저매개변수 요소를 사용한 2차원 선형탄성 직접 경계요소법의 Kernel 적분법

조준형,박영목,우광성,Jo, Jun-Hyung,Park, Yeongmog,Woo, Kwang-Sung 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.5

본 논문은 2차원 선형탄성 직접 경계요소법에서 저매개변수 요소를 사용할 때 Kernel의 적분방법에 대하여 논의하였다. 일반적으로 등매개변수 요소의 경우 형상함수로 통칭되는 해의 기저함수와 요소의 적분을 위해 사용되는 사상함수를 동일하게 사용한다. 그러나 본 논문에서는 사상함수의 차수를 낮게 취하여 순수기저절점을 도입하고 그때 직접 경계요소의 Kernel을 적분하기 위한 방법이 모색되었다. 일반적으로 경계요소법의 적분 Kernel의 경우 Log수치적분과 코쉬주치(Cauchy principal value) 등을 통해 해결하는데, 본 논문에서는 대수적 조작을 통해 적분값의 정확도를 높일 수 있도록 새로운 수식을 유도하였다. 본 연구에서 저매개변수 기반의 직접 경계요소에 대한 강건성과 정확도를 검증하기 위해 2차원 타원형 편미분방정식으로 표현되는 평면응력과 평면변형문제에 대해 적용하였다. 적용 예제로는 단순연결영역(simple connected region)의 대표적 문제인 캔틸레버보와 다중연결영역(multiple connected region)의 대표적인 문제인 개구부가 있는 사각평면에 대해 각각 수치해석을 수행한 결과 대폭적인 자유도의 감소에 비해 정확도 측면에는 기존의 방법과 차이가 없음을 볼 수 있었다. 본 논문에서 제시된 방법은 기저함수 고차화 저매개변수 직접 경계요소법(subparametric high order boundary element)과 이에 기초를 둔 저매개변수 고차 이중경계요소법(subparametric high order dual boundary element)의 초석이 될 수 있을 것이다. In this study, the Kernel integration scheme for 2D linear elastic direct boundary element method has been discussed on the basis of subparametric element. Usually, the isoparametric based boundary element uses same polynomial order in the both basis function and mapping function. On the other hand, the order of mapping function is lower than the order of basis function to define displacement field when the subparametric concept is used. While the logarithmic numerical integration is generally used to calculate Kernel integration as well as Cauchy principal value approach, new formulation has been derived to improve the accuracy of numerical solution by algebraic modification. The subparametric based direct boundary element has been applied to 2D elliptical partial differential equation, especially for plane stress/strain problems, to demonstrate whether the proposed algebraic expression for integration of singular Kernel function is robust and accurate. The problems including cantilever beam and square plate with a cutout have been tested since those are typical examples of simple connected and multi connected region cases. It is noted that the number of DOFs has been drastically reduced to keep same degree of accuracy in comparison with the conventional isoparametric based BEM. It is expected that the subparametric based BEM associated with singular Kernel function integration scheme may be extended to not only subparametric high order boundary element but also subparametric high order dual boundary element.

4계 타원형 미분 방정식을 위한 웨이블릿 급수해석

조준형,우광성,신영식,Jo, Jun-Hyung,Woo, Kwang-Sung,Sin, Young-Sik 한국전산구조공학회 2011 한국전산구조공학회논문집 Vol.24 No.4

본 논문은 이미지 처리나 신호처리 및 정보압축 등에 사용되는 웨이블릿 급수를 이용하여 4계 타원형 미분방정식을 풀때 그 방법에 대하여 논의하고자 한다. 본 논문에서 사용한 Hat 웨이블릿 함수는 $H^1$-공간에 속한 급수로서 일반적으로 2계 타원형 미분방정식에 적용하기에는 무리가 없으나 4계 타원형 미분방정식에 적용하기에는 불충분한 미분가능회수를 가지고 있다. 따라서 이 문제를 극복하기 위해 모멘트와 처짐을 미지수로 하는 선형방정식을 순차적으로 구성하고 풀어내는 방법을 사용하였다. 모멘트와 처짐을 미지수로 하는 순차적 해석법은 탄성하중법(모멘트면적법)의 응용으로 생각할 수 있다. 또한 그 정식화과정에서 무요소법과 동일한 점과 차이점을 언급하였다. 예측한 바와 같이 Hat 웨이블릿 함수의 항을 많이 고려할수록 수치해석의 해가 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 응력특이를 갖는 오일러보 문제의 경우 제안된 해석법은 종래의 유한요소 해석값과도 비교되었다. In this study, the details of WSA(wavelet series analysis) have been demonstrated to solve the 4th-order elliptic differential equation. It is clear to solve the 2nd-order elliptic differential equation with the basis function of Hat wavelet series that is used in the previous study existed in $H^1$-space. However, it is difficult to solve the 4th order differential equation with same basis function of Hat wavelet series because of insufficient differentiability and integrability. To overcome this problem, the linear equations in terms of moment and deflection have been formulated and solved sequentially that are similar to extension of Elastic Load Method and Moment Area Method in some senses. Also, the differences and common points between the proposed method and the meshless method are discussed in the procedure of WSA formulation. As we expect, it is easy to ascertain that the more terms of Hat wavelet series are used, the better numerical solutions are improved. Also the solutions obtained by WSA have been compared with the conventional FEM solutions in case of Euler beam problems with stress singularity.

적분형 르장드르 형상함수를 이용한 단일 수준 적응적 hp-체눈 세분화

조준형,유효진,우광성,Jo, Jun-Hyung,Yoo, Hyo-Jin,Woo, Kwang-Sung 한국전산구조공학회 2010 한국전산구조공학회논문집 Vol.23 No.3

적응적 hp-세분화 기법과 그 기법의 효과적인 구성방법을 포함한 새로운 적응적 유한요소 알고리즘의 기초이론 및 적용이 이 연구를 통해 제시되었다. 적응적 hp-세분화 기초의 유한요소기법은 적분형 르장드르 형상함수와 요소별로 불균등한차수의 분배 및 비정형적인 절점연결과 관련된 연속조건을 만족시킬 수 있는 제약조건을 필요로 한다. 따라서 요소간의 접합부분에서 적응적 hp-유한요소망의 연속성이 중요한 문제로 대두된다. 이러한 문제를 요소경계에 연속성 제약조건을 절점연결 사상행렬을 적용하여 해결하였다. 또한, 적분형 르장드르 형상함수의 계층성질을 이용하여 제시된 알고리즘의 효율적 정식화 방안을 제시하였다. 간단한 캔틸레버문제가 h-세분화, p-세분화 그리고 hp-세분화 방법에 의해 계산되었다. hp-세분화의 결과는 다른 방식의 세분화에 비해 보다 빠른 수렴성을 보여 주는 것이 확인되었다. 그러므로 제시된 hp-세분화 알고리즘은 실제문제에 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 생각된다. The basic theory and application of new adaptive finite element algorithm have been proposed in this study including the adaptive hp-refinement strategy, and the effective method for constructing hp-approximation. The hp-adaptive finite element concept needs the integrals of Legendre shape function, nonuniform p-distribution, and suitable constraint of continuity in conjunction with irregular node connection. The continuity of hp-adaptive mesh is an important problem at the common boundary of element interface. To solve this problem, the constraint of continuity has been enforced at the common boundary using the connectivity mapping matrix. The effective method for constructing of the proposed algorithm has been developed by using hierarchical nature of the integrals of Legendre shape function. To verify the proposed algorithm, the problem of simple cantilever beam has been solved by the conventional h-refinement and p-refinement as well as the proposed hp-refinement. The result obtained by hp-refinement approach shows more rapid convergence rate than those by h-refinement and p-refinement schemes. It it noted that the proposed algorithm may be implemented efficiently in practice.

웨이블렛 급수와 탄성하중법을 이용한 무요소 오일러 보

조준형(Jo Jun Hyung),우광성(Woo Kwang Sung),이대수(Lee Dae Su) 대한토목학회 2010 대한토목학회 학술대회 Vol.2010 No.10

hp-적응적 유한요소법

조준형(Jo Jun Hyung),우광성(Woo Kwang Sung) 대한토목학회 2009 대한토목학회 학술대회 Vol.2009 No.10

과제 무관련 정서자극이 도덕적 판단에 미치는 영향

조준형 ( Jun-hyoung Jo ),김신우 ( Shinwoo Kim ),이형철 ( Hyung-chul O. Li ) 한국감성과학회 2022 추계학술대회 Vol.2022 No.0

조합원 되기: 사회적 배제 위험과 친사회적 행동

조준형 ( Jun-hyoung Jo ),김신우 ( Shinwoo Kim ),이형철 ( Hyung-chul O. Li ) 한국감성과학회 2022 추계학술대회 Vol.2022 No.0

집단에 소속되는 것은 그렇지 않은 경우에 비해 생존에 유리하다. 따라서 인간은 사회적 소속 상태를 유지하기 위해 여러 가지 행동을 하게 되는데, 그 중 하나가 친사회적 행동이다. 친사회적 행동이란 다른 사람에게 도움을 주기 위한 모든 행동을 뜻한다. 친사회적 행동은 대체로 자기 자신에게 직접적으로는 도움이 되지 않으며, 사회적 관계를 통해 그 이득을 돌려받는다. 즉 친사회적 행동이란 단기적인 손해를 감수하고 장기적인 이득을 얻는 행동이다. 완전한 사회적 소속 상태를 이루지 못한 사회적 배제 위험 상태에서는 사회적 소속 지위를 회복하기 위해 친사회적 행동의 증가가 나타난다. 그런데 사회적 관계에서 친사회적 행동은 장기적인 이득을 얻기 위해 단기적인 손해를 감수해서라도 자신이 집단에 소속될 가치가 있음을 보여주는 행동이므로, 친사회적 행동 이외의 방법으로 자신에게 가치가 있음을 보여줄 수 있는 경우 친사회적 행동의 증가가 나타나지 않을 가능성이 있다. 따라서 본 연구는 사회적 배제 위험성과 개인의 가치를 조작하여, 사회적 배제 위험 상태에서 개인의 가치가 친사회적 행동 증가에 어떤 영향을 미치는지 확인하고자 했다. 이를 위해 참가자들에게 컴퓨터를 사용한 집단 형성 게임에 참여하게 했다. 참가자들은 게임 도중 두 가지 변인에 대한 가짜 피드백을 받았고(사회적 배제 위험성 : 높음 대 낮음, 과제 수행 능력 : 높음 대 낮음), 이후 집단에 대한 친사회적 행동을 할 수 있는 기회를 얻었다. 그 결과 사회적 배제 위험성이 높더라도 과제 수행 능력 역시 높은 경우 친사회적 행동이 증가하지 않는다는 것을 확인했다. 이는 사회적 배제 위험 상태에서 나타나는 친사회적 행동의 증가가 개인이 집단에 소속될 가치가 있음을 증명하려는 동기의 증가에 의해 나타난다는 것을 보여준다.

3차원 계층적 육면체 고체요소에 의한 p-적응적 해석

우광성,조준형,신영식,Woo, Kwang-Sung,Jo, Jun-Hyung,Shin, Young-Sik 한국공간구조학회 2008 한국공간구조학회지 Vol.8 No.4

This paper presents a finite element formulation for the three-dimensional hierarchical solid element using Integrals of Legendre polynomials. The proposed hexahedral solid element is composed of four different modes including vertex, edge, face, and internal mode, respectively. The eigenvalue and patch test have been carried out to confirm the zero-energy mode and constant strain condition. In addition to these, a posteriori error estimation has been studied for the p-adaptive finite element analysis that is based on a smoothing technique to compute a post-processed solution from the finite element solution. The uniform p-refinement and non-uniform p-refinement are compared in terms of convergence rate as the number of degree of freedom is increased. The simple cantilever beam is tested to show the performance of the proposed solid element. 이 논문에서는 적분형 르장드르 다항식을 사용한 3차원 계층적 고체요소의 유한요소 정식화를 보여준다. 제안하는 육면체 고체요소는 절점, 변, 면, 그리고 내부모우드를 포함한은 4개의 서로 다른 모우드로 구성되어 있다. 영에너지 모우드와 일정변형률 조건을 확인하기 위해 고유치 시험과 조각시험이 수행되었다. 여기에 추가되어, 적응적 p-유한요소해석을 위해 유한요소해석으로부터 구한 후처리 응력값의 평활화에 기초를 둔 사후오차평가 기법이 연구된다. 자유도가 증가함에 따라 수렴속도측면에서 균등 p-분배와 불균등 p-분배에 의한 유한요소해의 차이점이 비교된다. 제안된 요소의 성능을 보이기 위해 간단한 캔틸레버보가 테스트되었다.

2차원 균열판의 p-적응적 유한요소해석을 위한 정규크리깅 보간법의 적용

우광성,조준형,박미영,Woo, Kwang-Sung,Jo, Jun-Hyung,Park, Mi-Young 한국전산구조공학회 2006 한국전산구조공학회논문집 Vol.19 No.4

이 연구의 목적은 두 가지로 대별할 수 있다. 첫째는, 베리오그램 모델링에 기초를 둔 정규크리깅 보간법의 p-적응적 유한요소법으로의 적용성이다. 둘째는, 수정된 초수렴 팻취복구 기법을 사용한 사후오차평가기와 연계된 계층적 p-체눈 세분화의 적응적 유한요소 과정을 제시하는 것이다. 가중치를 부여한 보간기법중의 하나인 정규크리깅 방법은 가우스 적분점에서의 응력데이타로 부터 소위 준정해를 얻는데 적용된다. 가중치를 동일하게 가정하는 종래의 보간기법과는 달리 실험적 및 이론적 베리오그램을 작성한 후 보간을 위한 가중치를 결정하게 된다. 한편, 적응적 p-체눈 세분화는 해석영역의 각 체눈에서 p-차수를 만족할만한 정확도를 얻을 수 있도록 프로그램내에서 자동으로 사후오차평가를 통해 불균등 또는 선택적으로 증가시킨다. 수정된 초수렴 팻취복구기법을 검증하기 위해 극한치를 사용한 새로운 오차평가기가 제안된다. 제안된 알고리즘의 정당성은 선형탄성파괴역학의 대표적 문제들인 중앙균열판, 일변균열 및 양변균열 해석을 통해 테스트되었다. This paper comprises two specific objectives. The first is to examine the applicability of ordinary kriging interpolation(OK) to the p-adaptivity of the finite element method that is based on variogram modeling. The second objective Is to present the adaptive procedure by the hierarchical p-refinement in conjunction with a posteriori error estimator using the modified S.P.R. (superconvergent patch recovery) method. The ordinary kriging method that is one of weighted interpolation techniques is applied to obtain the estimated exact solution from the stress data at the Gauss points. The weight factor is determined by experimental and theoretical variograms for interpolation of stress data apart from the conventional interpolation methods that use an equal weight factor. In the p-refinement, the analytical domain has to be refined automatically to obtain an acceptable level of accuracy by increasing the p-level non-uniformly or selectively. To verify the performance of the modified S.P.R. method, the new error estimator based on limit value has been proposed. The validity of the proposed approach has been tested with the help of some benchmark problems of linear elastic fracture mechanics such as a centrally cracked panel, a single edged crack, and a double edged crack.

p-수렴 경계요소법에 의한 L-형 영역을 갖는 2차원 포텐셜 문제 해석

우광성,조준형,Woo, Kwang-Sung,Jo, Jun-Hyung 한국전산구조공학회 2009 한국전산구조공학회논문집 Vol.22 No.1

2차원 포텐셜 문제를 해석하기 위해 고차의 르장드르 형상함수에 기초를 둔 p-수렴 경계요소법이 제안되었다. p-수렴 경계요소법은 종래의 경계요소법에서 사용되는 형상함수와 성질이 다른 르장드르 다항식을 형상함수로 사용한다. p-수렴 유한요소법과 마찬가지로 고차의 형상함수에 따른 절점의 위치가 경계상에서 정해지지 않는다. 따라서 형상함수가 증가함에 따라 선형방정식을 구성하기 위한 수단으로 선점법을 이용하였다. p-수렴 경계요소법에서 선점법은 비대칭 계층적 선점법과 대칭 비계층적 선점법을 선택하여 수치해석을 수행하였다. 선택점들은 형상함수가 증가함에 따라 증가하는 성질을 나타내며 계층적 또는 대칭적으로 선택될 수 있다. p-수렴 경계요소법에서 나타나는 특이 적분항을 계산하기 위해 special numeric quadrature technique와 semi-analytical integration technique를 사용하였다. 사각모서리부에서 특이성을 가지는 L-형 영역문제를 해석한 결과 적은 수의 자유도에서 기존문헌의 결과와 차이가 거의 없는 정도인 $10^{-2}%$단위 이하의 정확도를 보여주었다. 또한 같은 조건에서는 대칭형 선점의 위치를 이용해 계산한 값이 가장 높은 정확도를 보여주었다. The p-convergent boundary element method has been proposed to analyze two-dimensional potential problem on the basis of high order Legendre shape functions that have different property comparing with the shape functions in conventional boundary element method. The location of nodes corresponding to high order shape function are not defined along the boundary, called by nodeless node, similar to the p-convergent finite element method. As the order of shape function increases, the collocation point method is used to solve linear simultaneous equations. The collocation patterns of p-convergent boundary element method consist of non-symmetric hierarchial or symmetric non-hierarchical. As the order of shape function increases, the number of collocation point increases. The singular integral that appears in p-convergent boundary element has been calculated by special numeric quadrature technique and semi-analytical integration technique. The L-shape domain problem including singularity in the vicinity of reentrant comer is analyzed and the numerical results show that the relative error is smaller than $10^{-2}%$ range as compared with other results in literatures. In case of same condition, the symmetric p-collocation point pattern shows high accuracy of solution.