41.23 유체-구조 연성 시뮬레이션 기법

유체-구조 연성(Fluid-Structure Interaction, FSI) 시뮬레이션은 로봇과 유체가 상호 작용하는 시스템의 학술적 시뮬레이션 기법이다. 수중 로봇, 비행 로봇 등에 필수적이다. 본 절에서는 유체-구조 연성 시뮬레이션 기법을 학술적으로 다룬다.

1. FSI의 개념

1.1 상호 작용

유체와 구조의 상호 작용이다.

1.2 연성

양방향 연성이다.

1.3 복잡한 문제

수학적으로 복잡한 문제이다.

2. 응용 분야

2.1 수중 로봇

수중 로봇 설계이다.

2.2 비행 로봇

비행 로봇의 공기 역학이다.

2.3 소프트 로봇

소프트 로봇의 유체 상호이다.

3. 모델링 접근

3.1 CFD

유체 동역학 계산(CFD)이다.

3.2 FEM

구조의 유한 요소이다.

3.3 결합

두 도메인의 결합이다.

4. 결합 방식

4.1 단방향

단방향 결합이다.

4.2 양방향

양방향 연성이다.

4.3 정확도

양방향이 정확하나 복잡하다.

5. 단순화 모델

5.1 부가 질량

부가 질량(added mass) 개념이다.

5.2 항력

항력 근사이다.

5.3 실무적

실무적 단순화이다.

6. 수중 로봇

6.1 단순 모델

단순 유체 역학 모델이다.

6.2 Morison 공식

Morison 공식 등이다.

6.3 효율적

효율적 근사이다.

7. 공기 역학

7.1 드론 시뮬레이션

드론 공기 역학이다.

7.2 블레이드 요소

블레이드 요소 이론이다.

7.3 단순 모델

단순 모델이 주로 활용된다.

8. 소프트 로봇

8.1 유체 구동

유체 구동 소프트 로봇이다.

8.2 공기 압력

공기 압력 구동이다.

8.3 학술 주제

활발한 학술 주제이다.

9. 전문 도구

9.1 ANSYS

ANSYS가 상용 도구이다.

9.2 OpenFOAM

OpenFOAM이 오픈 소스이다.

9.3 학술 도구

다양한 학술 도구이다.

10. 학술적 활용

본 절에서 다룬 유체-구조 연성 시뮬레이션 기법은 유체와 상호 작용하는 로봇의 학술적·실무적 기반이다. 체계적 FSI 처리가 수중 및 비행 로봇의 정확한 시뮬레이션을 가능하게 한다.

11. 출처

• Bungartz, H.-J. and Schäfer, M. (Eds.), Fluid-Structure Interaction: Modelling, Simulation, Optimisation, Springer, 2006.
• Fossen, T. I., Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control, Wiley, 2011.
• Beard, R. W. and McLain, T. W., Small Unmanned Aircraft: Theory and Practice, Princeton University Press, 2012.
• Rus, D. and Tolley, M. T., “Design, fabrication and control of soft robots”, Nature, Vol. 521, No. 7553, pp. 467–475, 2015.
• Weller, H. G., Tabor, G., Jasak, H., and Fureby, C., “A tensorial approach to computational continuum mechanics using object-oriented techniques”, Computers in Physics, Vol. 12, No. 6, pp. 620–631, 1998.

12. 버전

• 문서 버전: 1.0
• 작성일: 2026-04-18