초록 ▼

1. 연구개발 목표 및 내용
가. 최종목표 : 인터넷상의 개별 컴퓨터를 연결하여 가상 수퍼컴퓨터 시스템(1024 CPU)을 구축하고 이를 이용하여 분산 병렬 알고리듬에 기반한 초대형 고정밀 유한요소 구조해석을 수행, 궁극적으로 사이버공간에서 항공우주 구조물의 해석, 설계를 수행할수 있는 CST를 구현한다.
가. 달성 목표 내용 :
a. Virsup III(1024 CPU 시스템)의 구축 및 안정화 달성 - 2003년 상반기 Supercomputer ranking 56위 기록(국내 최초 1 Tflops 돌파)
b

1. 연구개발 목표 및 내용
가. 최종목표 : 인터넷상의 개별 컴퓨터를 연결하여 가상 수퍼컴퓨터 시스템(1024 CPU)을 구축하고 이를 이용하여 분산 병렬 알고리듬에 기반한 초대형 고정밀 유한요소 구조해석을 수행, 궁극적으로 사이버공간에서 항공우주 구조물의 해석, 설계를 수행할수 있는 CST를 구현한다.
가. 달성 목표 내용 :
a. Virsup III(1024 CPU 시스템)의 구축 및 안정화 달성 - 2003년 상반기 Supercomputer ranking 56위 기록(국내 최초 1 Tflops 돌파)
b. 선형정적구조해석(1억 미지수 수준), 시간영역 동적해석(1000만 미지수 수준), 고유치해석(1000만 미지수 수준), 비선형구조해석(500만 미지수 수준) 달성 - 상용 소프트웨어와의 성능 비교에서 월등한 성능 발휘(MSC/NASTRAN, ABAQUS, LS-DYNA 등과 비교)
c. 효율적인 유한요소 해석기법 개발
d. CST기술 구현의 시도 - 직교직물 복합재료 물성치 획득기술, 디파괴검사기술, 고정밀도 타격 거동해석, 평판스피커의 해석 및 설계 기술, Cyctocopter의 설계에 적용하여 최적 설계 구현
2. 대표적 성공사례
가. PC와 인터넷을 이용하여 저렴한 고성능의 수퍼컴퓨팅 기술을 개발하여, 국제 수퍼컴퓨팅 관련 학술 대회 SC2O01(2001. 11. 미국 덴버)에서 Cordon Bell Prize Frice/Performance 부문 수상
나. Pegasus system의 Supercomputer ranking 56위 (삼성전자,인텔,마이크로소프트 3사의 부품 지원)
다. 세계적 수준의 국제학술대회 ICAST(International Conference on Adaptive Structures and Technologies) 개최
라. 새로운 개념의 비파괴 검사법 개발 -구조물 충격거동 데이터를 활용한 기법 (특허등록 0444269)
마. 신개념의 수직 이착륙기 사이클로콥터의 설계에 초고속 구조해석 기술을 적용
바. 한국-프랑스의 적응구조물 둔야의 수치해석 공동워크샵 및 복합재료 공동워크샵 개최
3. 계획하지 않은 연구성과들
가. 평면스피커 기술 확보(특허등록 039601)
나. 한-불 그리드 워크샵, 복합재료 워크샵 등의 꾸준한 개최
다. 절점 활성화 기법 개발 (Node Activation Technique)
4. 연구결과의 활용계획 및 활용가능성
가. 그리드 컴퓨팅 기술의 개발 및 전파 - 세계적인 컴퓨팅 추세인 그리드환경에 적합한 기술
나. CST기술을 활용한 새로운 기술개발에의 도전 - Virtual Design/Development 기술
다. IPSAP (Internet Parallel Structural Analaysis Program) 공개를 통한 기술발전에 기여
라. 무인 Cyclocopter의 설계, 개발을 통하여 적조 현상 관찰 등에 응용 가능

Abstract ▼

There are three major research goals: the development and implementation of effective parallel structural analysis algorithm, the construction of the software and hardware infrastructure for Internet Supercomputing Technology, and the applications of IST and CST.
As mentioned earlier, the develop

There are three major research goals: the development and implementation of effective parallel structural analysis algorithm, the construction of the software and hardware infrastructure for Internet Supercomputing Technology, and the applications of IST and CST.
As mentioned earlier, the development of parallel structural analysis algorithm is one of the core technologies comprising the CST. We have organized several research teams including static analysis team, dynamic analysis team, nonlinear analysis team, finite element development team and mesh generation team.
The static analysis team is developing precise and efficient solution method of the large scale structural analysis problem. The main concerns are focused on the improvement and optimization of the performance of our parallel multifrontal solver which includes the efficient load balancing technique and the parallelization of contact constraints, and the utilization of domain decomposition method and meshless method. The final goal of static analysis team is to solve 100 million degrees of freedom(DOF) static analysis problem on the VirSup III system.
Dynamic analysis team are developing the parallel algorithm for the eigen analysis and time integration method of large scale structure and they are applying parallel algorithm to the dynamic analysis of large scale structures. As the applications, dynamic analysis team are developing nondestructive inspection method of composite structure.
Nonlinear analysis team concentrates their efforts on the development of parallel algorithm considering nonlinear effect such as contact behavior, fracture and damage, etc. Element development and mesh generation team is developing new finite element and mesh generation scheme for the precise calculation of large scale structural analysis.
All the works are heading for our final goal, namely, development of IpSAP(Internetparallel Structural Analysis Program). Along with the system setup and algorithm development, we are doing the research about the application of our concept; vibration control of structure and development of flat loudspeaker by using piezoelectric material, direct numerical simulation of composite structure and textile composites, aeroelastic stability for the airplane and helicopter, and crashworthiness and survivability of airplane. The research on the smart structures and the stability of helicopter are also conducted and the simulated results are compared with the experimental results.
The approach for the implementation of internet supercomputing is practical rather than academic. The main concerns of this research are the improvement of stability of virtual super computer which is made up by connecting PC's with internet, the survey of state-of-art technologies for the system operation, and the development of GUI program for the convenience of users, Especially, the development of fail-safe structure for the stable system is the key point of the research. Our final goal is the implementation of the 1024 CPU Node VirSup III.

목차 Contents

• 제1장 연구개발과제의 개요...60
• 제2장 국내외 기술개발 현황...65
• 제3장 연구개발 수행내용 및 결과...68
• 제1절 인터넷 슈퍼컴퓨팅 시스템 구성...68
• 1. 고성능 컴퓨팅 시스템 구축 방법론...68
• 2. Intersup의 구성...121
• 3. Virsup 시스템의 구성...162
• 제2절 선형 정적문제 분산병렬처리...232
• 1. 다중프런트 기법 및 그래프 분할기법과의 결합...233
• 2. 다중 프런트 기법의 병렬화...312
• 3. 병렬 다중 프런트 기법을 이용한 선형정적 구조 해석 코드개발...317
• 4. 수치 예제...346
• 5. 초대형 구조해석 구현을 위한 유한요소 모델링 기법 연구...364
• 6. 다중 프런트 기법 및 정적 구조해석 프로그램의 개선...371
• 7. 선형 정적 해석 프로그램의 성능 평가...383
• 제3절 무요소법(Meshfree Method)...400
• 1. 무요소법의 개요...400
• 2. 벌칙함수를 이용한 무요소갤러킨법(EFGMP) [3-63~69]...419
• 3. 가중버블패킹법을 응용한 무요소갤러킨법 [3-70~74]...451
• 4. 무요소법의 응용...465
• 제4절 고유치 해석 분산병렬처리...499
• 1. 서론...499
• 2. 구조물의 진동 해석...501
• 3. 유한요소법에서의 고유치 해석...503
• 4. Kron의 방법...505
• 5. Reduction 방법...509
• 6. Lanczos 방법...519
• 7. Lanczos 방법의 병렬 구현...525
• 8. 개선된 IPSAP 프로그램과 Block Lanczos 알고리듬의 결합...538
• 9. 결론...545
• 제5절 비선형 문제 분산 병렬 처리...546
• 1. 초대형 비선형 해석...546
• 2. 비선형 해법 개발...570
• 3. 유한요소법을 이용한 비선형 패널 플러터의 능동/수동 혼합제어...580
• 제6절 선형 동적 시간적분 알고리듬...590
• 1. 시간영역반응 해석기법의 대표적 수치적 성질...590
• 2. 수치기법의 분류...593
• 3. 사영시간적분법...595
• 4. 불연속 시간적분법...604
• 5. 외연 시간적분법...610
• 6. 외연 시간적분법의 병렬화...616
• 7. 접촉경계조건을 고려한 3차원탄성체의 충격 과도응답 해석...630
• 8. 결 론...637
• 제7절 충돌해석의 병렬화...638
• 1. 비선형 연속체 역학에 기반한 외연시간 적분법...639
• 2. 접촉 검색 및 접촉력 처리...651
• 3. 병렬처리...657
• 4. 병렬환경에서 코드의 검증(Verification)...664
• 5. 코드의 병렬성능 분석...669
• 5.결 론...676
• 제8절 요소개발 및 격자생성 연구...677
• 1. 12절점 삼각형 요소 개발...678
• 2. 격자생성 및 재생성 연구...684
• 3. 격자 중첩법을 이용한 효율적인 유한요소해석...727
• 4. 복합 ANS 삼절점 삼각형 요소...741
• 5. 혼합유한요소를 이용한 서로 다른 물성치를 갖는 자유 끝단에서의 응력 해석에 관한 연구...773
• 6. 재해석(re-analysis) 기법을 이용한 복합재료 응력 복원...783
• 제9절 응용문제 연구...789
• 1. 복합재료 구조물의 해석 및 설계...790
• 2. 복합재료 평판과 압전필름 작동기를 이용한 평판 스피커 설계...843
• 3. 쉘 구조물의 진동제어를 위한 압전감지기/작동기의 최적 설계...853
• 4. 태핑 검사법을 이용한 복합재료 구조물의 비파괴 검사법의 개발...860
• 5. 헬리콥터의 지상공진 안정성 증대를 위한 압전 감쇠기의 성능 연구...873
• 6. 수직이착륙 항공기 사이클로콥터의 개발...883
• 7. MEMS 기술 응용을 통한 Device 제작...942
• 제10 절 그리드 컴퓨팅 기술의 응용...996
• 1. VirSup 활용을 위한 그리드 응용프로그램 개발...997
• 2. 그리드 기반하에서 무요소법을 이용한 사각판의 최적화 실험...1012
• 3. 항공기 날개 구조물의 최적 설계...1015
• 4. 사이클로콥터 블레이드 시스템의 최적 설계...1023
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...1039
• 제1절 연구개발 목표 달성도...1039
• 제2절 대표적 성공사례...1046
• 제3절 계획하지 않은 연구성과...1048
• 제4절 대외기여도...1052
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...1058
• 제1절 연구결과 활용계획...1058
• 제2절 연구실 발전비전...1060
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...1062
• 제7장 참고문헌...1064
• 부록 A-1 OSCAR 사용방법(3장 1절)...1100
• 부록 A-2 Standard Cluster System 구축방법(3장 1절)...1103
• 부록 A-3 병렬 컴퓨팅 미들웨어(3장 1절)...1111
• 부록 A-4 LIBRARY의 설치(3장 절)...1127
• 부록 A-5 Condor 설치법(3장 1절)...1129
• 부록 A-5 GLOBUS 설치법(3장 1절)...1144
• 부록 A-6 DIET/FAST 설치법(3장 1절)...1157
• 부록 B. 자동 타격장치(3장 9절)...1159
• B-1. 이동장치...1160
• B-2. 타격장치...1163
• B-3. 제어장치...1165
• B-4. 측정장치...1169