초록 ▼

무한 또는 유한 공간을 차지하는 기지에 다수의 다양한 물질특성치를 나타내는 함유체 및 공동이 포함되어 있는 고체에 하중이 가해질 때 고체에서의 응력 분포를 해석적으로 구할 수 있는 경우는 극히 제한되어 있으며, 국내외 연구의 대부분은 상업용 유한요소법 코드(예를 들면, NASTRAN, ABAQUS, ANSYS, MARC, 그리고, NISA 등)나 경계요소법을 적용한 수치해석에 의존하고 있다. 그런데, 유한요소법에서는 함유체와 함유체 또는 공동 사이의 거리가 변하는 문제를 해석할 때 전체의 모델링을 다시해야 한다는 번거로움이 있다.

무한 또는 유한 공간을 차지하는 기지에 다수의 다양한 물질특성치를 나타내는 함유체 및 공동이 포함되어 있는 고체에 하중이 가해질 때 고체에서의 응력 분포를 해석적으로 구할 수 있는 경우는 극히 제한되어 있으며, 국내외 연구의 대부분은 상업용 유한요소법 코드(예를 들면, NASTRAN, ABAQUS, ANSYS, MARC, 그리고, NISA 등)나 경계요소법을 적용한 수치해석에 의존하고 있다. 그런데, 유한요소법에서는 함유체와 함유체 또는 공동 사이의 거리가 변하는 문제를 해석할 때 전체의 모델링을 다시해야 한다는 번거로움이 있다. 또한, 경계요소법에서는 함유체가 임의의 형상을 나타내거나 이방성 재료로 이루어지는 경우 수치해석에 많은 어려움이 있게 된다.

따라서, 본 연구에서는 유한요소법이나 경계요소법을 이용하는 대신에, 단일 또는 다수의 등방성 또는 이방성 함유체 및 공동을 포함하는 무한고체가 정적 및 동적 무한하중을 받을 때, 무한고체에서의 변위, 변형률 및 응력 해석을 매우 정확하고 효율적으로 수행할 수 있는, 2차원 체적 적분방정식법과 혼합 체적-경계 적분방정식법이라는 새로운 수치해석 방법들을 개발하였다. ① 다수의 등방성 또는 이방성 함유체가 포함되어 있는 무한 고체가 정적 무한하중을 받을 때, 무한 고체에서의 변위, 변형률 및 응력 해석을 매우 정확하고 효율적으로 수행하기 위하여, 체적 적분방정식법이라는 수치해석 방법을 개발하였다. 또한, 체적 적분방정식법 해석에 필요한 전용 전처리기(pre-processor)를 개발하였다. ② 다수의 등방성 또는 이방성 함유체 및 공동이 포함되어 있는 무한 고체가 정적 무한하중을 받을 때, 무한고체에서의 변위, 변형률 및 응력 해석을 매우 정확하고 효율적으로 수행하기 위하여, 혼합 체적-경계적분방정식법이라는 수치해석 방법을 개발하였다. ③ 다수의 등방성 또는 이방성 함유체가 포함되어 있는 무한 고체가 동적 무한하중을 받을 때, 무한 고체에서의 변위, 변형률 및 응력 해석을 매우 정확하고 효율적으로 수행하기 위하여, 체적 적분방정식법이라는 수치해석 방법을 개발하였다. ④ 다수의 등 방성 또는 이방성 함유체 및 공동이 포함되어 있는 무한 고체가 동적 무한하중을 받을 때, 무한 고체에서의 변위, 변형률 및 응력 해석을 매우 정확하고 효율적으로 수행하기 위하여, 혼합 체적-경계 적분방정식법이라는 수치해석 방법을 개발하였다. ⑤ 체적 적분방정식법 및 혼합 체적-경계 적분방정식법 해석에 필요한 전용 후처리기(post-processor)를 개발하고 있다.

성실하게 연구 개발을 수행한 결과, 주요 연구 개발 목표를 성공적으로 달성할 수 있었으며, 다음과 같은 연구성과를 도출하였다. ① 4편의 국외 SCI 논문이 게재 완료되었다. ② 2편의 국외 SCI-E 논문이 게재 완료되었고, 1편의 국외 SCI-E 논문이 게재 승인(Accepted)되었다. ③ 3편의 한국연구재단 등재 학술지 논문이 게재 완료되었다. ④ 3편의 국외학술대회 논문과 2편의 국내학술대회 논문을 발표하였다. ⑤ 체적 적분방정식법 해석에 필요한 전처리기를 개발하여 연구에 활용하고 있으며, 또한 체적 적분방정식법 해석에 필요한 후처리기를 개발하고 있다.
향후에, ① 기계공학 관련 학부 및 대학원 교과목에서 유한요소법 또는 경계요소법 코드와 병행하여 2차원 탄성정역학 및 탄성동역학 체적 적분방정식법과 혼합 체적-경계 적분방정식법 전용 코드(solver, 전처리기 및 후처리기)를 활용함으로써, 학습 효과를 현저히 향상시킬 수 있다. ② 2차원 탄성정역학 및 탄성동역학 체적적분방정식법과 혼합 체적-경계 적분방정식법 전용 코드(solver, 전처리기 및 후처리기)를 상용화할 수 있다. ③ 유한요소법 또는 경계요소법 코드 개발업체에서 특수 목적용 프로그램을 개발하는데 활용할 수 있다.

본 연구에서 2차원 탄성정역학 및 탄성동역학 체적 적분방정식법과 혼합 체적-경계 적분방정식법에 관한 연구를 수행하면서 축적한 많은 know-how를 바탕으로 하여, 2015년도 상반기 중견연구자지원사업(제목: 3차원 탄성동역학 병렬 체적 적분방정식법 개발에 관한 연구)에 선정이 되었으며, 2005년 5월 1일부터 3년간 3차원 탄성정역학 및 탄성동역학 병렬 체적 적분방정식법을 개발하는 연구를 수행하고 있다.