적응적 격자기반 토석류 모형 개발

안현욱 ( Hyunuk An ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

국내의 토석류는 대부분 강우로 인해 촉발되며, 기후변화로 인해 점점 더 극한강우가 늘어날 전망으로 토석류의 빈도도 증가할 것으로 예상되고 있다. 국내의 경우 토석류가 발생할 수 있는 산지지역이 서울, 부산, 대구 등 대도시 또는 주거지인근에 분포하고 있는 경우가 많아 재산피해 뿐만 아니라 인명피해도 발생할 수 있으므로 토석류에 대한 지속적인 연구개발이 필요하다. 토석류 모형의 해석격자는 모형의 정확도에 큰 영향을 미치며 특히 직교격자는 건물 및 구조물의 표현에 한계가 존재하나 현재 구축된 대부분의 토석류 수치모형은 직교격자기반으로 구축되었다. 일반적으로 FDM 기반의 수치모형은 직교격자를 사용하며, 이러한 모형은 모형을 구축하기 쉽다는 장점이 있는 반면, 복잡한 지형을 표현하기 어려우며, 계산효율이 떨어지는 단점 존재한다. FEM 또는 FVM 기반의 수치모형은 삼각형 격자를 사용할 수 있으며, 이러한 경우 복잡한 지형을 효율적으로 표현할 수 있으나 지형이 복잡해질수록 격자 생성에 많은 시간과 노력이 필요하다는 단점이 있다. 직교격자와 삼각형 격자의 장단점을 고려하여 직교격자상에서 보다 효율적으로 격자생성을 하는 적응적 메쉬세분화기법(adaptive mesh refinement method)과 분할격자기법(cut cell method)이 존재한다. 1990년대 주목받기 시작하여 2000년대 이르러 천수방정식에 적용되기 시작한 이 방법은 고정 확도 수치기법들을 비교적 용이하게 모형에 적용할 수 있는 직교격자의 장점을 가지면서, 비구조격자 및 구조곡선격자와 비교하여 복잡한 지형의 격자를 쉽게 생성가능하다. 또한 모의 중에 격자를 재구성하여 정밀한 해상도가 필요한 영역만을 고해상도로 표현하는 동적 적응적 메쉬세분화기법을 활용하여 매우 효율적인 계산이 가능하다. 본 연구에서는 이러한 적응적 메쉬세분화기법을 도입하여 효율적이며 정확한 적응적격자를 기반으로 한 토석류 수치모형을 개발하고자 한다.

적응적 분할격자 기반 2차원 침수해석모형 K-Flood의 개발

안현욱,정안철,김연수,노준우 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.10

An adaptive cut-cell grid based 2D inundation analysis model, K-Flood, is developed in this study. Cut cell grid method divides a grid into a flow area and a non-flow area depending the characteristics of the flows. With adaptive mesh refinement technique cut cell method can represent complex flow area using relatively small number of cells. In recent years, the urban inundation modeling using high resolution and fine quality data is increasing to achieve more accurate flood analysis or flood forecasting. K-Flood has potential to simulate such complex urban inundation using efficient grid generation technique. A finite volume numerical scheme of second order accuracy for space and time was applied. For verification of K-Flood, 1) shockwave reflex simulation by circular cylinder, 2) urban flood experiment simulation, 3) Malpasset dam collapse simulation are performed and the results are compared with observed data and previous simulation results. 본 연구에서는 적응적 분할격자기반 2차원 침수해석모형 K-Flood를 개발하였다. 분할격자기법은 흐름 특성을 기반으로 격자를 분할하여 흐름영역과 비흐름영역으로 구분하는 격자생성기법이며, 분할격자기법과 격자세분화기법을 동시에 활용하면 매우 적은 수의 격자로 복잡한 형상의 흐름영역을 표현할 수 있어 효율적인 모의가 가능하다. 특히 최근 도시홍수에 대해 매우 정밀한 해상도의 자료와 격자를 이용하여 보다 정확한 침수해석 또는 예보를 하고자 하는 시도가 늘어나고 있으며, K-Flood는 이러한 복잡한 흐름영역의 계산 시 적응적 분할격자를 활용하여 효율적인 격자생성이 가능하다. 공간 및 시간에 대해 2차 정확도의 유한체적 수치해법이 적용되었다. K-Flood의 검증을 위해 2차원 침수해석모형의 검증에 널리 사용되고 있는 1) 원형 실린더에 의한 충격파 반사 모의, 2) 도시홍수실험 모의, 3) Malpasset 댐붕괴 모의를 수행하였다. 모든 모의에서 관측자료 및 과거의 모의결과와 비교하여 성공적으로 K-Flood의 성능을 검증하였다.

적응적 격자와 분할격자 기법을 이용한 도시홍수 모의

안현욱 ( Hyunuk An ),노재경 ( Jaekyoung Noh ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

과학기술의 급격한 발전에도 불구하고, 이상기후는 최근 들어 더욱 예측하기 어려운 방향으로 진행되고 있으며, 이로 인한 가뭄 및 홍수 등 수재해의 강도 및 빈도는 뚜렷하게 증가하고 있는 추세이다. 도시유역에서 발생하는 홍수는 배수지체로 인한 내수침수가 대부분이며 이러한 현상을 해석하기 위해서는 우수관망현상과 범람현상을 동시에 해석하여야 한다. 국내에서는 우수관망 모형인 SWMM과 범람해석모형인 FLUMEN을 같이 사용하거나, 두 해석 모듈이 모두 포함된 XP-SWMM이 주로 도시홍수 모의에 활용되고 있다. 본 연구에서는 적응적 격자와 분할격자 기법을 사용하여 범람모형을 개선하고자 하였다. 도시지역의 홍수범람양상은 복잡한 지형과 건물들로 인해 매우 복잡하며 이러한 현상은 일반적으로 도시홍수 모의에서는 무시되고 있다. 건물의 영향을 고려한 격자생성 및 지형처리기법들이 소개되었으나 전처리의 및 격자생성의 어려움으로 인해 손쉽게 활용되기 어렵다는 한계가 존재한다. 본 연구에서는 적응적 격자분할 기법과 분할격자기법을 활용해 폴리곤 또는 폴리라인으로 구성된 다수의 건물이 격자상에 반영될 수 있도록 모듈을 개발하였다. 2011년 사당에서 발생한 도시홍수를 대상으로 모의를 수행하였고 사당유역의 18000여 건물을 격자상에 반영하였다. 이러한 상세한 모형화가 도시홍수범람양상에 얼마나 영향을 미치는 지 분석하였다.

Development of 2D inundation model based on adaptive cut cell mesh (K-Flood)

An Hyunuk,Jeong Anchul,Kim Yeonsu,Noh Joonwoo 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.10

본 연구에서는 적응적 분할격자기반 2차원 침수해석모형 K-Flood를 개발하였다. 분할격자기법은 흐름 특성을 기반으로 격자를 분할하여 흐름영역과 비흐름영역으로 구분하는 격자생성기법이며, 분할격자기법과 격자세분화기법을 동시에 활용하면 매우 적은 수의 격자로 복잡한 형상의 흐름 영역을 표현할 수 있어 효율적인 모의가 가능하다. 특히 최근 도시홍수에 대해 매우 정밀한 해상도의 자료와 격자를 이용하여 보다 정확한 침수해석 또는 예보를 하고자 하는 시도가 늘어나고 있으며, K-Flood는 이러한 복잡한 흐름영역의 계산 시 적응적 분할격자를 활용하여 효율적인 격자생성이 가능하다. 공간 및 시간에 대해 2차 정확도의 유한체적 수치해법이 적용되었다. K-Flood의 검증을 위해 2차원 침수해석모형의 검증에 널리 사용되고 있는 1) 원형 실린더에 의한 충격파 반사 모의, 2) 도시홍수실험 모의, 3) Malpasset 댐붕괴 모의를 수행하였다. 모든 모의에서 관측자료 및 과거의 모의결과와 비교하여 성공적으로 K-Flood의 성능을 검증하였다. An adaptive cut-cell grid based 2D inundation analysis model, K-Flood, is developed in this study. Cut cell grid method divides a grid into a flow area and a non-flow area depending the characteristics of the flows. With adaptive mesh refinement technique cut cell method can represent complex flow area using relatively small number of cells. In recent years, the urban inundation modeling using high resolution and fine quality data is increasing to achieve more accurate flood analysis or flood forecasting. K-Flood has potential to simulate such complex urban inundation using efficient grid generation technique. A finite volume numerical scheme of second order accuracy for space and time was applied. For verification of K-Flood, 1) shockwave reflex simulation by circular cylinder, 2) urban flood experiment simulation, 3) Malpasset dam collapse simulation are performed and the results are compared with observed data and previous simulation results.

적응적 메쉬세분화기법과 분할격자기법을 이용한 극한 도시홍수 실험 모의

안현욱,유순영 한국수자원학회 2011 한국수자원학회논문집 Vol.44 No.7

적응적 메쉬세분화기법과 분할격자기법을 적용한 2차원 천수방정식모형을 활용하여 구조물을 고려한 극한 홍수 실험을 모의하였다. 본 연구에 사용된모형은 두 격자생성 기법을함께 사용함으로서 복잡한 경계를보다 적은 격자로 효율적으로 표현하는 것이 가능하며, 동적 적응 메쉬세분화기법을 사용하여 흐름이 빠르게 변하는 영역에서 정확도를 유지하면서도 효율적으로 계산하는 것이 가능하다. HLLC 리만근사해법과 MUSCL 기법을 적용하여 시공간상에서 2차정도를 유지하며 Two-dimensional shallow water model based on the cut cell and the adaptive mesh refinement techniques is presented in this paper. These two mesh generation methods are combined to facilitate modeling of complex geometries. By using dynamically adaptive me

적응적 격자세분화와 격자볼츠만방정식을 이용한 이상유동 해석

정남균(Nam-Gyun Jeong) 대한기계학회 2019 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2019 No.11

쿼드트리 격자기반 모형의 홍수범람해석 적용성 평가

이대업,안현욱,이기하,정관수 한국수자원학회 2013 한국수자원학회논문집 Vol.46 No.6

최근 이상기후로 인해 홍수 등 자연재해의 강도 및 빈도가 증가하고 있다. 2002년 태풍 루사, 2003년 태풍 매미 등 집중호우에 따른 대규모 홍수로 인해 인명 및 재산피해의 급격한 증가가 나타났으며, 이는 불규칙한 기상변화에 대한 기존의 방재대책과 홍수예측시스템의 한계를 보여주고 있다. 이러한 이상홍수에 효율적으로 대응하기 위해서는 홍수범람 양상을 정확하게 모의할 수 있는 범람모형을 통해 효과적인 대응방안 마련하는 것이 중요하지만 기존의 홍수범람해석모형은 해석시간의 과다소요 및 해석결과의 정확성 등의 문제가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 2002년 8월 집중호우로 인해 붕괴된 낙동강 유역의 백산제를 대상으로 쿼드트리격자를 사용하는 Gerris모형을 이용하여 홍수범람해석을 수행하였으며, 기존의 홍수범람모형 중 비구조격자를 사용하는 FLUMEN모형 및 실제 범람지역과의 비교를 통해 쿼드트리 격자기반 홍수범람모형의 적용성 및 효율성을 판단하였다. Lately, intensity and frequency of natural disasters such as flood are increasing because of abnormal climate. Casualties and property damages due to large-scale floods such as Typhoon Rusa in 2002 and Typhoon Maemi in 2003 rapidly increased, and these show the limits of the existing disaster prevention measures and flood forecasting systems regarding irregular climate changes. In order to efficiently respond to extraordinary flood, it is important to provide effective countermeasures through an inundation model that can accurately simulate flood inundation patterns. However, the existing flood inundation analysis model has problems such as excessive take of analysis time and accuracy of the analyzed results. Therefore, this study conducted a flood inundation analysis by using the Gerris flow solver that uses quadtree grid, targeting the Baeksan Levee in the Nakdong River Basin that collapsed because of a concentrated torrential rainfall in August, 2002. Through comparisons with the FLUMEN model that uses unstructured grid among the existing flood inundation models and the actual flooded areas, it determined the applicability and efficiency of the quadtree grid-based flood inundation model of the Gerris flow solver.

Element-free Galerkin 방법을 이용한 적응적 균열진전해석

최창근,이계희,정흥진 한국전산구조공학회 2000 한국전산구조공학회논문집 Vol.13 No.4

본 논문에서는 element-free Galerkin(EFG) 방법에 기반한 적응적 정적균열진전해석기법을 제시하였다. 균열진전 매단계마다 적응적해석을 수행함으로써 전체 해석의 일관성과 정밀성을 동시에 확보할 수 있었다. 균열진전과정에 있어서의 적응적해석은 산정된 오차지표에 따라 적분을 위한 격자구조에 따라 절점을 추가하고 소거하는 과정을 통해 구현되었다. 이 때 사용된 오차지표는 원 EFG해석결과 얻어진 응력과 절점응력을 다시 투영한 응력의 차에 의해 얻어졌다. 제안된 해석기법의 타당성과 효용성을 수치예제에 의해 검증하였다. 그 결과 제안된 해석기법이 균열진전해석시 효율적으로 적용될 수 있음을 보였다. In this paper the adaptive crack propagation analysis based on the estimated local and global error in the element-free Galerkin (EFG) method is presented. It is possible to keep consistency and accuracy of analysis in each propagation step by adaptive analysis. The adaptivity analysis in crack propagation is achieved by adding and removing the node along the background integration cell that are refined or recovered as estimated error. These errors are obtained by calculating the difference between the values of the projected stresses and original EFG stresses. To evaluate the performance of proposed adaptive procedure, the convergence behavior is investigated lot several examples. The results of these examples show the efficiency of proposed scheme in crack propagation analysis.

적응적 격자 분할 기법을 사용한 고폭약의 폭풍파 수치적 연구

노태준(Tae-jun Roh),이영헌(Young-hun Lee),이웅현(Woong-hyun Lee),여재익(Jai-ick. Yoh) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.12

AMR을 이용한 PETN의 이방성 시뮬레이션

김기홍(Ki-Hong Kim),이웅현(Woong-hyun Lee),여재익(Jack J. Yoh) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

방향에 따라 다른 반응 특성을 보이는 PETN의 해석 hydrocode를 개발하였다. 각 방향에 대한 반응 속도 모델링 계수를 추정하였고 이를 run distance to detonation 및 충격파 세기의 실험값으로 검증하였다. 1차원 계산에서 얻은 모델링 계수를 기반으로 2차원 및 3차원 계산을 수행하였고 반응 유동장을 관찰하였다. 고차원 계산 수행 시 계산 자원 소모를 줄이기 위해 적응적 격자 세분화 기법이 사용되었다. Direction-sensitive detonation model for PETN is presented to simulate anisotropic reaction property. Run distance to detonation and intensity of shock wave is verified with experimental data for each direction, substituting reaction modeling parameters according to direction. The calculation is also performed for 2D and 3D geometry using R-method adaptive mesh refinement.