1.     Simulation 의 기본

컴퓨터를 이용한 해석(simulation)을 위한 tool은 상용 툴을 비롯하여 인하우스 코드에 이르기까지 굉장히 다양하지만, 기본적인 컴퓨터를 이용한 해석은 다음과 같은 방식을 따른다.

Geometry 제작 -> Physics 설정 -> Mesh 생성 -> 해석 -> 후처리

물론 이 중 입자법(MPS)을 사용하는 경우 mesh생성이 생략되어, 입자간 데이터 교류를 통해 해석을 수행하기도 한다지만, 어디까지나 일반적인 케이스는 위와 같은 방식을 따른다. (고 알고있다.)

 

1.1   Geometry 제작

Geometry 제작이란 간단하게 말해서 해석하고자 하는 형상을 컴퓨터에 만드는 단계이다.

일반적으로 Geometry 제작은 경우에 따라, 외부 코드에서 만들거나, 혹은 상용툴의 경우 내장 기능으로 제작하기도 한다.

이 단계에서 생각해야 할 점은 현실의 혹은 해석하고자 하는 형상을 어느 정도까지 살려둘 것인가? 하는 부분이다. 해석하고자 하는 사람이 판단했을 때, 전체 영역에서 큰 영향을 미칠 수 있거나, 혹은 관측하고자 하는 부분이라면, 그 부분의 형상이 아무리 복잡하거나 어렵더라도 반드시 살려야 한다. 하지만 해석하고자 하는 사람이 판단했을 때, 전체 형상에 영향을 주지 않으면서, 굉장히 복잡한 부분이고, 구배영역이 커짐에 따라 해석 리소스를 많이 먹거나, 수렴에 영향을 줄 수 있는 부분이라면 퉁 치는게 바람직하다. (뒤에 나올 단계에서도 계속 언급할 듯 하지만, 개인적인 생각으로 해석이란 결국 적당한 타협의 연속이다.)

이 부분에 대해 부연 설명하자면, 관측하고자 하는 부분에 있어(공간에 대한 데이터건, 특정 dependent variable에 대한 결과건 간에) 퉁 친 형상에 대해 해석한 것과 정밀하게 해석한 것의 결과가 거의 유사하다고 했을 때, 어느 정도의 리소스를 먹을 것인가? 라는 것은 정말로 중요한 부분이다.

예를 들어 어떠한 유동해석을 수행하였는데, 출구에서의 유속이 비슷한 경향성을 보이며, 평균 유속 관점에서 약 5프로의 오차를 보인다고 할 때, 정확히 현실을 geometry로 옮긴 것은 해석시간에 약 5일이 걸렸고, 해석을 위해 퉁 친 부분이 존재하는 geometry는 약 5시간이 걸렸다면, 과연 어떤 것을 선택하겠는가?

물론 예시가 조금 극단적이긴 하지만 (사실 현업에 있다 보면 그리 극단적인 케이스도 아니다 만은) 이러한 문제는 해석자가 항상 겪는 선택 중 하나이다.

물론 위 문제에 정답은 존재하지 않는다. 선택은 해석자의 몫일 뿐, 해석 해야 하는 일정이 넉넉하고, 정밀한 결과를 요구할 경우에는 5시간짜리 보다 5일짜리를 선택할 수 있을 것이고, 단순히 경향성을 위한 해석일 경우에는 5시간짜리 해석을 선택할 것이다.

각설하고, 해석자는 이러한 부분을 염두에 두고, geometry제작을 수행할 필요가 있다. 그리고 그 외에 또 하나 주의해야 할 부분이 있다면 Geometry제작을 통해 만들어진 형상이 컴퓨터가 인식하는 형상이다 라고 착각하면 안되니 이 부분은 기억해 두도록 하자. (컴퓨터가 physics를 인지하고 해석하는 부분은 Mesh 지 형상제작에서 만들어진 형상이 아니다.)

간혹 Geometry 단계에서 굉장히 세밀하게 형상을 두고, 해석을 수행하였는데 해석을 돌렸더니 후처리 에서 결과가 매끄럽지 못한 부분이 많고, 형상이 뭉뚱그려 표현된다면 이러한 부분은 mesh의 부족으로 인해 발생했을 확률이 높다. (그 외에도 경우의 수가 굉장히 많지만 뭐, 형상단계에서는 이런 일이 있을 수 있다는 정도는 염두에 두자.)

 

1.1절 요약

-Geometry 생성은 컴퓨터에 내가 해석할 대상을 옮기는 과정이다.

-Geometry 생성시 생각해 볼 점은, 해석 시 요구되는 계산정확도, 해석 진행 시간 및 비용을 적절하게 감안하여 제작하여야 한다.

-Geometry 생성으로 만들어진 형상은 컴퓨터가 해석하는 영역이 아니라, 컴퓨터가 인지할 수 있는 형상을 만들기 위한(mesh를 만들기 위한) 가이드라인에 불과하다.