세장 구조물은 동하중에 매우 취약한 구조시스템으로써 와흘림에 의한 와류유발진동(Vortex-Induced Vibration, VIV)이 발생 할 가능성이 크다. 또한 와류유발진동이 구조물의 고유진동수 영역에서 발생하는 경우 공진이 지속되는 Lock-in 현상으로 피로 파괴 의 우려가 있다. 본 논문에서는 공진주파수가 유동 조건의 변화에도 불구하고 유지되는 현상의 원인을 분석하기 위해서 유체로 인한 구조물의 동적 거동에 대하여 해석을 수행하였다. 유동의 방향과 수직 방향으로 자유 거동하는 1 자유도의 구조시스템의 2차원 원형 실린더 단면을 대상으로 비정상 층류영역을 가정하였다. 물체의 움직임을 고려하여 매시간 유동장의 격자를 재생성하는 Remeshing 기 법을 사용하였고 물체의 운동방정식과 유동의 지배방정식을 순차적으로 수치계산하는 유체-구조 연성 해석을 수행하였다. 본 연구에 서 구현한 Lock-in 현상은 선행연구와 잘 일치하였고, Lock-in 현상에서 운동진폭이 증가하는 특성이 잘 모사되었다. 또한 단면에서 전 단응력의 변화로 인한 박리현상과 공진주파수가 지속되는 현상의 관계를 분석하였다.

소음공해를 방지하기 위한 방음시설물로서 도로, 철로 및 공항 주변에 설치되는 방음벽은 주로 외부에 설치되어 풍하중에 노출된다. 지속적이고 반복적인 풍하중은 방음벽의 피로를 야기하며 높은 풍속이 발생할 경우 붕괴되는 경우도 흔히 발생하고 있다. 본 논문에서는 반사형, 통풍형 등 방음벽의 유형별로 방음벽에 작용하는 풍하중의 발생 과정과 내풍성능 개선방안에 대해서 전산해석을 수행하였다. 통풍형 방음벽의 경우 수압면적이 감소한 것에 비하여 풍하중은 다소 낮은 6.76%의 감소율이 나타난 원인은 풍하면의 통풍공 주변에 발달한 국부적 부압으로 판단되었다. 추가적인 풍하중 저감을 위하여 박리에 의한 와류의 규모를 개선하기 위한 방안으로 상부에 슬릿을 설치한 결과, 최대 14.67%의 감소효과를 나타내었다. 또한 슬릿의 간격이 250mm일 때 15.41%로 풍하중이 감소율이 상대적으로 우수하였으며, 이는 방음벽 상단과 슬릿에 의한 기류의 상호작용이 와류의 규모와 발달에 영향을 미친 것으로 판단된다.

입자의 확산을 모사하는 Lagrangian 기반의 HYSPLIT과 PUFF 모형을 이용하여 화산재의 확산 해석을 수행하였다. 미국의 스퍼와 리다우트 화산은 각각 1992년과 2009년에 폭발성 분화가 발생하여 화산재가 광범위하게 확산되었다. 이 때 발생한 공기 중에 부유하는 미세입자와 퇴적되는 화산재로 인해 공항이 폐쇄되고 통신 교란이 발생하는 피해가 발생하였다. 또한, 인도네시아의 켈루트 화산은 최근까지 활발한 활동을 하고 있으며 1919년과 2014년의 대분화로 인해 인명피해가 속출하였다. 따라서 본 연구에서는 입자 확산 모형을 이용하여 이와 같이 화산재로 인해 피해가 발생하는 영향범위와 경로를 분석하였다. 수치 계산의 신뢰성을 평가하기 위해서 다중 수치 모형으로 예측된 화산재의 확산 범위와 실측치에 의한 확산 경로를 비교하여 검증하였다. 또한, 화산재가 영향을 미치는 범위를 평가한 결과 HYSPLIT과 PUFF 모형의 확산 분포는 70% 내외로 일치하는 것을 확인하였다.

고층빌딩이나 해양 라이저와 같은 세장 구조물은 구조시스템의 동적 불안정의 주요 원인인 와류유기진동(vortexinduced vibration, VIV)에 의한 동하중에 매우 취약하다. 와류유기진동이 라이저의 고유진동수 영역에서 발생하는 경우 Lock-in현상으로 피로파괴의 우려가 있다. 본 논문에서는 Lock-in 영역에서 구조물과 유동의 동적거동에 대한 수치해석을 다루었으며, 유동조건 변화에도 불구하고 공진 주파수가 유지되는 현상에 대해 분석하였으며, 유입유동에 대해 수직방향으로 자유진동하는 1자유도의 2차원 원형실린더 단면에 대한 비정상 층류를 가정하였다. 각 시간 단계에서 물체의 움직임을 고려하여 유동장 격자를 재생성하며 비정상 유동과 물체의 운동에 대한 지배방정식을 순차적으로 수치해석하여 유체-구조연성해석을 수행하였다. 결과는 선행연구와 잘 일치함을 보여주었고, Lock-in 현상에 대한 특성을 잘 나타내었다. Lock-in 영역에서는 양력뿐만 아니라 항력도 크게 증가함을 보여주었으며, 실린더의 수직변위는 직경의 20%까지 이름을 나타내었다. 양력과 수직변위의 상관분석을 통해 실린더가 Lock-in 영역에서 양력과 수직변위의 위상차가 동기로부터 반동기로 천이함을 확인하였으며, 이러한 변화가 Lock-in 영역에서 나타나는 공진거동의 원인이 되는 것으로 판된되었다.