경계층 효과 - boundary layer effect

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얇은 박판 구조물(thin-walled structure)에 굽힘을 가하면 구조물내 응력이 경계(boundary) 근처에서 급격하게 증가하는 특이성(singularity)이 발생한다. 이러한 현상을 경계층 효과라고 불리며 구조물에만 한정되지 않고 유체 유동에서도 볼 수 있다. 즉 항공기 날개 주위의 공기 흐름에 있어 공기의 점성(viscosity)에 의하여 날개면에서 공기의 상대적인 속도는 0이 된다. 그리고 항공기 표면에서 매우 짧은 거리에 있는 공기속도는 급속히 증가하는 거동을 나타낸다.

이러한 경계층 효과를 수치해석(numerical analysis)적으로 모사하기 위해서는 많은 주의를 기울여야 한다. 박판 구조물이나 유동에 있어 경계층 효과는 경계면에 수직한 방향으로 거동의 급격한 변화이기 때문에, 경계에 폭이 가장 작은 요소를 배치시키고 경계에서 수직방향으로 편향 요소망(gradient mesh)을 적용하여야 한다. 이 요소망에 있어서 경계에 배치한 가장 작은 요소를 특별히 경계요소(boundary element)라고 부르며, 경계에 수직한 방향으로의 폭은 구조물의 두께보다는 작아야 할뿐더러, 그 크기가 작을수록 효과적이다. 한편 경계에 접선방향으로는 편향된 요소망을 적용할 필요가 없다. 왜냐하면 경계에 접선인 방향으로는 거동의 특이성이 발생하지 않기 때문이다.

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