다상연계 개념에 기초한 새로운 공탄성 해석 기법 개발

Abstract

다상연계 개념에 근거한 새로운 공탄성 해석 기법이 개발되었다. 기존의 closely coupled 법을 이용하는 CFD 기반 공탄성 해석은 구조와 유체를 엄격하게 구분하였었다. 이러한 2상간의 구분은 구조물의 움직임이 거칠거나 구조물 표면이 찢어지는 것과 같은 경우 수치적인 불안정을 유발한다. 이러한 불안정성을 격자 재생성과정을 통해 발견된다. 격자 재생성에 대한 수치적인 민감성을 극복하기 위해 새로운 다상 연계 개념이 적용되었다. 이 방법은 고체와 기체를 하나의 유동장으로 간주하는 CIP/CCUP 기법에 기인한다. 본 논문에서는 M타입의 CIP 와 개선된 CCUP 기법이 사용되었다. 개선된 CCUP 기법은 압력 포아송 방정식과 미분항 전진 단계에서 적용되었다. 압력 포아송 방정식은 SOR 법으로 풀었다. 본 연구를 통해 새롭게 구축된 다상 유동 해석 기법은 잘 알려진 여러 벤치마킹 문제를 통해 정확도를 검증하였다. 에어포일의 정상 및 비정상 유동과 같은 기체-고체 연계 문제로서 ghost cell로 부터 유도된 단순한 경계면 조건을 정의하였고, sponge layer를 이용하 무반사 원방경계조건을 적용하였다. 정상 및 비정상 유동장에 대한 여러 수치 테스트가 수행되었고 비록 비보존 형태의 기법이지만, 결과가 매우 정확함을 보였다. 마지막으로 2차원 공탄성 문제를 상태변환행렬 법을 이요ㅗㅇ하여 풀이하였다. 정확한 결과를 통하여 본 기법이 고차 정확도의 CFD 기반 공탄성 해석 기법으로의 가능성을 살펴볼 수 있었다.