2-D SU/PG Finite Element Model Using Quadratic Elements

Choi, Seung Yong / Kim, Byung Hyun / Kim, Sang Ho / Han, Kun Yeun AbstractThe objective of this study is to develop an efficient and accurate quadratic finite element model based on Streamline Upwind/Petrov Galerkin (SU/PG) scheme for analyzing and predicting two dimensional flow features in complex natural rivers. For a development of model, quadratic tin, quadrilateral and mixed elements as well as linear tin, quadrilateral and mixed elements were used in the model. Also, this model was developed through reinforcement of Gauss Quadrature which was necessary to integral of governing equation. Several tests for bottom-rising channel and U-type channel were performed for the purpose of validation and verification of the developed model. Such results showed that solutions of second order elements are better accurate and improved than those of linear elements. Results obtained by the developed model and RMA-2 model are compared, and the results for the developed model were better accurate than those of RMA-2 model. In the future if the developed model is applied in natural rivers, it can provide better accurate results than those of existing model. Keywords : finite element model, streamline upwind, quadratic elements, Gauss Quadrature 요 지본 연구의 목적은 하도의 형상이 불규칙한 자연하천에서 2차원 흐름 특성을 해석하고 예측하기 위해 2차 요소를 이용한 정확하고 효과적인 상향가중 유한요소모형의 개발에 있다. 모형의 개발을 위해 선형 삼각형 요소, 선형 사각형 요소와 혼합요소를 적용하였고 2차 삼각형, 사각형 요소와 혼합요소를 적용하여 모형을 개발하였으며, 지배방정식의 수치적분식으로 Gauss Quadrature 방법을 사용하였다. 개발된 모형의 적용성 검증을 위해 하상융기가 있는 수로, U자형 수로 등에 모의를 실시하여 해석해 및 실측치와 비교 검토하였다. 모의 결과 2차 요소가 선형 요소에 비해 보다 정확한 해를 제공하는 것으로 판단되었으며 2차요소를 적용한 상용모형인 RMA-2 모형과 비교한 결과 본 연구 개발 모형이 보다 정확한 해를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 개발된 모형을 향후 자연하천에 적용할 경우 기존의 모형에 비해 향상된 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 핵심용어 : 유한요소모형, 상향가중, 2차 요소, Gauss Quadrature