입자기반 전산유체역학 기법은 유체역학에서의 라그란지안 접근법에 기반을 두고 있다. 입자기반 방식은 입자 각각이 물리량을 가지고 움직이며 이러한 입자의 움직임을 추적하는 방식으로 유체의 거동을 구현할 수 있다. 이러한 방식은 격렬한 움직임에 의한 자유표면 혹은 경계면의 운동 재현에 우수성이 있으나 연속체역학을 위반할 수 있다는 문제점 역시 포함하고 있다. 이를 반대로 말하자면 특별한 조치를 취하지 않는 경우에는 연속체가 아닌 물질에 대한 구현이 매우 쉽게 가능하다는 것이기도 하다. 이에 따라, 기존의 유체에서 사용되는 입자기반 전산해석방식을 지배방정식 단계에서부터 고체입자형으로 변형이 가능하다는 것을 알 수있다. 본 연구에서는 입자기반 전산해석방식을 고체입자에 알맞은 형태로 변환하였다. 변환을 위해 유체에서 사용되는 점성항을 제거하고 대신 마찰항을 추가하였다. 본 연구에서 개발된 고체입자형 전산해석 프로그램을 이용하여 고체입자의 붕괴를 구현하였으며 이를 유체입자 붕괴와의 비교를 통해 입증하였다. 또한 유체입자가 가질 수 없는 고체입자만의 특성인 안식각을 구현하여 고체입자를 위한 입자기반 전산해석 프로그램을 완성하였다.

본 논문은 1차원 자유경계문제 해석의 정확도 향상을 위해 이동최소제곱 차분법을 이용하여 이동경계의 위상변화를 implicit하게 추적하는 기법을 제시한다. 기존의 이동최소제곱 차분법은 이동경계의 위치를 explicit하게 진전시켜 반복계산 은 필요없지만 해의 정확도 감소를 피할 수 없었다. 그러나 본 연구에서 제시한 implicit 기법은 전체 계방정식이 비선형 시 스템이 되어 반복계산 과정이 필요하지만, 실제로 수치예제를 통해 검증해 본 결과 계산량의 큰 증가없이 해석의 정확도를 획기적으로 향상시켰다. 이동하는 미분불연속 특이성을 갖는 융해(melting)문제를 수치계산한 결과, implicit 이동최소제곱 차분법을 통해 2차정확도를 얻을 수 있음을 보였다.

고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법을 이용하여 3층 3경간 철근콘크리트 골조구조물을 수치해석모형과 물리적 분구조모형으로 나누어 실시간 하이브리드실험을 실시하였다. 물리적 부분구조모형으로는 1층 내부 비연성기둥 1개소가 선택되었고, 수치해석모형에 일축 방향의 지진하중을 시편이 심한 손상에 의하여 파괴에 이를 때까지 작용시켰다. 비선형 유한요소해석 프로그램인 Mercury가 실시간 하이브리드실험을 위하여 새로이 개발 및 적용되었다. 실험결과는 물리적 부분구조모형의 상부 수평방향 층간변위비를 OpenSees에 의한 수치해석시뮬레이션과 진동대실험의 그것과 비교하였다. 본 실험은 가장 복잡한 실시간 하이브리드실험 중의 하나이고, 하드웨어, 알고리즘 그리고 모형에 대한 기술적인 내용을 본 논문에 자세히 설명하였다. 수치해석모형의 개선, 물리적 부분구조 모형 접선강성행렬의 유한요소해석 프로그램에서의 평가 그리고 하중기반 보-요소의 요소상태결정의 연산시간을 줄이기 위한 소프트웨어의 개선이 이루어진다면 실시간 하이브리드실험과 진동대실험결과의 비교는 권장할 만하다. 그리고 "지진과 같은 동적하중하의 복잡한 구조물의 수치해석시뮬레이션"이라는 목적을 위하여 실시간 하이브리드실험은 동적하중에 대한 실험적 검증을 점진적으로 수치해석모형으로 대체하기 위한 저비용-고효율 실험법으로서의 가치를 충분히 가지고 있다고 할 수 있다.

The Fokker-Planck (FP) model is one of the commonly used methods for studies of the dynamical evolution of dense spherical stellar systems such as globular clusters and galactic nuclei. The FP model is numerically stable in most cases, but we find that it encounters numerical difficulties rather often when the effects of tidal shocks are included in two-dimensional (energy and angular momentum space) version of the FP model or when the initial condition is extreme (e.g., a very large cluster mass and a small cluster radius). To avoid such a problem, we have developed a new integration scheme for a two-dimensional FP equation by adopting an Alternating Direction Implicit (ADI) method given in the Douglas-Rachford split form. We find that our ADI method reduces the computing time by a factor of ~2 compared to the fully implicit method, and resolves problems of numerical instability.

일차원 부정류 해석의 수치해석모형을 만들기 위하여 Preissmann형의 Implicit법을 Saint venant식에 도입하였으며 모형의 안정성과 정도에 관하여 검토하였고 수치실험을 실시하였다. 1. 보조관계식을 도입함으로써 Double Sweep알골이즘을 사용할 수 있었다. 2. 계산결과의 안정성과 정도에 큰 영향을 주는 인자는 δt/δx 및 θ인 바 δt/δx은 1보다 너무 크거나 작은 경우를 피해야 하며 0.6〈θ〈1.0일 때 무조건 안정이다. 3. 마찰계수와 θ치를 적절히 조절하여 실제흐름에서의 에너지 소멸과 같은 효과를 얻게 됨으로써 이 모형은 일차원 부정류흐름의 해석에 있어 매우 유용함을 확인할 수 있었다. 4. 앞으로 실측자료에 의한 보정과 더불어 지류와 합류가 있는 하천 수계에 대한 System해석모형 또는 해안에서의 장파에 대한 일차원 해석모형 등의 개발에 응용될 수 있다.