복합요소법을 이용한 항내 파낭 응답 수치해석

Numerical Analysis of Wave Agitations in Arbitrary Shaped Harbors by Hybrid Element Method

단주기파의 항내 침입ㆍ변형에 의한 수면파난 현상을 효과적으로 예측하기 위한 수치모형을 제안하였다. 해저면 마찰을 고려한 완경사 방정식을 기본으로 하고 고체 경과면에서는 부분흡수 경계조건을 사용하였다. 방파제 주변과 항내 영역은 유한요소로 모형화하고 항외 영역에서는 Helmholtz 방정식의 해석해를 사용하는 복합요소법을 이용하였다. Chen과 Mei(1974)의 방법에 따라 경계치 문제의 범함수를 구한 후 구함되는 최종적인 연입방정식을 Gauss 소거법으로 푸는 수치모형을 수립하였다. 양익방파제에 의한 파의 회절에 대한 수치모형실험(Pos and Kilner, 1987)과 수치계산을 비교한 결과 양자가 양호하게 일치하여 본 수치모형의 타당성이 검증되었다. 본 모형은 유한차분 모형에 비해 경계면과 반사의 처리가 정확한 반면 상대적으로 커다란 컴퓨터 기억용양을 필요로 하므로 사각형 요소를 사용하는 등의 개선이 요구되었다.

A numerical model using Hybrid Element Method(HEM) is presented for the prediction of wave agitations in a harbor which are induced by the intrusion and transformation of incident short-period waves. A linear mild-slope equation including bottom friction is used as the governing equation and a partial absorbing boundary condition is used on solid boundaries. Functional derived in the present paper is based on the Chen and Mei(1974)'s concept which uses finite element net in the inner region and analytical solution of Helmholtz equation in the outer region. Final simultaneous equations are solved using the Gaussian Elimination Method. The model appears to be reasonably good from the comparison of numerical calculation with hydraulic experimental results of short-wave diffraction through a breakwater gap(Pos and Kilner, 1987). The problem of requring large computational memory could be overcome using 8-noded isoparametric elements.