초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
본 연구개발의 최종 목표는 일차적으로 입자법을 이용한 유체해석 프로그램을 개발하고, 사용자 편의성을 고려한 UI를 개발하여 상업적으로 완성도 높은 입자법을 이용한 유체해석 프로그램을 개발하는 것이며, 나아가 동역학 해석 프로그램과 연동해석기능을 실현하여 기계와 유체시스템이 혼합된 다중물리 시스템에 대한 동적 해석을 가능하도록 만드는 것이다. 이렇게 개발된 프로그램을 이용하여 해상부유시스템이 다양한 외란의 상태에 주어졌을 때 발생할 수 있는 위험한 상황을 예측하고 향후 해상 플랜트 설계에 있

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
본 연구개발의 최종 목표는 일차적으로 입자법을 이용한 유체해석 프로그램을 개발하고, 사용자 편의성을 고려한 UI를 개발하여 상업적으로 완성도 높은 입자법을 이용한 유체해석 프로그램을 개발하는 것이며, 나아가 동역학 해석 프로그램과 연동해석기능을 실현하여 기계와 유체시스템이 혼합된 다중물리 시스템에 대한 동적 해석을 가능하도록 만드는 것이다. 이렇게 개발된 프로그램을 이용하여 해상부유시스템이 다양한 외란의 상태에 주어졌을 때 발생할 수 있는 위험한 상황을 예측하고 향후 해상 플랜트 설계에 있어 중요한 설계도구로 사용될 수 있도록 하는 것이다. 그러기 위해서는 단순히 해석이 가능한가를 떠나 보다 쉽고 편리하게 모델링을 구성할 수 있어야 하며, 다양한 모델의 상황에 맞추어 입력형태를 구현할 수 있도록 강건하고 세련된 UI를 갖추어야 한다.
이러한 모든 작업은 상업적인 CAE 프로그램을 세계적인 수준으로 성공시킨 당사의 연구개발력이 뒷받침되지 않으면 매우 어려운 일일 것이다.
본 연구개발의 4가지 주요 세부 목표는 다음과 같다.
▪ 입자법 기반 유체해석 솔버 개발
▪ 입자법 기반 유체해석을 위한 GUI 개발
▪ 다물체동역학과 유체해석 프로그램의 통합해석 솔루션 개발
▪ 유체 해석 및 기계시스템 통합해석에 대한 실험적 검증

□ 개발내용 및 결과
● 1차 년도
▷ 입자기반 유체해석을 위한 GUI개발
1. CAD형상 정보를 이용한 유체접촉외벽 생성 및 데이터 처리
2. 효율적인 입자 생성 알고리즘 개발
3. 통합 플랫폼에서 두 솔버간 효율적인 데이터 전달방법 개발
▷ 입자기반 유체해석을 위한 솔버 기초 개발
1. 입자 물리량의 물성치 · 초기치 · 경계치 입출력 방법 연구
2. 유동에 관한 지배방정식 구성 및 행렬 연산 기술 개발
3. 통합해석을 위한 입자법 유채해석 프로그램의 구조 연구

● 2차 년도
▷ 사용자 수준의 전/후처리기 개발
1. 유체해석 전 처리기 GUI개발
2. 유체해석 후 처리기 GUI개발
3. 입자의 Contour 디스플레이 기능 개발
▷ 입자법을 이용한 유체해석 솔버 완성 및 해석
1. 유동장 안정화 기술 개발
2. 외벽에 대한 경계면 처리 알고리즘 개발
3. 입자의 물리적 상태 출력방법에 대한 연구

● 3차 년도
▷ 통합해석 플랫폼 개발 및 통합 해석 검증을 위한 부유체시험
1. 다물체-유체 통합 해석 플랫폼 개발
2. 통합해석 해석기의 효과적인 적분 계산방법 연구
3. 유체 표면에 대한 렌더링 기술의 후처리기 적용 및 성능향상
4. 유체충격을 동반하는 해양플랜트 관련 모형구조물의 동적 거동 실험
▷ 유체 해석 솔버의 실용화 기술 개발 및 해석
1. 입자기반 유체-다물체동역학 통합해석 플랫폼 개발 기술지원
2. 입자의 유/출입 해석 기능 개발
3. CFD 프로그램 해석 결과와 비교를 통한 성능 검증
4. 해양환경(파랑환경) 재현 기술 개발
5. Open Boundary 알고리즘 개발
6. 연산 속도 개선을 위한 방안 마련

● 4차 년도
▷ 신뢰성 검증- 통합해석 결과 검증 및 통합해석 사용자 환경 성능 개선
1. 유체 표면 처리 기능의 고도화를 통한 기능과 성능 개선
2. 유체 표면 처리 기능에 대한 CFD 상용 프로그램과 비교 검증
3. 통합해석에 대한 전반적 성능 평가 및 사용자 입력 환경개선
▷ 신뢰성 검증 - 유체 해석 결과 검증 및 해석 성능 개선
1. 통합해석에 대한 시험 및 해석 결과에서 유체의 해석 결과 비교 검증
2. 대규모 입자를 효과적으로 병렬연산처리 기술 개발
3. 효율적인 출력 데이터 관리

□ 기술개발 배경
해상 플랜트 시스템은 기구동역학적 구동 시스템을 가지고 있으며, 매우 어려운 동적작업을 수행한다. 이때 작업 상황은 매우 위험하며, 엄밀한 작업설계가 이루어지지 않을 경우 안전사고가 발생할 수 있다. 만약 이러한 해상작업 상황을 해석적으로 예측할수 있다면 매우 획기적인 성과를 만들 수 있을 것이다. 그러나 현재까지 개발된 기술로는 동역학적 기계시스템과 유체를 동시에 해석 할 수 있는 기술이 전무하다.
본 연구개발에서는 유체의 거동을 해석하고 부유체의 거동을 예측하기 위한 입자법(particle method)기반의 유체해석기술을 이용한 해석 프로그램을 개발하고 기구동역학 해석 할 수 있는 다물체 동역학 해석 프로그램과 통합해석을 수행할 수 있는 통합 해석 플랫폼을 개발하는 것이다. 이러한 통합해석 기능을 이용하면 부유체의 작업 환경을 시뮬레이션 할 수 있으며, 이를 통해 안정적인 해상에서의 작업 설계가 가능하다. 나아가 해상 플랜트의 설계에 있어 큰 도움을 줄 수 있다.

□ 핵심개발 기술의 의의
본 연구개발을 통해 입자기반 유체해석(SPH:smoothed particle hydrodynamics)기술을 연구하여 해석 Solver로 개발하였으며, 동시에 사용자 중심의 GUI 개발을 통해 사용의 편의성을 높였다.
특히 유체입자와 다물체동역학의 통합해석을 구현하여 다양한 유체기계제품의 개발에 활용할 수 있다. 이러한 통합해석기술은 유체기계제품의 설계에 있어서 보다 안전하고 신뢰도 있는 제품으로 개발될 수 있는 바탕이 된다.

□ 적용 분야
유체와 다물체 통합해석 기능을 이용하여 다양한 유체기계시스템의 공학적 해석이 가능하다. 그 적용 대상은 다음과 같다.
선방의 부유거동, 교반기, 정적 믹서, 해상 플랜트 부유거동, 해상 크래인 작업거동, 연료탱크, LNG Sloshing, 차량 변속기 오일거동, 파력발전기 작동특성, 해상 풍력발전기 부유거동, 유체 벨런서...

(출처 : 초록 - 3. 개발결과 요약 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 10
• 목차 ... 16
• 표목차 ... 17
• 그림목차 ... 17
• 제 1 장 서 론 ... 25
• 제 1 절 과제의 개요 ... 25
• 1. 입자기반 유체 해석 기술 ... 25
• 2. 다물체동역학 해석기술 ... 27
• 3. 다물체동역학 모델과 입자기반 유체모델의 통합 해석기술 ... 28
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 30
• 제 1 절 최종 목표 ... 30
• 제 2 절 평가 방법 ... 31
• 1. 정량적 항목 ... 31
• 2. 정량적 목표 항목의 평가방법 및 평가환경 ... 32
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 34
• 1. 1차 년도 연구개발 내용 ... 34
• 2. 2차 년도 연구개발 내용 ... 64
• 3. 3차 년도 연구개발 내용 ... 94
• 4. 4차 년도 연구개발 내용 ... 136
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 179
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 180
• 제 3 장 결과 ... 182
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 182
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 182
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 186
• 3. 기술개발 결과 ... 199
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 212
• 1. 1,2차 년도 연구 추진 체계 ... 212
• 2. 3,4차 년도 연구 추진 체계 ... 213
• 3. 기술개발팀 편성도 ... 214
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 215
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 216
• 제 4 장 사업화 계획 ... 217
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 217
• 1. 국내 기술의 수준 및 시장 동향 ... 217
• 2. 국내 시장 규모 및 수출·입 현황 ... 217
• 3. 국외 시장 규모 현황 ... 218
• 제 2 절 사업화 계획 ... 219
• 1. 사업화 형태 및 규모 ... 219
• 2. 상용화 능력 및 보유자원 ... 219
• 3. 상용화 계획 및 일정 ... 220
• 4. 조선 해양 분야에 특화된 RecurDyn의 통합 솔루션 상용화 ... 220
• 5. 판매 확보를 위한 시장 확대를 위한 활동 ... 220
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 221
• 1. GUI 기술 개발 계획 ... 221
• 2. Solver 기술 개발계획 ... 221
• 끝페이지 ... 222