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논문KCI 등재

3차원 Arbitrary Lagrangian-Eulerian 기법을 사용한 자유 대기 중 폭발 해석의 최적 격자망 크기 산정

Optimal Mesh Size in Three-Dimensional Arbitrary Lagrangian-Eulerian Method of Free-air Explosions

최영준|이태희|박다원|홍정욱|이예나
한국전산구조공학회 (The Computational Structural Engineering Institute Of Korea)|2023.12|한국전산구조공학회논문집 (Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea)|제36권 제6호|pp. 355-364

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numerical analysis3차원 ALE폭발 수치해석자유 대기 폭발최대 입사압력three-dimensional ALEfree-air blastincident pressure

초록

폭발 수치해석 기법 중 Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)는 구조물의 파괴뿐만 아니라 폭발 이후 충격파의 전파 과정까지 관찰할수 있는 장점이 있다. 그러나 동적 해석 시 유한요소 모델의 격자망 크기가 일정 수준 이하로 감소하게 되면 해석 결과의 신뢰도가 부정확해진다. 본 연구에서는 ALE 수치해석 기법을 활용하여 대기의 격자망 크기가 해석의 정확도에 미치는 영향을 조사한다. 다양한 조건의 격자망 크기와 폭발 중량을 갖는 대기 중 폭발모델을 구축하고, 폭발 중심으로부터 거리에 따른 폭발압력을 관찰한다. 수치해석과 실험에서 얻은 최대 폭발압력 결과에 대해 평균 제곱 오차를 계산하여 최적의 격자망 크기를 제안하고, 제안된 크기를 바탕으로 폭발물 중량과 대기의 최적 격자망 크기에 대한 상관관계를 분석한다. 본 연구는 다양한 중량을 가진 폭발물 해석에서 최적의 격자망 크기를 제공함으로써 신뢰성이 향상된 폭발 수치해석 모델 개발에 도움이 될 것으로 기대한다.

Abstract

The arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method has been extensively researched owing to its capability to accurately predict the propagation of blast shock waves. Although the use of the ALE method for dynamic analysis can produce unreliable results depending on the mesh size of the finite element, few studies have explored the relationship between the mesh size for the air domain and the accuracy of numerical analysis. In this study, we propose a procedure to calculate the optimal mesh size based on the mean squared error between the maximum blast pressure values obtained from numerical simulations and experiments. Furthermore, we analyze the relationship between the weight of explosive material (TNT) and the optimal mesh size of the air domain. The findings from this study can contribute to estimating the optimal mesh size in blast simulations with various explosion weights and promote the development of advanced blast numerical analysis models.

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