are taken into consideration on account of the presence of porous media, and hence multi-resolution ISPH framework is also incorporated. The stability and accuracy of the proposed method are thoroughly examined by reproducing several numerical examples including the interactions between fluid flow and saturated/unsaturated porous media of uniform/spatially-varying porosities. The method shows continuous pressure field, smooth variations of particle volumes and regular distributions of particles at the interface between fluid and porous media.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권7호
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• pp.992-1001
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• 2023

OWEC(Overtopping Wave Energy Converter)는 월파된 파도를 이용한 파력발전시스템이라한다. OWEC의 성능 및 안전성은 파고, 주기 등 파도의 특성에 의해 영향을 받는다. 따라서 해역 특성에 따른 OWEC의 최적 형상과 구조안전성에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 울릉읍 연안 해양 환경 데이터를 이용하였으며, SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 입자법 해석을 통해 기존 케이슨 하부 구조에 변화를 준 모델 4개를 비교하여 월파 효율을 분석하였다. 그 결과, 하부 구조의 변경 및 경량화가 가능함을 확인하였다. 최적화 해석을 통해 설계 하중에 내하력을 가지는 하부 구조인 새로운 트러스형 구조를 제안하였다. 이후 부재 직경 및 두께를 설계변수로 하는 사례 연구를 통해 허용응력조건 하에서 구조 안전성의 확보를 확인하였다. 주기적인 파랑 하중을 받기 때문에 제안하는 구조의 고유 진동수와 해당 해역의 파주기를 비교하였으며, 1년 재현 주기의 파랑을 하중으로 한 조화응답해석을 수행하였다. 제안하는 하부 구조는 동일 가진력에서 기존 설계 대비 응답의 크기가 감소하였으며, 기존 대비 32% 이상의 중량 절감을 수행하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.13-20
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• 2024

본 논문에서는 유동체를 해석할 수 있는 수치해석기법 중 하나인 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)의 병렬해석 알고리즘이 소개된다. 무요소법(meshless method)의 SPH는 연속체 거동을 입자기반으로 표현하기 때문에 컴퓨팅하는데 높은 자원을 요구한다. 그래서 병렬해석 알고리즘은 SPH 시뮬레이션에서 필수적으로 고려되어야 한다. 계산영역을 일정한 간격으로 분할시켜 독립적으로 해석하는 영역분할 알고리즘은 병렬해석 알고리즘 중에 가장 대표적인 방법이다. 그리고 그 중 Cartesian 좌표계의 영역분할 방법은 입자들의 좌표를 빠르고 편리하게 검색할 수 있는 장점이 있어, DEM(Discrete Element Method)이나 MD(Molecular Dynamics)에서 대중적으로 사용되고 있다. 그러나 SPH의 경우 입자들이 smoothing 길이 이내의 주위 입자 정보가 필요하기 때문에 분할 영역 간의 입자정보 공유가 중요하다. 그리고 이에 따른 CPU의 로드밸런스가 중요하다. 본 연구에서는 직교 영역분할의 크기를 동적으로 미소화 시켜 잉여 CPU가 발생하지 않도록 하는 높은 병렬효율성의 알고리즘이 제안되었다. 그리고 수치해석 모델을 통하여 효율성을 검증하였다. 유동체 모델에 대해 총 30 CPU까지 제안된 방법의 병렬효율성을 검토하였고, 28개의 물리적 코어 수까지 90%의 병렬효율성을 얻을 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권7호
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• pp.555-563
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• 2012

지구궤도 상에는 무수히 많은 우주파편(Orbital debris)이 존재하며 매우 높은 속도로 선회하고 있기 때문에 정상가동중인 인공위성과 충돌 시 위성구조체에 치명적인 손상을 일으킬 수 있다. 본 연구에서는 입자완화유체동역학(Smoothed particle hydrodynamics, SPH)을 이용하여 우주파편과의 초고속충돌로 인해 발생 가능한 저궤도 위성구조체의 손상분석을 수행하였다. 위성구조체의 본체 패널(Panel)로 사용되는 허니콤샌드위치패널(Honeycomb sandwich panel, HC/SP)에 대해 충돌속도에 따른 손상분석을 수행하였으며 위성구조체 내부부품의 안전성 분석을 위해 전자박스가 HC/SP에 직접 부착된 경우와 10cm 오프셋 된 경우에 대한 초고속충돌해석 및 손상분석을 수행하였다. 고도 685km의 저궤도에서 2% 정도의 충돌확률을 갖는 우주파편들을 고려할 때, HC/SP 자체에 관통이 발생하는 것으로 나타났으며 부착형 전자박스의 경우와 오프셋형 전자박스의 경우에는 전자박스에 관통이 발생하지 않고 미소 크레이터(Crater)만 발생되는 것으로 나타났다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제20권6호
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• pp.743-751
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• 2017

To evaluate the structural integrity of the helicopter radome, we performed bird strike analysis using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) technique. Since the SPH method is a meshfree method, there is no phenomenon such as mesh tangling and it is suitable to predict the dispersion behavior of debris and debris cloud generated by high-speed impact. In order to observe the scattering direction of fractured bolts, the analysis were performed under the condition that the fracture occurs at the proof load. As a result of bird strike analysis, there is no secondary damage as well as the damage due to, the dispersion behavior of the bird model, and the scattering of the fractured bolts and radome. From the additional analysis that were performed to determine the actual bolt fracture, only plastic deformation is predicted since the maximum stress of the bolt does not exceed the ultimate stress.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권5호
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• pp.2553-2558
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• 2014

회전익 항공기 중 군에서 운용하는 기동헬기는 전장상황에서 운용되기 때문에 연료셀 피탄 시 발생 가능한 상황을 예측하여 설계에 반영해야 한다. 연료셀 설계 고려사항은 피탄 상황의 연료셀 내부 압력, 충격파에 의한 연료셀 자체 및 금속 피팅부 응력, 탄의 운동에너지 등이 포함될 수 있다. 중요 설계데이타 확보를 위해서는 실물 연료셀을 이용한 입증시험을 수행하는 것이 가장 좋은 방법이다. 그러나, 극한조건하의 입증시험은 상당한 비용과 시간이 요구되며, 실패 위험성도 높다. 따라서, 실물을 이용한 시험을 수행하기 전 시행착오의 가능성을 줄이기 위해서는 다양한 수치해석을 통해 연료셀 내부압력과 응력 등의 설계 데이타 예측이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 입자법을 사용하여 연료셀의 중요 입증시험 중 하나인 피탄시험에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석은 전용 충돌해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하였고, 피탄의 영향으로 연료셀 내부 압력은 350~360MPa, 수압램에 의한 굽힘하중으로 260~350MPa의 등가응력이 금속피팅부에 발생하는 것으로 파악되었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.21-28
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• 2024

본 연구에서는 SPH 해석을 위한 다면체영역분할 기법이 소개된다. SPH 기법은 유체 유동 모사를 위한 수치해석기법으로 무요소기법(meshless method) 중 하나이다. 유동성 지반 또는 고체-유체 상호작용 해석 등에 유용하게 쓰일 수 있다. SPH는 입자기반 해석이기 때문에 입자가 많을수록 결과의 정확도는 높아지지만 수치적 효율성은 떨어진다. 일반적으로 해석의 효율성을 높이기 위해 병렬 프로세싱 알고리즘과 함께 쓰이는데 직교좌표계 기반의 영역분할 기법이 대표적이다. 그러나 복잡한 기하학적 형태나 동적 경계조건에서 유동 모사 등을 병렬 해석하기 위해서는 직교좌표계 영역분할 방법이 적합하지 않다. 소개하는 다면체영역분할 기법은 이와 같은 문제에서 병렬효율성을 높일 수 있는 장점을 갖는다. 다양한 형태의 3차원 다면체 요소로 분할하여 문제에 적합하게 모델링할 수 있다. SPH 입자들의 물리적 값들은 smoothing 길이 이내의 주위 입자들 정보를 이용하여 계산된다. 영역분할 시 물리적으로 분리될 수 있는 입자정보들을 코어간 공유할 수 있는 방법과 병렬효율성이 떨어질 수 있는 cross-point에서의 정보공유 방법이 소개된다. 수치해석 예제를 통하여 제안된 방법의 병렬효율성은 12코어까지 95%에 근접하였다. 이후 코어가 증가할수록 코어간 공유되는 정보량이 많아져 병렬효율성이 떨어지는 문제가 발생되기도 하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제17권4호
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• pp.43-57
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• 2023

우주 물체 및 우주 구조물의 초고속 충돌 시뮬레이션을 LS-DYNA를 사용하여 수행하였다. 구형, 원뿔형, 및 속이 빈 원통형의 다양한 형상의 우주 물체는 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)를 사용하여 모델링하였다. 다양한 두께의 우주 구조물은 직접 충돌 영역과 간접 충돌 영역으로 나누어, 각각 SPH 및 유한 요소를 사용하여 나타내었다. 초고속 충돌에서 금속 재료의 비선형 거동을 나타내기 위하여 Johnson-cook 재료 모델과 Mie-Grüneisen 상태 방정식을 사용하였다. 우주 물체의 형상, 우주 구조물의 두께, 충돌 각도, 및 충돌 속도의 다양한 충돌 조건을 고려하였다. 파편운은 우주 물체와 우주 구조의 초고속 충돌로 인해 발생되며, 발생된 파편운의 형상을 정량적으로 분석하였다. 본 연구의 모든 충돌 조건에서, 원뿔 형상의 우주 물체로 인한 파편운이 가장 위험한 형상임을 확인하였다.

• 천문학회지
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• 제40권1호
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• pp.29-36
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• 2007

The smoothed particle hydrodynamics (SPH) method is applied to construct the dispersion of fluctuations in quasi-hydrostatic configuration of an isothermal self-gravitating slab. The uncertainty of the implementation is evaluated, and a novel technique (acceleration error) is proposed to weaken this uncertainty. The two-fluid quasi-hydrostatic diffusion of small fluctuations is used to support the importance of the acceleration error. The results show that the uncertainty converges to a few percent by increasing of the SPH particle numbers. Considering the acceleration error weakens the uncertainty, and prohibits the serious dynamical consequences in slow dispersion of fluctuation in the quasi-hydrostatic evolution of the slab.