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- 저자 : 요시다(Akinori Yoshida) (검색결과 2 건)
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BEM과 VOF법을 결합한 수치모델의 개발과 그 타당성 검토
김상호(Sang-Ho Kim),야마시로(Masaru Yamashiro),요시다(Akinori Yoshida),하시모토(Noriaki Hashimoto),이중우(Joong-Woo Lee) 한국항해항만학회 2005 한국항해항만학회지 Vol.29 No.10
최근의 해안, 해양공학 분야에서는 구조물이 있는 영역의 파동을 계산하기 위해 Navier-Stokes 방정식을 기초로 한 많은 기법들이 개발되고 발전되어 왔다. 이들 중, 파랑의 쇄파현상 등의 복잡한 파동현상을 재현하기 위한 수치해석 기법으로 Volume Of Fluid method(보프법)에 근거를 둔 수치해석 기법이 자주 사용되어지고 있다. 그러나 보프법은 일반적으로 방대한 계산시간과 기억용량이 요구되는 단점을 가지고 있어, 적어도 100주기 이상의 계산시간을 통한 해석이어야만 만족할 만한 결과가 나타나는 불규칙파랑의 경우, 보프법의 단독 적용으로는 현실적으로 어려워진다. 한편, 경계요소법(BEM)의 경우는 파랑을 신속하고, 정확하게 계산할 수 있으나, 비선형 현상을 재현할 수 없는 단점이 있다. 본 연구는 불규칙 파랑을 대상으로 하고, 구조물이 있는 경우의 파동현상도 계산이 가능한 수치 해석 기법의 개발을 목표로 하고 있다. 이를 위해, 두 기법의 장점을 살려 쇄파현상 등으로 인해 비선형 현상의 재현이 요구되는 영역에서는 보프법을 사용하여 계산하고, 비선 형성을 무시할 수 있어 포텐셜이론이 적용 가능한 구간에서는 BEM을 사용하여 계산을 하도록 두 기법을 연결한 BEM-VOF model을 개발하였다. 개발된 수치모델의 검증은 5차 스톡스파의 파랑전파 및 불규칙파랑의 전파를 통해 수행하였다. Recently, various novel numerical models based on Navier-Stokes equation have been developed for calculating wave motions in the sea with coastal or ocean structures. Among those models, Volume Of Fluid (VOF) method might be the most popular one, and it has been used for numerical simulations of wave motions including complicated phenomena of wave breakings. VOF method, however, needs enormous computation time and large computational storage memories in general, thus it is practically difficult to use this method for calculations in the case of random waves because long and stable computation (e.g. for more than 100 significant wave periods) is required to obtain statistically meaningful results on the other hand if the wave motion is potential motion, Boundary Element Method (BEM), which is a much faster and more accurate method than VOF method, can be effectively used. The aim of this study is to develop a new efficient model applicable to calculations of wave motion and/or wave-structure interactions under random waves. To achieve this, a strictly combined BEM-VOF model has been developed by making the best use of both methods’ merits; VOF method is used in a restricted fluid domain around a structure where complicated phenomena of wave breakings may exist, and BEM is used in the other domains far from the disturbance where the wave motion may be assumed to be potential. The verification of the model was performed with numerical results for Stokes’ 5th order wave propagation and a random wave propagation.
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BEM-CADMAS-SURF 결합해석법에 기초한 수치조파수조의 응용
김상호(Sang-Ho Kim),야마시로 마사루(Masaru Yamashiro),요시다 아키노리(Akinori Yoshida),신승호(Seung-Ho Shin),홍기용(Key-Yong Hong) 한국항해항만학회 2009 한국항해항만학회지 Vol.33 No.1
대수섬의 유체운동을 포텐셜 운동으로 가정하여 자유수면의 거동을 신속히 해석하는 BEM 해석법과 구조물 근방에서 유체의 자유수면 변화를 계산하기 위하여 NS방정식의 해석으로 CADMAS-SURF 기법을 결합하여 하이브라드 수치기법을 개발하였다. 하이브라드 해석법에서는 반사파를 고려해야 할 넓은 영역에서 , 대수심의 영역은 BEM이,천수역은 CADMAS -SURF 가 계산하게 된다 특히, 하이브라 드 모델은 장시간에 걸친 불규칙파의 운동에 대해서는 단독의 CADMAS-SURF을 이용한 계산에 비해 거의 동일한 정확도로 월등히 신속하게 계산할 수 있다. 본 연구에서는 완정사 해저변을 가진 넓은 해역에서, 호안구조물에 내습하는 파랑의 처오름과 월파와 같은 강비선형 파랑장 계산에 결합해석모델을 적용하였다 계산결과는 각각 토요시마(豊島)의 규칙파 처오름 실험과 고다(合田)가 제안한 불규칙파의 월파량 산정도와 비교하였다. The hybrid numerical model is developed by combining BEM that can calculate the wave motion rapidly under the potential theory and CADMAS-SURF that solves Naoier-Stokes equations for the free surface variation near the structure. In the hybrid model the calculation cf wave motion in a wide field of wave reflection for deep water area is conducted by BEM but for shallow water area by CADMAS-SURF Especially the hybrid model can calculate random wave motions for long term period more rapidly with almost similar accuracy than the calculation of wave motion which was curried out by CADMAS-SURF only. In this study the coupling model was applied to the calculation of the strong nonlinear wave motion such as wave runup and overtopping at the coastal structure on the mild- slope bottom and the results of numerical model were compared with the Toyosima 's experiments of regular wave runup and Coda'sdesign diagram of ramdom wave overtopping, respectively.
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