슈퍼컴퓨팅 응용 전략지원 프로그램 소개
최근 정보기술 선진국들은 슈퍼컴퓨팅 환경 고도화를 21세기 국가 경쟁력을 좌우하
는 핵심 요소로 인식하여, 이에 대한 국가적 투자를 한층 더 강화하고 있다. 국가 과학
기술 인프라의 확대 발전을 위해 KISTI 슈퍼컴퓨팅센터는 고성능 슈퍼컴퓨터와 초고
속 연구전산망을 기반으로 하는 국가 연구 개발을 위한 공공 공용의 슈퍼컴퓨팅 인프
라를 지속적으로 확충하고 있다.
KISTI 슈퍼컴퓨팅센터는 슈퍼컴퓨팅 자원의 확충과 성능 향상을 위한 노력과 병행하
여 슈퍼컴퓨터의 운영 제도 및 사용 환경의 개선과 전문 기술 서비스의 질 향상을 위해
서도 많은 노력을 기울이고 있다. 특히, 슈퍼컴퓨터를 활용한『세계적 연구 결과 창출』
이라는 목표를 달성하는데 필요한 제도의 마련과 체제의 정립에 센터의 모든 노력을 집
중시키고 있다. 국내 유일의 공공 공용 슈퍼컴퓨팅 자원 제공 기관으로서 슈퍼컴퓨팅
환경을 구축하여 서비스를 제공해 온 KISTI 슈퍼컴퓨팅센터는 국내 계산 과학 분야의
연구자를 대상으로 국가적 지원의 필요성이 인정되는 응용 연구과제에 대하여 슈퍼컴
퓨팅 자원과 응용 기술을 제공하는『전략지원 프로그램』을 운영하고 있다.
KISTI 슈퍼컴퓨팅센터는 2000년에 전략지원 프로그램을 국내 처음으로 기획하고 슈
퍼컴퓨팅응용실의 주도로 운영하여, 국내 계산과학분야 종사자들에게 단순 슈퍼컴퓨
팅 자원뿐만 아니라 연구에 필요한 응용기술을 무상으로 제공하는 전략과제 응용연구
Supercomputing Center
지원 사업을 시작하였다. 2005년 1월 현재 총 135개의 전략과제와 25 거대도전과제가 지원되었으며, 2004
년 10월 현재까지 총 124여 편의 연구논문 발표와 196여회의 국내외 학술대회에서 발표 등의 연구 사업성과
를 거두고 있다. 본 전략지원 프로그램은 국가 전략연구분야의 연구개발력 향상에 큰 기여를 하고 있으며,
또한 2002년부터 시행되고 있는 거대도전과제 지원 사업은 그동안 계산 자원의 한계로 해결을 가능하게 하
여, 세계 최고 및 최대 수준의 연구 성과를 거두고 있는 국내외의 유일한 초대형 연구지원 사업이다.
슈퍼컴퓨팅 응용 전략과제 지원 사업
슈퍼컴퓨팅 응용 전략과제 지원 사업은 구조/고체/기타, 대기/환경, 물리/천문, 열/유체, 화학/생명공학
등에 종사하는 계산과학 분야 연구자에게 KISTI 슈퍼컴퓨팅센터가 보유한 슈퍼컴퓨팅 자원을 제공 가능한
범위 안에서 무상 제공하는 연구지원 프로그램이다. 전략과제 지원 사업은 연구에 필요한 슈퍼컴퓨팅 자원
뿐만 아니라 슈퍼컴퓨팅센터 분야별 전문가의 응용기술을 제공하고, 공동연구 또한 가능한 포괄적인 연구
지원 프로그램입니다. 과제연구 신청은 박사급 연구자만이 과제책임자가 되어 지원할 수 있으며, 석사 및
박사과정생뿐만 아니라 연구소(원) 소속의 연구원은 참여 연구원의 자격으로 과제연구에 참여할 수 있다.
■ 제공 자원
슈퍼컴퓨팅 응용 전략과제 지원 사업에 할당되는 자원의 규모는 KISTI 슈퍼컴퓨팅센터가 보유하고 있는
총 슈퍼컴퓨팅 자원량의 40%에 해당되는 자원을 무상으로 제공하고 있다.
■ 지원 기간 및 지원 내용
지원기간은 매년 7월 1일부터 차년 6월 30일까지 슈퍼컴퓨팅 자원과 응용기술을 제공한다.
■ 과제 공모 시기 및 신청 절차
과제 공모는 매년 4월 중에 있으며, 세부 일정은 슈퍼컴퓨팅센터 홈페이지에 공지된다. 슈퍼컴퓨팅센터
홈페이지((hhttttpp::////w
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w..kksscc..rree..kkrr))에서 과제 제안서 양식을 내려받아 작성한 뒤, 슈퍼컴퓨팅응용실 소속의 담
당자에게 제출하면 된다.
■ 선정 및 자원 배분 절차
과제 제안서는 슈퍼컴퓨터 사용자위원회의 분야별 외부 전문 위원에 의해서 심사되어 선정된다. 선정된
과제의 제안서 상에서 요구한 자원량은 슈퍼컴퓨터 자원배분위원회의 심의를 거쳐 제 조정되고, 이를 위해
서 선정된 과제의 책임자는 과제제안 발표를 해야 한다.
■ 결과발표 및 보고서
슈퍼컴퓨팅 응용 전략과제에 선정되어 과제연구를 수행한 모든 과제책임자는 연구결과를 슈퍼컴퓨팅센
터에서 발표해야 하며 과제 지원 종료일로부터 한달 이내에 최종 결과보고서를 제출해야 한다. 모든 연구결
과는 슈퍼컴퓨터 사용자위원회의 평가를 받게 되고, 결과보고서는 슈퍼컴퓨팅 응용연구의 저변 확대 및 슈
퍼컴퓨팅센터의 사업 홍보 등에 활용된다.
거대도전과제 지원 사업
거대도전과제 지원 사업은 초대형 연구과제를 지원하기 위한 사업으로써, 이 연구
지원 사업에 선정된 과제에는 별도의 전용 자원을 독점적인 사용 권한이 부여된다. 지
원 분야는 구조/고체/기타, 대기/환경, 물리/천문, 열/유체, 화학/생명공학 등이며, 해
당 계산과학 분야의 박사학위 소지자만이 연구책임자로 인정된다.
■ 지원 대상 과제
●슈퍼컴퓨팅 응용 계산과학 분야의 연구과제 중 계산자원의 한계(기억용량의 한계
또는 계산성능의 한계)로 인하여 연구에 제약을 받아 온 과제 또는
●확장된 규모의 계산자원을 충분히 활용할 수 있는 병렬화된 프로그램을 보유하고
있거나 이미 사용하고 있는 과제 또는
●확장된 규모의 계산을 통해 기존의 계산자원으로 풀지 못했던 문제를 풀거나, 차별
있는 결과를 내보일 수 있는 과제 등이 지원 대상이다.
■ 제공 자원
최소의 제공 자원은 IBM p690 시스템 주의 한 노드(32 CPU, 메모리 200GB 이상)가
일정 기간 동안 제공되며, 과제규모에 따라 최대 17노드까지도 지원 가능하다.
■ 지원 기간 및 지원 내용
최대 지원 기간은 과제당 최대 2개월이며 매 차에 선정된 과제의 총 지원 기간은 6개월
이내입니다. 과제 수행에 필요한 코드의 병렬화 및 최적화 등의 응용기술이 제공된다.
■ 과제 공모 시기 및 신청 절차
과제 공모와 제안서 접수는 수시로 하며, 매회 차 과제 지원 사업의 세부 일정은 슈퍼
컴퓨팅센터 홈페이지에 공지된다. 슈퍼컴퓨팅센터 홈페이지에서 과제 제안서 양식을
내려받아 작성한 뒤 슈퍼컴퓨팅응용실 소속의 담당자에게 제출하면 된다.
■ 선정 및 자원 배분 절차
과제 제안서는 슈퍼컴퓨팅센터 내부 전문가 혹은 외부 전문가에 의해서 1차 서류 심
사되고, 과제 제안서 상에서 요구한 자원량은 슈퍼컴퓨팅 센터 내부 관계자의 심의를
거쳐 제 조정된다. 이를 위해서 선정된 과제의 책임자는 과제제안 발표를 해야 한다.
선정 시 슈퍼컴퓨팅센터 소속의 연구원과 공동연구로 신청한 과제에 대해서는 선정에
우선권을 부여된다.
■ 결과 보고서
모든 과제책임자는 연구결과를 슈퍼컴퓨팅센터에서 발표해야 하며 과제 지원 종료
일로부터 한달 이내에 최종 결과보고서를 제출해야 한다.
지원과제 전략과제 1차 2차 3차 4차 5차 6차 1차 2차 3차 4차 5차 2호기 2호기 2, 3호기 3호기 3호기 3호기 3호기 3호기 3호기 3호기 3호기 2000. 1. ~ 2000. 12. 2000. 7. ~ 2001. 6. 2001. 7. ~ 2002. 6. 2002. 7. ~ 2003. 6. 2003. 7. ~ 2004. 6. 2004. 7. ~ 2005. 6. 2002. 8. ~ 2002. 12. 2003. 1. ~ 2003. 5. 2003. 6. ~ 2003. 12. 2004. 1. ~ 2004. 4. 2004. 5. ~ 2004. 12.
Cray C90, Cray T3E Cray T3E, HP GS320 Cray T3E, HP GS320, NEC SX-5 IBM p690, NEC SX-5, HP GS320 IBM p690, NEC SX-5/6, HP GS320 IBM p690, NEC SX-5/6, HP GS320 IBM p690 (전용노드) IBM p690 (전용노드) IBM p690 (전용노드) IBM p690 (전용노드) IBM p690 (전용노드) 거대도전과제 시행기간 활용 슈퍼컴퓨터 비고
슈퍼컴퓨터 사용자위원회
KISTI 슈퍼컴퓨팅센터는“국가 슈퍼컴퓨팅 사업 발전을 위한 정책 자문”과“전략과제 지원 사업의 과제 선
정 및 평가”, “전략과제를 위해 할당된 자원의 배분”, “세계적 경쟁력을 갖춘 과제의 발굴”, “전략과제 연구
결과의 홍보”등을 목적으로「슈퍼컴퓨터 사용자위원회」를 운영하고 있다. 사용자위원회는 KISTI 슈퍼컴퓨
터의 사용 실적에 근거하여 5개 응용분야(기계/구조/기타, 대기/환경, 물리/천문, 열/유체, 화학/생명공학)의
주 사용자(상위 10% 이내의 사용 실적을 보인 사용자)를 대상으로 위원으로서 활동을 희망자로 구성된다.
선출된 위원회 위원은 2년 동안 슈퍼컴퓨터 사용자위원회 위원으로서 활동하게 되는데, 사용자위원회는
상기 주요 응용 분야들을 각각 대표하는 5개 소위원회로 이루어져 있으며, 각 소위원회는 분야별 사용자위
원과 이들의 활동을 보조는 1명의 간사(센터 내부 응용분야별 전문가)로 구성되어 활동하고 있다. 또한 전
체 위원회를 대표하는 1인의 위원장과 1인의 대표 간사(슈퍼컴퓨팅센터 슈퍼컴퓨팅응용실 실장)를 두어 조
직의 체계를 갖추고 있다.
년차별 지원과제 및 활용 슈퍼컴퓨터
_ 기계적 AFM 리소그래피에 관란 분자동역학 전산모사
_ 나노소자용 박막재료의 계면/표면특성 전산모사
_ 상세 화학 반응(detailed chemistry reaction)을 고려한 2차원 DNS 연소 코드의
개발을 통한 화염구조 및 거동해석
_ 선택적 단결정막 성장에 있어서의 Facet의 형성과 진행과정에 대한 이론적 연구
_ 양자역학 시뮬에이션을 통한 수소저장합금체 연구
_ 초대형 유한요소해석을 위한 고성능 영역기반 병렬 직접적 해법 개발
_ Crack Growth Simulation using Parallized Molecular Dynamics Techniques
_ Design of DPEs for Gaussian Bean Pattern Generation
_ Development of the Parallel Computing Solver for IT Devices
_ Molecular Dynamics for 1:1 Solvent Primitive Model Electrolyte Solutions
_ Numerical Studies for the Application of the SASW Method in an Inclined Soli Layer
_ Optimal Design of Composite Shell Structures Using Genetic Algorithm with Parallel Computing
_ The Shape Control of an Elliptical Cylinder with 3-D SMA Actuators
_ 3-Dimensional Finite Element Analysis of Bar Rolling Process and Improvement of
the Accuracy of Process Design Considering Microstructural Change
_ Three Dimensional Travel Time and Amplitude Computation using SWEET Algorithm
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_ 가중평균 유한요소법을 이용한 주파수영역 탄성파 모델링
_ 고분해능 중규모 실시간 예측 시스템의 개발 연구
_ 고해상도 전구 해양조석모형에 의한 해저 조석마찰의 재산정
_ 기후모델을 이용한 장기예측기법 개발 및 한반도 계절예측 시스템 구축
_ 기후 / 기상 예측 시스템의 개발 및 응용
_ 동해해수 순환동화 실시간 모델링
_ 대기대순환모형을 이용한 한반도 여름철 장마의 역학적 예측성 연구
_ 복잡한 지형에서의 초기장 도출에 관한 연구
_ 전지구 해양 대순환모형을 이용한 중심층 순환 연구
_ 초고분해능 double-Fourier 전구스펙트럴 모델을 이용한 전구 순압불안정의 연구
_ 해양혼합층 큰에디모사(LES) 및 이를 이용한 해양혼합층모형개발
_ Estimation of Air-Sea CO
2Exchange over the Noth Pacific using
Biogeochemical Modeling
_ The Sensitivity of Thermally Driven Circulation on Horizontal Resolution in
a Depth Level Ocean Circulation Model
| Cray T3E (10 구좌) 제2차 전략과제 지원 프로그램
9
Success Example
_ 시계 최대 규모의 우리 우주 시뮬레이션
_ 우리은하에서의 지인즈-파커 불안정의 유발과 진화
_ 우리은하 기체평판에서의 파커-지인즈 불안전과 은하 거대구조물 형성
_ 유기분자와 반도체 표면의 반응성에 대한 이론적 연구
_ 작용유도 분자동역학 방법을 이용한 플러렌과 탄소나노튜브의 성장 원리 연구
_ 핵 구조를 이용한 나선은하의 역학 연구
_ Ab initio Study on the Initial Stage of Carbon Incorporation into Si(001) and
One-Dimensional Ordering of Embedded Carbon
_ Dynamical Evolution of Clusters in Galactic Tidal field
_ Dynamical Roles of Cosmic Rays on the Large Scale Structure of the Universe
_ Electronoc and Magnetic Properties of an Ordered Surface Alloy: Mn(Pd)/Pd(001)
_ First-Principles Study of the Aceylene Decomposition Process on the Fe(001) Surfaceas
Initial Stage of Carbon Nanotube Growth
_ Formation of Proto-Globular Cluster Clouds via Thermal Instability
_ Numerical Simulations of Large Scale Structures of the Universe and Magnetic
Fields Associated with Them
_ Optimization of the Field Emision and the Improvement of Emission Properties Using the
Double-Wall Nanotubes
_ 난류경계층유동에서 벽면마찰력과 outer layer의 거대구조와의 정량적 상관관계 분석
_ 횡빙향곡률을가지는3차원축방향난류경계층에서의벽면암력및마찰섭동량의공간및시간에따른특성해석
_ 유한요소해석 프로그램을 이용한 실차주위의 난류유동장의 병렬계산
_ 3차원 초음속 제트 유동 및 소음 해석
_ Effects of Free-Stream Turbulence on Stragnation-Region Flow and Heat Transfer
_ Microfluidic Channel하에서 Complex Fluid의 MESO Scale Simulation을 위한 수치 모델 개발
_ Numerical Analysis of HSDI Diesel Engine
_ Numerical Study of Taylor-Couette Flow with an Axial Flow
Cray T3E (10 구좌) |제2차 전략과제 지원 프로그램
10
_ Parallel Finite Element Simulation of the Incompressible Flow Field around a Real
Vehicle Model
_ Parallel Finite Element Simulation of the Incompressible Flow Field around a Vehicle
_ Parametric Study on the Aerodynamic Characteristics of 3D Multi-Element Wings
with Hight-Lift and Control-Surfaces Configuration
_ Turbine Flow Meter Design Optimization Using the Computational Fluid
Dynamics
_ 반응 X+HY→XH+Y (X,Y=Br 또는 I)의 시간-의존 파동 묶음 동력학
_ 순이론 계산을 이용한 역장의 개발
_ 순이론적 유효중심 포텐셜을 이용한 상대론적 계산화학
_ 실리코(100)에 흡착된 수소 원자와 기체상 할로겐원자의 반은역학
_ 여기된 톨루엔 분자의 충돌에 의한 분자내 에너지 전달 및 CH 결합 해리
_ 여기된 톨루엔 HF의 충돌시 분자내 에너지 전달 및 결합 해리
_ 인공심장 유성기어열의 내구성에 관한 해석적 연구
_ 에틸렌의 광-흡수 과정에서 리드버그 상태들의 영향에 대하여 짝진-뭉치
이론을 사용한 순 -이론 분자-동력학 연구
_ Ab initio Studies of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Clusters
_ Computational Studies on the Structure and Function of Biological Molecules
_ Conformational Study for Triclosan Resistant to Enoyl Reductase(ENR)
_ L-phenylalanin 라디칼 양이온의 형태에 따른 들뜬 상태 차이
_ Structure based 3D-QSAR Studies for the Design of Hybrid Hupersine
A-E2020 Structures
_ Studies of Computational Methods for Quantum Dynamics
Success Example
Supercomputing Center
| IBM p690 (15구좌) 제 5차 전략과제 지원 프로그램
1
연구목적
AFM을이용한나노리소그래피과정에서박막재료의표면 및 내부에서 발생하는 결함의 생성 메카니즘 및 전위를 비 롯한 재료 내 결함들간의 상호작용 특성을 대용량 분자동 역학기법을이용하여전산해석함.연구방법
원자수준의 분자동역학 기법을 이용하여 6백만개 이상의 Al 원자로구성된박막에대한나노리소그래피과정을전산 해석함. EAM 포텐셜을 이용하여 Al 원자간의 상호작용을 기술하며, Berendsen thermostat을 사용하여 온도를 일정하 게 유지하고, Velocity Verlet 기법을 사용하여 시간적분을 수 행함. 스크래칭깊이, 시간적분간격, AFM tip 이동속도, 리소 그래피 방향등을 달리하여 반복 해석함으로써, 박막내 결함 생성및상호작용에이들인자들이미치는영향을분석함.연구결과 요약
■나노리소그래피 결과 박막재료의 표면 및 내부에 다양한 결함들이 풍부하게 생성됨. 박막 내에 생성되는 대표적인 결함은공공과전위인데, 전위는미끄러짐면을따라쉽게 이동하는반면공공은거의움직이지않아박막의특성변 화에큰영향을줌. ■쉽게 이동하는 전위의 대부분은 prismatic 전위루프로서 두 개의 Shockley 부분 전위로 둘러싸인 적층결함으로 이 루어져있으며, FCC slip system의특성에의해표면방출및 내부방출의특성을보임. ■박막재료내에생성되는결함은스크래칭깊이및리소그래피 방향에 따라 크게달라지나 다른인자들의영향은 미미함. ■나노리소그래피가 진행되는 동안 박막재료 내부에서는 복잡한 결함들간의 상호작용이 관찰됨. 특히, 전위들간의 상호작용에의한kink, jog, LC lock, extended node, 공공체 인등의생성메카니즘을전산해석함.연구의 중요성
컴퓨터 성능 제한으로 인해 이전에 시도되지 못했던 수백 만개 원자시스템에 대한 분자동역학 해석을 처음으로 수 행하였으며, 그 중요성에도 불구하고 실험적으로 관찰될 수 없었던 기계적 나노리소그래피에 의한 박막 재료내 결 함의 생성 메카니즘 및 상호작용을 가시화함.향후계획
나노리소그래피 과정에서의 박막 재료내 결함 생성 및 상 호작용에 있어서 온도의 영향 해석.발표지
■Large-scale molecular dynamics simulations of Al(111)
nanoscratching, Nanotechnology, Vol. 15, pp. 1169-1174, 2004.
■Atomistic simulations of dislocation-loop glidings in
Al(111) nanoindentation, Key Engineering Materials,
Vol. 261-263, pp. 735-740, 2004. 임세영 / 한국과학기술원 기계공학과
01
기타(나노)
기계적 AFM 리소그래피에 관한 분자동역학 전산모사
나노소자용 박막재료의 계면 / 표면특성 전산모사
| IBM p690 (15구좌) 제 5차 전략과제 지원 프로그램2
연구목적
나노 스케일 증착공정 전산모사를 통해 박막 성장 시 계면 및 표면에서 발생되는 원자단위 증착 거동에 대한 메커니 즘 분석과 이에 대한 정량적인 분석을 통해 박막성장거동 시발현되는다양한물리적인현상들을이해하고자한다.연구방법
실제 나노 스케일에서 발생할 수 있는 현상으로 원자단위 증착거동을 모사하기 위해 빠르고 비교적 정확한 방법인 분 자동역학법을이용하여MRAM의기초재료로사용되는Fe-Al 시스템의 증착 및 성장거동과 기판원자들 사이에 발생할 수 있는surface alloy 현상에대한구체적인조사를수행하였다.연구결과 요약
■50000개의 알루미늄 원자로 구성된 300K 온도의 20.4nm ×20.4nm 크기 기판 위에 0.1eV 초기 운동에너지를 가지 는37000개의Fe 원자를증착하였다. ■37000개의Fe 원자증착결과Al과Fe 사이계면에서원자 들의 활발한 혼합이 발생했음을 알았고, RDF(Radial Distribution Function) 계산 결과 B2 구조를 가지는 FeAl 임 을알수있었다. ■기판온도와증착되는Fe 원자의운동에너지를변화시키 면서증착계산을수행한결과, 입사되는원자의초기운동 에너지 증가는 혼합에 큰 영향을 미치지 못했으나 기판의 온도증가는혼합에큰영향을주었다.연구의 중요성
소자의 크기가 나노 스케일로 작아지면서 이종원자 흡착 거동 시 일어나는 현상들에 대한 정량적인 이해는 매우 중요하다. 본 연구의 결과를 토대로 박막재료 증착 시 메커 니즘과증착원자의거동을정량적으로규명할수있었다. 대용량 분자동역학계산을 통해서 박막성장 과정에서 실 제에 가까운 표면의 morphology와 thin film evolution을 관찰할 수 있었다.향후계획
■분자동역학 계산을 통해 얻어진 원자 구조에 대한 전자 구조 계산을 수행하여 혼합 구조의 전기 자기적 특성에 대한연구를수행할계획이다. ■다양한 증착 조건에 따른 박막 성장 거동에 대한 대용량 계산을수행할계획이다.발표지
■Sang-Pil Kim, Seung-Cheol Lee, Kwang-Ryeol Lee and Yong-Chae Chung, 2004, Japanese Journal of Applied Physics, in print, "Molecular Dynamics Simulation at the Early Stage of Thin-Film Deposition: Al or Co on Co(111)" (in press)
연구목적
상세 화학반응이 적용된 연소해석을 통해 수치적 접근이 용이하지 않았던 edge flame의거동및 구조에 대한연구를 수행함으로써 레이저 측정에 의해서수행된 화염부의화학 종분석을수치적해석을통해서수행하였다.연구방법
프로그램 언어로 FORTRAN 언어를 사용한 자체 개발 코드 이며, 수치 해법은 직접 수치 모사법에 바탕을 두고 낮은 마 하수근사법이적용되었다. 화염주위의세부적인유동장을 모사하기 위해 화염주위에 조밀하게 그리드를 배치한 비균 일격자망을사용하였다. 계산의효율성을위해다중그리드 법(multi-grid method)을 적용하였다. 물성치들의 모델링을 위해 CHEMKIN-Ⅲ와 TRANSPORT Package의 library 값들 을이용하였다.연구결과 요약
슈퍼컴퓨팅센터의코드병렬화및계산자원지원을통해상 세화학반응을고려한계산에서약60배이상의 계산성능향 상을가져왔으며, 대규모계산자원지원을통한연소해석분 야의가능성을보여줬다.■2차원crossed twin jet counterflow burner에서의소염한계
의확장을규명하기위해1단계총체반응이고려된수치 해석을통해화염의거동및구조해석을수행하였다.
■ 2차원crossed twin jet counterflow burner에서의화염의구조해
석을위해상세화학반응이고려한수치해석을실시하였다. ■동축류 제트에서 메탄화염의 전파 특성및 부상화염의 거 동및구조해석을통해삼지화염(triple flame)의구조를분 석할수있었다
연구의 중요성
Full mechanism을 사용하여 상세 화학 반응으로 연소 해 석을 실시할 때 기대되는 결과는 연구 주제와 관련하여 (1)부상화염 및 edge flame 의 거동특성을 보다 정확하게 파악함으로써 난류 화염의 모델링 수립과 예측에 기여할 것이며, (2)제한적으로 레이저와 여러 정밀 측정장비를 통해서만 할 수 있었던 연소반응 내에서의 여러 화학종의 분포와 반응 거동을 수치적 해석을 통해 정량화 할 수 있 으며, (3)연소반응에 있어서 화학종의 생성 및 소멸을 해 석함으로써 자동차와 각종 연소기에서 발생하는 공해물 질(soot, NOx)의 생성 메커니즘을 밝힘으로써 환경문제 에 있어서도 크게 기여할 것이다.향후계획
■Crossed twin jet counterflow burner에서의화염구조해석. ■Edge-flame 의 거동 및 구조 해석.
■동축류-제트 버너 또는 Crossed twin jet counterflow
Burner 에서의 비정상 거동 특성
발표지
■Won, S.H., Kim, J., Hong, K.J., Cha, M.S., and Chung,
S.H., "Stabilization Mechanism of Lifted Flame Edge in the Near Field of Coflow Jets for Diluted Methane, "Proc. Combustion Inst., vol. 30 (2004).(CERC)
■김준홍, 정석호, 안국영, 김종수, “난류 혼합층에서 확
산화염에 대한 Flame Hole Dynamics 모델,”한국연소 학회지, v. 8(3), pp. 15-23 (2003). (CO2Frontier)
정석호 / 서울대학교 기계항공공학부
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기타(연소)
상세화학반응(detailed chemistry reaction)을고려한2차원
DNS 연소코드의개발을통한화염구조및거동해석
▲ ⓐ Crossed twin jet counterflow flame ▲ ⓑ Conventional counterflow flame ▲ ⓒ Lifted flame in laminar jet
| IBM p690(46구좌)
선택적 단결정막 성장에 있어서의
Facet의 형성과 진행과정에 대한 이론적 연구
| IBM p690 (12구좌) 제 4차 전략과제 지원 프로그램4
연구목적
Si(100) 표면위에서의 단결정막 성장에서 생성되는 {311} facet의 생성원인을 규명하고 {311} facet의 표면 구조와 그 위에서의 adatom들의 확산과정을 규명함으로 소자구현에 있어서 문제점으로 지적되어 왔던 {311} facet의 형성을 효 과적으로조절하고자한다.연구방법
tihgt-binding 분자동역학전산모사를수행하여Si(311) 표면 위에서의 adatom의 움직임을 관찰하였고 이 adatom들의 energetics를 확인하기 위해 제일 원리(first principles)계산 방법을 사용하였다. 우리가 사용한 tight-binding 방법은 environment-dependent tight-binding Si potential을 사용하였다.
연구결과 요약
■먼저그동안논란이되어왔던Si(311) 표면구조를밝힐수 있었다. 3×1 interstitial 구조가가장안정된구조이며이구 조는약700℃근처에서다른구조로바뀌는것이실험적 으로 관측되었는데 이 구조가 3×1 intersitial임을 제일 원리 계산에 의한 이론적인 STM image를 통해 밝히게 되었고 이 STM image는 실험에서 관측된 STM image 와 정확하게 일치함을 알 수 있었다. 또한 그동안 Si(311) 표면에서 관측된 domain boundry의 실체는 3 ×2 interstitial 구조위에 국소적인 3×1 intersitial 구조의 생성때문에관측된것임을알수있었다. ■Si(100)의 선택적 단결정막의 성장에 있어서 일어나는 {311} facet의발달은실험온도인700 ~ 1000℃사이에일어 나는Si(311)의표면구조의상전이가결정적역할을하는 것이 Si(311) 표면위에서의 adatom들의 흡착에너지 계산 에의해밝혀지게되었다.■Si(311) 3×2 interstitial 구조위에 adatom을 올려 놓고 tight-binding 분자동역학전사모사를수행한결과이adatom에 의해표면구조가3×1 interstitial 구조로바뀜이관찰되었다.
연구의 중요성
그동안 논란이 되어 왔던 Si(311) 표면 구조를 밝히게 되 었고 Si(311) 구조에 대한 연구 결과가 Si(100)의 선택적 단결정막 성장에 있어서 {311} facet의 형성과 직접적 연관 이 있음을 밝히게 됨으로 장차 소자제작에 있어서 문제점 으로 지적되었던 {311} facet의 조절에 이론적 근거를 제시 하게 되었다. 또한 그동안 개발되었던 Si tight-binding model이 Si 표면의 현상을 정확하게 기술함을 입증하게 된 것이다.향후계획
분현재 Si(100) 표면과 {311} facet의 분자 model을 만들어 과 연 {311}facet 위에 떨어진 Si 원자들이 Si(100) 표면 위로 올라 가는지를알이보기위해tight-binding 분자동역학전산모사 를수행중인데이결과가나오면선택적단결정막성장에있 어서의모든의문점들이완벽하게해결될것으로기대된다.
발표지
G.-D. Lee and E. Yoon, “Structural Evolution of the Si(113) Surface”, 2003, Physical Review B(in press)
윤의준, 이건도, 임승현 / 서울대학교 재료공학부
04
기타(재료)
| IBM p690 (9구좌)
제 5차 전략과제 지원 프로그램
5
▼ LiAlH4에서 수소가 방출되는 반응 : LiAlH4→ 1/3 Li3AlH6+ 2/3 Al + H2 ▼ Li3AlH6에서 수소가 방출되는 반응 : Li3AlH6→ 3 LiAl + 3 Al + 3/2 H2
연구목적
수소는 미래의 무공해 재생에너지원으로 연구되고 있다. 수소저장합금체는수소를고체상태로안전하게저장시킬 수있으므로수소저장에적합하다. 최근에각광받고있는 고용량 수소저장합금체 중 하나인 LiAlH4에 관해 nano-scale에서 일어나는 현상을 알기 위해 시뮬레이션을 통해 연구하였다.연구방법
모든구조의가장안정화된상태를구하기위해CASTEP 프로 그램을이용하여 Perdew-Wang91방법으로계산하였다. LiAlH4 와 Li3AlH6의 분해활성화에너지를 구하기 위해서 Gaussian04 프로그램을이용하여 KMLYP방법으로계산하였다.연구결과 요약
■LiAl의space group 중에너지가가장낮은것은Fd-3m이 다. LiAlH4의 space group 중 에너지가 가장 낮은 것은P21/c이다. 그리고Li3AlH6의space group 중에너지가가
장낮은것은R-3이다. ■LiAlH4에서수소가방출되는반응은다음과같다. LiAlH4→1/3 Li3AlH6+ 2/3 Al + H2 이 반응은 14.1 kcal/mol의 열이 흡수되는 흡열반응이며, 이반응의활성화에너지는36.9 kcal/mol이다. ■Li3AlH6에서수소가방출되는반응은다음과같다. Li3AlH6→3 LiAl + 3 Al + 3/2 H2 이반응은15.8 kcal/mol의열이흡수되는흡열반응이며, 이 반응의활성화에너지는17.4 kcal/mol이다.
연구의 중요성
LiAlH4이 수소저장체로 많이 연구되고 있지만, LiAlH4에 서 수소가 어떤 반응을 거쳐 방출되는지는 명확히 밝혀 지지 않았다. 양자역학을 통한 시뮬레이션을 통해 LiAlH4 에서의 수소방출반응의 활성화에너지와 반응에너지를 구하여서 수소방출 메카니즘을 규명하였다. 이는 수소방 출반응 중 율속반응을 찾아내어 그 반응의 제어를 통해 수소방출반응 전체를 제어할 수 있는 토대를 마련한 것 이다. 또한 이 연구의 결과를 바탕으로 다른 수소저장 합금체에서의 수소방출 현상을 예측할 수 있으므로 새로 운 수소저장합금체를 개발하는데 도움을 줄 것이다.향후계획
■LiAlH4에임의의원소를첨가하여수소방출반응의활성 화에너지가어떻게변하는지를연구할것이다. ■LiAlH4와다른수소저장합금체에서의수소방출반응을 연구하여 LiAlH4에서의 수소방출반응과의 차이점을 볼 것이다.발표지
Kang, J. K., Lee, J. Y., Muller, R. P., & Goddard, W. A., 2004, Journal of Chemical Physics, 121, 10623
강정구/
한국과학기술원 신소재공학과
05
구조
초대형 유한요소해석을
위한 고성능 영역기반 병렬 직접적 해법 개발
| IBM p690, Hamel cluster
KISTI 내부 응용연구
6
연구목적
구조 / 고체 분야 등에서 발생하는 초대형 유한요소해석 문 제를 직접적 해법을 이용하여 효율적으로 풀 수 있도록 하 기 위해 분산메모리 환경에서 병렬화되고 성능 및 해결가 능한 문제 규모에 있어서 확장성이 우수한 고성능 직접적 산재행렬해법을개발함연구방법
대형문제해결에필요한확장성을위한영역기반병렬성의 구현이 가능한 영역기반 다중프론트 해법을 도입하고 이를 개선함. 영역기반 다중프론트 해법을 최적의 성능을 낼 수 있도록구현하고확장성이확보될수있도록효율적으로병 렬화함. 실제 직접적 해법이 필요한 초대형 유한요소해석 문제에적용하여문제해결연구결과 요약
■쉽게유한요소해석의전과정의병렬화에적용할수있는 효율적인 병렬 직접적 해법이 개발됨. 순차 및 병렬 성능 에 있어서도 상용 구조해석 프로그램인 ABAQUS나 범용 병렬직접적산재행렬해법중가장성능이우수한것으로 알려진WSMP나MUMPS에비하여우수함을보임. ■대형문제해결에필요한확장성에있어서도우수함을보 임. 160×160×160의고체요소로구성된초대형3차원선 형탄성문제(1천2백만미지수)를IBM p690 시스템을이용 하여성공적으로풀어냄. ■능동섬유 복합재료의 직접수치모사 및 초대형 로켓구조 물의고유진동해석등과같이직접적해법이요구되는초 대형 유한요소해석 문제의 해결에 성공적으로 적용하여 효용성검증.연구의 중요성
초대형 유한요소해석을 위한 대부분의 코드들은 반복적 해법을 사용하기 때문에 반복적 해법이 적합하지 않은 문 제들에 대해서는 초대형 유한요소해석을 수행하는데 많 은 어려움이 따랐다. 본 연구를 통해서 직접적 해법을 이 용하여 초대형 유한요소해석 문제를 해결할 수 있는 방법 을 개발하게 됨으로써 직접적 해법의 적용이 더 바람직하 거나 반드시 직접적 해법이 적용되어야 하는 문제 등 보 다 다양한 문제의 해결에 초대형 유한요소해석 기법을 활 용할 수 있게 되었다는 데에 중요한 의의가 있다. 특히 개 발된 방법은 기존의 직접적 해법들에 비하여 우수한 성능 뿐 아니라 초대형 문제 해결에 필요한 우수한 확장성을 가지고 있다.향후계획
입출력 성능 및 병렬 성능의 최적화, 메모리 사용의 효율화 를통해보다큰문제해결가능하게함발표지
■HPC Asia 2004, Tokyo, Japan, July 20-22, 2004
■AIAA Journal, Feb, 2005(출판예정)
김정호, 우성운 / 한국과학기술정보연구원
06
구조 / 고체
| HP GS320 (1구좌) 슈퍼컴퓨팅 응용 시범지원 프로그램
7
▼균열 진전 시뮬레이션연구목적
분자동역학에 대한 병렬화 과정 확립과 균열 진전과 같은 대규모재료거동시뮬레이션연구방법
미시적 해석방법으로 주목되고 있는 분자동역학 코드의 병렬성을검토하고, 효율적인 병렬 분자동역학 코드를 이 용하여 대규모 재료거동을 컴퓨터 시뮬레이션하였다.연구결과 요약
■분자동역학에대한병렬화과정과그효율성검토 ■균열 진전과 같은 대규모 재료거동을 병렬화된 분자 동역학을이용하여 시뮬레이션연구의 중요성
다양한 외부 조건에 대한 재료의 거동을 설명하기 위해 서는 미시적인해석과 재료 모델에 대한 필요성이 증대되 고 있다. 이에 대한 해결책 중의 하나로서 분자동역학을 사용한 해석이 각광을 받고 있으며 분자동역학 기법을 사 용한 재료 거동의 계산에는 막대한 컴퓨터 자원이 소요됨 으로 병렬화된 컴퓨팅 환경이 가장 적절한 연구 기반으로 제시되고있다. 본 연구에서는분자동역학기법을사용하 여 재료의 거동에 대한 병렬화된 컴퓨터 코드를 설계하고, 이를 수행하여 미시적인 재료 모델의 사용에 대한 가능성 을제시하였다.향후계획
■재료거동의정량적 해석 ■효율적인병렬알고리듬개발 최덕기, 류한규 / 단국대학교07
구조
Crack Growth Simulation using
Parallelized Molecular Dynamics Techniques
Design of DPEs for
Gaussian beam pattern generation
| HP GS320 (1구좌) 제 2차 전략과제 단순지원 프로그램
8
▲ 가우시안 빔 패턴 생성을 위한 ⓐ 회절 광학소자와 ⓑ 2-D 재생패턴 ⓒ 3-D 재생패턴 최경식, 윤진선, 김남 / 충북대학교 최윤선, 최병소 / 삼성종합기술원 김영준 / 삼성전기08
기타 (전자공학)
연구목적
컴퓨터 시뮬레이션을 통한 가우시안 빔 패턴 발생용 위상형 회절 광학 소자의 설계연구방법
광통신용 소자로 응용하기 위한 위상형 회절 광학 소자 를 설계하기 위하여 2차원 Fourier 변환과 Simulated annealing alogrithm을 이용하여 최적화된 위상 패턴을 찾기 위해 수백번의 반복과정을 Cray C90의 병렬 컴퓨터 로 시뮬레이션한다.연구결과 요약
■가우시안 빔 패턴 재생을 위한 이진 위상형 광학 소자 설계 ■성능향상을 위한 다 이상형(4위상, 8위상, 16위상) 회절 광학 소자의 설계연구의 중요성
임의의 패턴과 세기를 광원을 사용자가 원하는 방향과 패턴, 세기를 갖도록 하는 소자를 설계하기 위해서는 수 많은 반복과정과 최적화 기법을 이용해야 한다. 일반적으 로이러한문제는비선형최적화문제이므로슈퍼컴퓨터와 병렬프로그램을이용하여최적해를구하게된다. 가우시안 빔 패턴 발생용 소자는 하나의 가우시안 빔 형태를 갖는 광원으로부터 여러개의 광원으로 분리하여 우리가 원하 는 모양의 빔 패턴을 발생시킬 수 있는 장점이 있다.향후계획
■컴퓨터생성홀로그램의설계 ■다양한광학소자응용을위한회절광학소자의설계발표지
Kyongsik Choi, Jinseon Yoon, Nam Kim, Byongso Choi, Yoonseon Choi, Youngjun Kim, "Design of the DPEs for Gaussian beam pattern generation," International Photonics Conference 2000 in Taiwan, pp. 98-100, 12-15, December. (2000)
ⓑ ⓐ
| Cray T3E (1구좌) 슈퍼컴퓨팅 응용 시범지원 프로그램
9
▼ 4개의 프로세서를 이용하여 PLA 제조공정 시뮬레이션과 유전체 내부에서의 전위분포 시뮬레에션 결과연구목적
정보통신 소자에 광범위하게 사용되는 차세대 반도체 집적회로, TFT-LCD 디스플레이 및 초소형 마이크로머신 에 대한 수치해석 모델링을 수행하고, 이에 대하여 병렬컴 퓨팅 기법을 적용하여 풀칩 규모의 소자 해석을 원활하게 수행할수있는수치해석기를개발한다.연구방법
정보통신 소자의 특성 해석을 위하여, 병렬 컴퓨팅 환경을 구축하고, 병렬수치해석을 수행할 수 있는 코드를 개발하 며, Cray T3E를이용하여시뮬레이션을수행한다.연구결과 요약
■MPP인 Cray T3E에서 수행될 수 있는 병렬 컴퓨팅 환경 을구축하였다. ■정보통신 소자의 제조공정을 Cray T3E에서 시뮬레이션 을수행하였으며, 단일프로세서로는수행할수없는3.72 ㎛×4.88㎛의 PLA(programmable logic array) 제조 공정 을시뮬레이션하였다. ■다층배선구조에서의 기생 정전 용량 및 저항 성분을 계 산할수있는수치해석기를개발하고, 풀-칩에서적용할 수 있도록 레이아웃 분할에 따른 병렬 알고리즘을 개발 하였으며, 기생성분추출시뮬레이션을수행하였다.연구의 중요성
스피드업과 효율성을 계산하여 병렬 컴퓨팅에 대한 효 율성을 입증하였으며, 정보통신 소자의 설계단계에서 단일 프로세서로는 수행할 수 없는 크기의 소자를 Cray T3E를 이용하여 병렬 시뮬레이션을 수행하여, 3차원 구조를 예측할 수 있다.향후계획
워크스테이션 클러스터링을 이용한 병렬 컴퓨팅코드 개발발표지
The 4th International Conference on Modeling and Simulation of Microsystems (MSM 2002), pp.408-410 (2002)
원태영 / 인하대학교
09
구조
Molecular Dynamics Simulations
for 1:1 Solvent Primitive Model Electrolyte Solutions
| Cray T3E (1구좌) 슈퍼컴퓨팅 응용 시범지원 프로그램
10
▲ 용매 농도 변화에 따른 자체 확산 계수 및 이론식과의 비교 서숭혁, 박재우, 하기룡 / 계명대학교 김순철 / 안동대학교 J.M.D. MacElroy / University College Dublin10
구조
연구목적
Berendsen 등이 제안한 일정 온도에서의 분자 동력학적 전산 모사 방법을 비연속적 포텐셜에 확장하여 다양한 용매 특성을 갖는 전해 용액의 정적 및 동적 특성 구현연구방법
분자 동력학적 전산 모사를 이용한 1:1 Solvent Primitive Model Electrolyte Solution의 열역학적 평형, 평균 클러스 터 크기, 충돌 빈도수, 자체 확산 계수 등 특성 고찰 및 이론식 개발
연구결과 요약
■Solvent Primitive Model Electrolyte Solution에 대하여 지금까지 Monte Carlo 전산 모사 방법에 의하여 열역 학적 특성만이 고찰되었으나, 분자 동력학적 전산 모 사 방법을 개발하고 이를 응용하여 충돌 빈도수, 자체 확산 계수 등의 동적 특성까지 확장 적용 ■평균 크러스터 크기를 조사하여 전해 용액의 전기적 인력에의한클러스터형성및열역학적평형특성조사
■Velocity Autocorrelation Function 및 Force Autocorrelation Function을 계산하고 이들의 특성에 따른전해용액의이동현상적특성조사
■Extended Enskog Theory를 개발하고 이로부터 자체 확산계수이론식을전해용액에확장적용
연구의 중요성
Primitive Model Electrolyte Solution에서 설명되지 못한 Depletion Effect 및 Clustering Effect를 Solvent Primitive Model Electrolyte Solution을 통하여 규명하고 동시에 자체 확산 계수에 관한 이론식을 개발하여 이를 실제 전 해 용액에 적용할 수 있도록 전산 모사적 접근 방법의 응 용성 확대
향후계획
■전해 용액 입자 크기 및 조성에 따른 열역학적 및 이동 특성조사 ■강전해질의 전해 용액 전하량 변화에 따른 열역학적 및 이동특성조사발표지
| Cray C90(5구좌) 제 1차 전략과제 지원 프로그램
11
▼ 정방향(파가 왼쪽에서 오른쪽으로 진행) 실험의 파의 전파 형상연구목적
지반의 기울기와 표면파 전파 방향이 실험분산곡선에 미치 는영향과파의전파형상에미치는영향을규명연구방법
파의 전파(wave propagation)를 시뮬레이션 하기 위하여 유한요소 전용 패키지인 Cray C90에 있는 ABAQUS (Ver. 5. 8)을 이용한컴퓨터시뮬레이션수행연구결과 요약
■기울어진 지반에서는 정방향과 역방향 시험의 결과를 평균하여도수평지반의실험분산곡선과일치하지않음 ■일반적인 상식과는 달리, 깊은 깊이에서 표면파의 경우 에정방향(그림에서왼쪽에서오른쪽방향) 시험의표면 파속도가더빨라지는결과를얻음. ■상부층과하부층의강성도에변화를주면서해석한결과, 강성도의 차이가 클수록 실험분산곡선 및 위상각 차이의 분산이더심하게생기는현상이발생연구의 중요성
FEM 해석을 이용하여 SASW 기법을 충분히 시뮬레이션 할 수 있음을 확인향후계획
대형해석모델에서의적용 및 3차원지반에서의적용발표지
한국지반공학회논문집, 제17권, 제1호, (2001) 2편 김동수, 윤종구, 박형춘 / 과학기술원 이병식 / 공주대학교11
구조
Numerical Studies for the Application
of the SASW Method in an Inclined Soil Layer
source
Optimal Design of Composite Shell Structures
Using Genetic Algorithm with Parallel Computing
| Cray T3E (5구좌) 제 2차 전략과제 지원 프로그램
12
▲ 보강된 복합재 패널의 최적설계 결과 강지호, 김천곤 / 한국과학기술원12
구조
연구목적
병렬화된 유전자 알고리즘을 이용하여 복합재료 쉘 구조 물의 최적 설계를 수행연구방법
■복합재료 쉘 구조물 좌굴 및 좌굴후 거동 유한요소 해석 프로그램 개발 ■유전자 알고리즘의 병렬화 ■보강 패널 및 평판에 대한 최적 설계 수행연구결과 요약
■복합재료 쉘 구조물의 선형/비선형 유한요소해석 프로그램 개발 및 검증 ■유전자 알고리즘을 병렬화하고 병렬처리의 효과 검증 ■설계좌굴하중을 지지하고 최소 무게를 갖는 복합재 보강 패널의 최적설계 수행 ■설계파손하중을 지지하고 최소 무게를 갖는 복합재 평판의 최적설계 수행연구의 중요성
설계 변수의 개수가 많고 거동이 복잡한 복합재 쉘 구조물의 설계에서 컴퓨터를 이용한 최적설계를 통해 적은 비용으로 초기설계를 제시해 줄 수 있음향후계획
■복잡한 형상의 쉘 구조물의 최적 설계 수행 ■제작 비용 및 강건 설계 개념 도입발표지
■한국항공우주학회 춘계학술발표회 논문집, pp. 236-239 (2002) ■군사과학기술학회 종합학술대회논문집, Vol. 1, pp. 183-186 (2002) 제 1차 전략과제 지원 프로그램 Quasi-Isotropic structure제 1차 전략과제 지원 프로그램
연구목적
형상기억합금의 복잡한 3차원거동 해석 및 3차원 구성 방정식에 근거하여, 형상기억합금 작동시 회복력을 이용 하여스마트복합재쉘구조물의새로운개념인능동적지 능구조(smart structures)의개발을위한타당성검토연구방법
형상기억합금의 통합된 열기계적인 모델인 Lagoudas의 다항식 경화 모델(polynomial hardening model)에 근거함. 3차원 형상기억합금의 다항구성방정식의 수치기법과 형상기억합금거동해석을위해상용유한요소프로그램인 ABAQUS와UMAT(User MATerial subroutine)을이용함.연구결과 요약
■형상기억합금 띠 또는 층을 이용한 타원형 복합재 실린 더의형상을제어할수있음. ■내부압력(P = -0.45 MPa)에 의해 발생한 타원형 복합재 실린더의 반경방향 변위는 형상기억합금 엑츄에이 작동시100% 회복된다. ■작동된3차원형상기억합금블록은기존의금속보강재 를대체할수있으며, 이로인해중량감소, 공간확보등 이점이생긴다.연구의 중요성
지능재료 및 스마트 구조물은 첨단 연구분야로 연구를 장기적으로 수행해야하고, 미국과 일본 등 선진국에서 이루어지는 첨단 연구 분야에 기술을 확보할 수 있도록 세계적인 선진 연구를 위한 기초연구가 중요하다.향후계획
복합재 실린더의 최적 적층각을 찾기 위한 알고리즘 개발 과실제모형실험을통한검증발표지
Third International Conference on Advanced Materials Development & Performance, Oct. 16-19, 2002, Korea.
김철, 박범식, 윤인세 / 경북대학교
13
구조
The Shape Control of
an Elliptical Cylinder with 3-D SMA Actuators
슈퍼컴퓨팅 응용 시범과제 ▼ Schematic of a SMA/composite cylinder and FEA results
| Cray T3E (5구좌)
제 2차 전략과제 지원 프로그램
14
3-Dimensional Finite Element Analysis of Bar
Rolling Process and Improvement of the Accuracy
of Process Design Considering Microstructural Change
▲ 3롤 압연 유한요소해석 및 미세조직 예측 결과 : ⓐ 유효응력 분포 (전체 모델), ⓑ 오스테나이트 결정립도 분포 (1/6 모델, 초기 결정립도를 100㎛로 가정) 권혁철, 민지현, 천재승, 임용택 / 한국과학기술원
14
구조 / 고체
연구목적
선재압연 공정의 미세조직 예측 기법을 개발하여 압연 소재의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 공정설계 기법 개발연구방법
선재압연의 변형예측을 위한 삼차원 유한요소해석과 오스테나이트 결정립도 예측 모델을 통합한 미세조직 예 측 기법의 개발. 미세조직 예측 기법의 타당성을 실험 결 과와 비교를 통해 검증. 결정립 미세화를 위한 공정기법 개발.연구결과 요약
■선재압연 공정의 유한요소해석 및 압연실험을 통한 해석기법의 타당성 검증 ■유한요소해석 기법과 미세조직 예측 모델을 통합하여 단 패스에서의 소재 결정립도 예측연구의 중요성
선재 압연재의 기계적 특성 향상을 위해서 압연 중 결정 립도 변화를 정확히 예측하는 것이 필요함. 본 연구에서 개발된 미세조직 예측 기법을 공정 설계에 반영할 경우, 압연되는 소재의 강도와 피로 특성의 향상이 가능해 짐.향후계획
■다단계압연에서의미세조직예측시스템완성 ■압연된소재의결정립측정결과와예측결과의비교발표지
연구목적
지하구조 영상화에 필요한 주시와 진폭을 효율적으로 계산할 수 있도록 개발된 SWEET 알고리즘과 병렬화된 고성능 유한요소 솔버가 결합된 3차원 SWEET 알고리즘 개발과 병렬화 성능시험연구방법
3차원 주시 및 진폭계산 알고리즘과 고성능 병렬 솔버를 결합하여 개발된 SWEET 알고리즘을 KISTI의 Regatta에 서 병렬화 성능을 시험한다. 기존의 연구 및 현장에서 시험하지 못하였던 대규모의 3차원 격자 (100×200× 200) 해석을 시험한다.연구결과 요약
■Laplace영역에서 한 개의 주파수에 대한 3차원 파동장 과 미분 파동장을 이용하여 주시 및 진폭을 동시에 계산 하는 알고리즘을 개발 ■하나의 주파수에 대한 파동장과 미분 파동장을 계산 하면 주시와 진폭 계산 가능하므로 기존의 어떤 알고 리즘보다 효율적임. ■주시와 진폭을 동시에 계산 가능하므로써 파동방정식 의 진폭에 대한 근사인 이동방정식 (transport equation)과 아이코날 방정식 (Eikonal equation)을 동 시에 푸는 것과 같은 효과를 발휘함■KISIT의 IBM Power4 Regatta에서 71×101×201 격자
크기의 3차원 모델에 대해서 주시와 진폭을 성공적으 로 계산하였고, 속도 모델에 포함된 암염체와 각종 불 연속면들이 정확하게 정의되었음.
연구의 중요성
고해상도 3차원 지하구조에 대한 정확한 영상 단면을 얻기 위해서는 효율적이고, 정확한 주시와 진폭 계산 알고리즘이 필요하다. 본 연구는 최근의 컴퓨팅 환경 의 변화 추세에 대응하여 공유 및 분산 메모리에서 적 용 가능하도록 3차원 주시 및 진폭 계산 알고리즘을 병 렬 컴퓨팅 환경에서 개발하고 이를 적용하였음.향후계획
■분산메모리계산환경으로확대개발 ■2. 3차원주파수영역파동장계산알고리즘개발발표지
■Yang, D., Shin, C., Marfurt. K. J., & Kim, J., & Ko,
S. 2003, Journal of Seismic Explosion, 12, 17
신창수, 양동우 / 서울대학교
김정호 / 한국과학기술정보연구원
15
구조
Three Dimensional Traveltime and
Amplitude Computation using SWEET Algorithm
▲ 그림 1. 3차원 SEG/EAGE salt 모델을 x=3500m, y=6560m에서 수직으로 절단한 속도 모델 Distance(km) Distance ◀ 그림 2. 그림 1의 속도 모델 에 대해서 계산된 진폭 (amplitude maps)과 주시 (traveltime contours) 결합 된 것. 0 1 2 Depth(km) Depth 3 4 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0 0.5 1.0
가중평균 유한요소법을
이용한 주파수영역 탄성파 모델링
| HP GS320 (1구좌) 제 2차 전략과제 단순지원 프로그램16
▲ 주파수영역 가중평균 유한요소법을 이용하여 얻은 수직 변동의 Synthetic seismograms연구목적
탄성파 모델링은 탄성파 자료해석 과정에서 유용한 탄성파 역산이나 구조보정에서 매우 중요한 역할을 한다. 탄성파 모델링과 구조보정의 가장 큰 문제점은 거대한 컴퓨터 기억 용량과 계산시간으로부터 오는 비효율성이다. 탄성파 역산 이나 구조보정의 효율성은 탄성파 역산이나 구조보정에 이 용되는 탄성파 모델링의 효율성에 의해 좌우 된다. 따라서 이연구에서는가중평균유한요소법을고안함으로써주파수 영역탄성파 모델링법의효율성을증대시키고자한다.연구방법
유한요소법은 유한차분법과는 달리 주어진 문제를 풀기 위 하여 강성행렬, 질량행렬과 발생원 벡터를 구성하게 된다. 이 연구에서 제안하는 가중평균 유한요소법에서는 표준 유 한요소법에서 이용되는 기본적인 유한요소군에 크기가 다 른세종류의유한요소군을추가로이용한다. 총네종류의유 한요소군에대하여강성행렬과질량행렬들을구성한후이들 을 가중계수를 도입하여 가중평균한다. 최적의 가중계수는 격자분산과격자이방성을최소화할수있도록최소자승역산 법의하나인Marquardt-Levenberg법을이용하여구하였다.연구결과 요약
■주파수영역가중평균유한요소법을고안함으로써표준유 한요소법과Eclectic법을이용할경우1% 이내의군속도오 차를고려할때33.3개와20개가필요하던파장당격자수 를5개로줄일수있었다. ■가중평균유한요소법을이용함으로써복소임피던스행렬 을 저장하기 위하여 필요한 컴퓨터 기억용량을 밴드행렬 풀이법과 Nested dissection법을 이용할 경우 각각 Eclectic법의 97%와75% 만큼씩줄일수있었다. ■정확도 분석을 통하여 가중평균 유한요소법이 해석적인 해에가까운해를제시함을알수있었다.연구의 중요성
주파수영역 탄성파 모델링은 다중 송신원을 갖는 점탄성 매질을 표현하는 문제에서 시간영역 방법들보다 유리하 며, 시간영역에서와는 달리 안정조건을 고려할 필요가 없 다. 또한 계산 과정에 있어서도 병렬화가 쉽다는 장점이 있다. 그러나 이러한 장점들에도 불구하고 주파수영역 탄 성파 모델링은 시간영역 방법들에 비하여 많이 이용되지 못하였다. 이는 주파수영역 탄성파 모델링이 음함수적으 로 문제를 풀므로 많은 컴퓨터 기억용량을 필요로 하기 때문이다. 따라서 주파수영역 탄성파 모델링법의 효율성 을 증대시키는 것은 매우 중요하다.향후계획
■주파수영역에서 고안된 가중평균 유한요소법을 시간영 역탄성파모델링에적용해본다. ■고안된 주파수영역 가중평균 유한요소법을 이용한 탄성 파모델링알고리듬을이용하여역시간구조보정알고리 듬을고안한다. ■수십년간해결과제로남아있는유한차분법을이용한탄 성파모델링의자유면경계조건문제를해결한다.발표지
■Min, D. -J., Shin, C., Kwon, B. -D., and Chung, S., 2000, 65, 884
■Min, D. -J., Yoo, H. S., Shin, C., Hyun, H. -J. and Suh, J. H., 2002, Journal of Seismic Exploration, 11, 197
고분해 중규모 실시간 예측 시스템의 개발 연구
▼고분해 실시간 예측 시스템의 집중호우 사례 예측연구목적
서울대학교 중규모 실시간 예측 시스템 (RMS/SNU)은 1998년도부터 운영되어 왔다. 서울대학교 실시간 예측 시스템의 주요 목적은 여름 동안의 집중호우의 예측에 있 다. 기존의 실시간 예측 시스템의 운영 경험을 토대로 단 시간에 급격히 발달하는 집중호우를 보다 정확하게 예측 하기 위해서 개선된 적운 모수화 방법을 이용한 고분해 실시간 예측 시스템을 개발한다.연구방법
고분해 RMS/SNU는 이전의 RMS/SNU와 마찬가지로 2 단 계 일방 둥지 격자 체계로 구성되어 있으며, 수평 해상도 는 54, 18, 6 km와 91×105, 133×142, 133×151의 수평 격자 수를 각각 갖도록 구성되었다. 또한 기존의 Kain-Fritsch 적운 모수화 방법의 방아쇠 함수 (triggering function)를 개선한 수정된 Kain-Fritsch를 적운 모수화 방 법으로 채택하여 2000년의 집중호우 사례들에 적용하고 모델의성능을평가한다.연구결과 요약
■고분해 RMS/SNU는 강수량이 관측에 비해 과장되는 것을 제외하면 대체로 좋은 성능을 보였다. ■적운 모수화 방법의 개선으로 집중호우의 예측을 개선 할 수 있음을 보였다. ■고분해능 실시간 예측 시스템을 통해 집중호우의 세밀 한 시공간적 발달 구조를 연구할 수 있을 것으로 기대 된다.연구의 중요성
고분해 중규모 예측 모델 시스템을 통하여 집중호우의 메 커니즘과 중규모 대류계 발달에 중요한 역할을 하는 물리 과정에 대한 이해를 도울 수 있으며, 이 이해를 바탕으로 집중호우의 예측 개선에 활용할 수 있다.향후계획
■초기자료의개선을위한변분방법의도입 ■개선된적운모수화방법의tuning ■초고해상도 (수평 해상도 2km, 연직층수 40층 이상) 모 델의실시간운영을통한집중호우의메커니즘연구발표지
■Wee, T.-K., A cumulus parameterization based on
cloud-resolving simulations of mesoscale convective systems, Ph. D. Thesis, Seoul National University, 308 pp, 1999.
■Wee, T.-K. and D.-K. Lee, A comparison study of
convective trigger functions in a cumulus parameterizatin, International Conference on Mesoscale Convective Systems and Heavy Rain in East Asia, 24-26 April, Seoul, Korea, 255-260, 2000.
이동규, 위태권, 이조한, 박정균, 손석우, 박지훈, 조정훈, 김춘지
/ 서울대학교
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대기
| Cray C90 (5구좌)/ Cray T3E (2구좌)
고해상도전구
해양조석모형에의한 해저조석마찰의재산정
| IBM p690 (10구좌) 제 4차 전략과제 지원 프로그램18
▲ 구면좌표계에서 표출한 주태음 반일주조의 조석도 ▲ 평면 직교 좌표계에서 표출한 주태음 반일 주조의 조석도 최병호, 민병일 / 성균관대학교 토목환경공학과18
해양
연구목적
해와 달에 의해 지구에 공급되는 조석에너지는 해양의 해 저에서주로소산되는데에너지수지의관점에서평형을이 루어야 한다. 과거의 시도에서 채택된 모형들은 천해해역 의 해상도가 충분하게 정밀하지 못하여 고해상도 전구 해 양조석모형을 수립하여 해저조석마찰력 문제를 종결시키 고자하는데연구목적을둔다.연구방법
삼백만개의노드를갖는고해상도의병렬형유한요소모형 을 수립하여 주요 조석 분조의 분포를 산정하는데 모형격 자체계를 완전히 폐합된 개방경계가 없는 모형으로 해양 표면에 기조력만이 외력으로 부여된다. 또한 실조석시간 적인 기조력을 부여하여 차세대의 종관적인 전구해양의 조석예보의가능성을타진한다.연구결과 요약
■전회의 불완전한 개방경계(드레이크 해협)는 영역분할 의 중첩기법으로서 완전한 cyclic boundary로서 취급하 게개선을보았다. ■주태음반일주조의초기시뮬레이션이KISTI슈퍼컴에서 이루어 졌으며 또한 분산메모리 및 공유메모리 체계의기후모델을 이용한
장기예측기법 개발 및 한반도 계절예측 시스템 구축
▼ 수퍼앙상블 예측기법을 적용하여 산출된 기온과 강수량의 예보 정확도연구목적
기후모델의 앙상블 계절예측실험을 통한 예보 정확도 검 증 및 역학-통계 예측기법 개발연구방법
앙상블 계절예측실험을 위하여 서울대학교 기후모델인 GCPS (Global Climate Prediction System)를 사용하였으 며, 모델의 수평해상도는 1.875×1.875 (T63)이고, 연직으 로 21층 (연직 32 km 상한)을 사용하였다. 모의실험 기간 은 1979-1999년까지 과거 21년 간으로 10개의 앙상블 멤 버를 사용하여 기준 시점으로부터 이후 7개월까지의 모 델 적분을KISTI의NEC SX-5에서수행하였다.연구결과 요약
■과거 21년간 (1979-1999)의 예측 기후값 생산 및 역학 모델 예보정확도 검증■결합패턴 투영 (Coupled Pattern Projection) 기법을 이 용한 지역 기후 역학-통계 예측모델 개발 ■역학-통계 예측모델과 통계모델을 결합한 수퍼 앙상블 예측기법 적용 및 예보 정확도 향상
연구의 중요성
기후모델과 통계 기법을 결합한 계절 예측시스템이 새롭 게 개발되었으며, 예측 정확도는 기존의 예측기법에 따른 예보 정확도를 크게 앞서는 것으로 나타나 향후 한반도의 계절 예보에 중요하게 활용될 것으로 평가됨.향후계획
■기후모델의물리과정개선 ■다중모델앙상블예측기법개발발표지
기후/ 기상예측시스템의개발및응용
| IBM p690 (40구좌) KISTI 내부 응용연구20
▲ 예측 시스템이 3개월 전에 예측한 적도 태평양에서의 강수 아노말리 : 1983년 12월 ▲ 예측 시스템이 3개월 전에 예측한 적도 태평양에서의 강수 아노말리 : 1982년 12월 ▲ 기후/기상 예측 시스템의 구성연구목적
전구 규모의 대기/해양/해빙/지면 접합 대순환 모형과 지역 규모의 대기 모형을 이용하여 적어도 한 계절 전에 기후 및 기상 상태를 예측할 수 있는 시스템을 개발하고, 이 시스템 을이용하여엘니뇨/라니냐현상을3∼6개월전에예측하고 자한다.연구방법
전구 규모의 접합 대순환 모형인 NCAR CCSM을 이용하여 전지구 범위에서의 기후 정보를 생성하고, 이를 지역 규모 의 대기 모형인 MM5의 경계 및 초기 조건으로 처방하여 MM5를 적분함으로써 특정 지역에서의 기상 정보를 얻는 다. 이때 MM5를 3개의 영역으로 구성하고, 첫 번째 영역은 아시아를, 두번째영역은일본및중국일부와한반도를, 세 번째영역은한반도를포함하도록한다.연구결과 요약
■NCAR CCSM을구성하는각성분모형들은관측이나선행 연구결과에서나타나는특징적인모습들을잘모의한다. 이는 성분 모형들이 접합 모형의 구성요소로서 유용하게 사용될수있으며, 스핀업결과가접합초기장으로유의하 다는것을의미한다. ■제어실험결과, NCAR CCSM은다른무보정모형에비해 작은기후표류를보이며모형기후는비교적빠른시간에 준 평형 상태에 도달한다. 또한 접합 초기로부터의 표류 현상도작게나타난다. ■시스템의 엘니뇨/라니냐 예측성을 살펴보기 위해 '82 ~ '83 엘니뇨와 '83 ~ '84 라니냐를 선택하여 실험 하였다. 본 연구를 통해 개발된 예측 시스템으로 엘니 뇨와 라니냐의 발생을 3개월 전에 예측할 수 있었으 며, 3개월 전에 비해 예측성은 다소 떨어지나 6개월 전 에예측하는것도가능한것으로보인다.연구의 중요성
기후는 대기뿐만 아니라 해양, 해빙, 지면의 상호 작용에 의해 결정되므로 기후 문제를 연구하는 데 대기/해양/해 빙/지면 접합 대순환 모형을 활용하는 것은 필수적이다. 그러나 접합 대순환 모형의 계산 영역은 전지구가 되므로 모형의 수평 해상도는 소밀할 수밖에 없고 이로 인해 지 역적인 정보를 얻을 수 없게 된다. 그러나 본 연구에서는 접합 대순환 모형에 지역 규모 모형을 접합함으로써 예측 시스템으로부터 전구 규모의 정보뿐만 아니라 상세한 지 역 정보도 얻을 수 있다.향후계획
NCAR CCSM뿐만아니라다른접합대순환모형을확보하거 나 개발하여 단일 모형 결과가 아닌 여러 모형의 앙상블 결 과를사용함으로써더좋은결과를산출하고자한다.발표지
Park, H.-S, & Joh, S. 2005, Journal of Climate (준비중)
45N 30N 15N EQ 15S 30S 45S 45 45 45 30N 25N 20N 15N 10N EQ 5S 10S 15S 20S 25S 30S 30N 25N 20N 15N 10N EQ 5S 10S 15S 20S 25S 30S 80E 100E 120E 140E 160E 80E 100E 120E 140E 160E 80E 100E 120E
동해해수 순환 자료동화 실시간 모델링
▼ 동해 해수순환 모델 표층 유속장연구목적
동해의 해수 순환 연구를 위하여 기 개발된 모델(POM-ES)을 이용하여 기후적 자료를 이용하여 매월 평균 3차원 수온-염분장을 수치 모델 속에 동화하는 기법을 개발하 였다.연구방법
사용한 모델은 프린스턴 해양 모델을 동해에 적용하였으 며, 1/10 격자 구조와 남측 및 동측 개발 경계를 가지고 수 직으로 12층의 시그마 좌표로 구성하였고, 미 해군에서 개발한 기후적 자료인 GDEM 3차원 월별 자료를 nudging 기법을이용하여동화하였다.연구결과 요약
■그외에 극전선의 축이 계절에 따라 진동하며 특히 하 계에 큰 진폭을 가지고 남북방향으로 사행하고 있는 양상을 잘 재현하고 있으며, 그와 아울러 중규모 소용 돌이의 생성 과정을 보여 주고 있으며, ■주요 해류 시스템으로서 대마난류, 동한난류 및 리만 한류와 북한한류가 잘 재현되었으며, ■이러한 경계류들은 개방경계에서의 계절 변동 및 표면 기상 조건에 따라 민감하게 반응하며, ■해류와 소용돌이 간의 강한 상호 작용이 울릉분지, 야 마토 분지, 대화퇴 및 블라디보스톡 앞 해역에서 발생 함을 발견할 수 있었다.연구의 중요성
동해의 해수 순환을 사실적으로 재현하는 기법을 개발하 면, 기상예보, 각종 해양활동의 기본 정보 (해류) 등을 제 공할 수 있다.향후계획
■기후적 자료의 동화이외에도 위성 해수표층온도, 해면 고도등을동화하고, ■동화기법도 3-D, 4-D 변분법 (variational method), Kalman Filtering 등을개발하고자한다.발표지
노영재, G. Platov, 2001. Circulation of the East Sea based on POM-ES with Data Assimilation, 한국해양학회 추계발표요약집 11-16.
노영재 / 충남대학교
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해양
| Cray T3E (10구좌)
대기대순환모형을
이용한한반도여름철장마의역학적예측성연구
| HP GS320 (29구좌) 제 5차 전략과제 지원 프로그램22
▲ 해상도 T106 수치모형 여름철 예측결과. 지표 ▲ 해상도 T213인 수치모형의 여름철 모의 결과연구목적
대기대순환모형의동아시아몬순모사성능개선과함께대 기대순환모형을이용하여장마시작과강도에대한예측성 연구를하고자한다.연구방법
대기역학 모형을 널리 잘 알려진 미국 국립 대기 연구센터 (National Center for Atmospheric Research)의 대기대순환모 형(AGCM)인 CCM3를 이용하여 한반도를 중심으로 한 동 아시아 여름철 모의 실험을 수행하였다. 동아시아 여름철 강수량 모의를 위해서 해상도를 향상, 적운모수화 과정 개 선, 강수강도예측실험등을수행하였다.연구결과 요약
■선택된 모형인 CCM3 는 서태평양 온난역에서의 강수가 다소 과소평가하고 있어 이것이 동아시아 여름철 과소강 수모의에영향을미치는듯하다. 따라서, 적운모수화과정 을Relaxed Arakawa-Schbert 방안으로개선하여과소모의 문제를해결하였다. ■실제SST를이용하여장마지수를예측하여장마강수지수 의 예측성을 진단하였다. NOAA에서 제공하는 OISST를 이용하여 1982년부터 2001년까지 20년간 여름철에 대한 모의를 수행하였는데, 그 결과 장마강수지수는 우리나라 인근지역에서 관측과 예측치가 음의 상관을 가짐으로써 AGCM만을 이용한 장마의 직접적인 예측이 어렵다는 것 을 알았으며, 장마강수지수들을 이용한 예측의 가능성을 가질수있었다. ■여러 장마강수지수들 중에 850hPa 동서바람 지수 (U850CI) 가관측자료와가장높은상관계수보여좋은예 측결과를나타내었다. ■위의그림들은각각수평해상도가T106, T213인수치모형의 여름철(6~7월평균) 모의 결과이다. 상층 제트(노란색), 지표 강수(shading), 해면기압(contour)를표현하고있다. 그결과수 평해상도가향상됨에따라, 강한제트가약간약화되었고해 면기압역시현실에가깝게약화되었음을볼수있다.연구의 중요성
본 연구 결과는 장마 예측에 활용될 수 있으며, 장마 기후 의 변화와 경년변화를 이해하는데 유용하다. 또한 장마 시 작의 예측과 장마 지수를 이용한 장마 세기의 예측으로 한 반도 여름철 장마의 계절 예보의 향상을 기대할 수 있다.향후계획
■막대한소요시간의문제로간단한실험만수행한고해상 도(T213) 모형에 대한 실험과 연구분석등이 더욱 진행되 어져야한다. ■본 연구에서 사용된 모형은 대순환 모형(Global Model) 중대기부분인AGCM을이용하였는데, 최근연구결과에 따르면동아시아몬순의강수모의를위해서는지역해양 과대기의상호작용이고려되어져야한다고한다. 따라서 차후 대기?해양 접합모형(CGCM)을 이용한 연구가 진행 되어져야할것이다.발표지
Ha, Kyung-Ja, Ki-Young Kim and Sun-Hee Shin, 2004, Proceedings of the Fourth International Symposium on Asian Monsoon System(ISAM4), Kunming, China., 483
