Domain decomposition method (DDM) has been widely employed for the numerical analysis of large-scale problems due to its applicability to parallel computing. DDM divides the modeling domain into a set of subdomains and obtains the entire solution iteratively until the values of each subdomain which are shared with other subdomains, such as boundary values, are converged. Therefore, in general, DDM is a memory-efficient iterative algorithm with inherent parallelism on the geometric level. APro, the process-based total system performance assessment model, aims for simulating the radionuclide transport considering coupled multi-physics phenomena occurring in large-scale geological disposal system, which are inevitably accompanied by huge memory burden. Therefore, DDM is applicable for the large-scale problem of APro and its performance in parallel computing needs to be examined. The DDM solvers provided by COMSOL which constitute APro can be classified into two methods. One is the overlapping Schwarz method that each subdomain overlaps its neighboring domains and the other is the Schur complement method that subdomains are non-overlapping and separated by boundary domains. For the Schwarz method, the additive, hybrid, multiplicative and symmetric methods can be selected according to the solution update scheme. And for the Schur method, the additive and multiplicative ordering options can be chosen for solving Schur complement system. In this study, the calculation efficiency of the DDM solvers in COMSOL and the applicability to the cluster environment were examined. In aspect of efficiency, the memory requirements with different number of subdomains and calculation schemes were compared in a single node. Then, the memory requirements with increasing number of disposal tunnels and deposition holes were investigated in multiple nodes. As a result, on the cluster environment, with the help of distributed memory architecture which enables efficient memory usage, the applicability of DDM solvers to the large-scale problem of APro was confirmed.

본 논문에서는 새로운 비중첩 영역 분할 기법을 바탕으로 한 병렬해석의 정확도 분석이 수행된다. Tak 등(2013)에 의해 제안된 이 방법에서 분할된 하위도메인들은 서로 중첩되지 않으며 계면요소(interfacial element)라 불리는 가상연결유한요소를 통해 서로 간의 관계가 결정된다. 이 접근법의 주요 장점은 영역 분할시 floating 도메인에서 발생할 수 있는 특이강성행렬(singular stiffness matrix)을 계면요소의 결합을 이용하여 가역행렬(invertible matrix)로 변환할 수 있다는 것과 기존의 FETI법에 비하여 해석시간과 스토리지(storage) 사용을 줄일 수 있다는 것이다. 반면에 3개 이상의 하위도메인들이 한 점에서 연결되는 경우를 의미하는 cross point에서는 해석의 정확도가 저하되는 경향이 나타났다. 따라서 본 논문에서는 새로운 비중첩 영역 분할기법에 대해 다양한 영역분할의 경우에 따라 발생하는 하나의 cross point에 접촉하는 하위도메인의 개수에 따른 정확도 분석이 수행되고 정확도가 저하되는 원인분석 및 대책이 논의된다.

In this paper, a finite element domain decomposition method using local and mixed Lagrange multipliers for a large scal structural analysis is presented. The proposed algorithms use local and mixed Lagrange multipliers to improve computational efficiency. In the original FETI method, classical Lagrange multiplier technique was used. In the dual-primal FETI method, the interface nodes are used at the corner nodes of each sub-domain. On the other hand, the proposed FETI-local analysis adopts localized Lagrange multipliers and the proposed FETI-mixed analysis uses both global and local Lagrange multipliers. The numerical analysis results by the proposed algorithms are compared with those obtained by dual-primal FETI method.

많은 계산량이 요구되는 삼차원 접촉 문제의 효율적인 유한요소 해석을 위하여 영역/경계 분할 기법을 적용하였다. 접촉 경계면의 부등식 적합 조건과 부영역, 공유면, 접촉 공유면의 등식 적합 조건을 모두 벌칙 함수로 처리하였다. 이에 따라 모든 유효 강성 행렬이 양 정치화되므로, 역행렬과 같은 각종 행렬 연산이 매우 간편해진다. 또한 전체 영역의 형상이 복잡하더라도, 임의의 부영역, 공유면, 접촉 공유면 단위로 쉽게 유한요소 모델링할 수 있다. 즉, 관련 지배 방정식은 물론 경계 조건도 독립적으로 이산화할 수 있으므로, 국부적인 비선형 접촉 조건에 대한 효율적인 해석이 가능하다. 간단한 수치 예제를 통하여 삼차원 접촉 해석의 효율성에 관한 기본적인 경향을 검토하였다.