한국전산구조공학회 논문집 제29권 제2호(2016.4) 179 J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 29(2) pp.179∼185, April, 2016 http://dx.doi.org/10.7734/COSEIK.2016.29.2.179 pISSN 1229-3059 eISSN 2287-2302 Computational Structural Engineering Institute of Korea 고체추진기관의 유동-구조 상호작용 해석에서 Serial Staggered 기법의 수치 안정성 조 현 주 1 ․이 지 호 1† ․이 창 수 2 ․김 종 암 2 ․김 신 회 3 ․이 정 섭 3 1 동국대학교 설환학, 2 서울대학교 기항학, 3 국방학연구소 Numerical Stability of Serial Staggered Methods in Fluid-Structure Interaction Analysis of Solid Rocket Motors Hyun-Joo Cho 1 , Jee-Ho Lee 1† , Chang-Soo Lee 2 , Chong-Am Kim 2 , Shin-Hoe Kim 3 and Jeong-Sub Lee 3 1 Department of Civil & Environmental Engineering, Dongguk Univ, Seoul, 04620, Korea 2 Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National Univ, Seoul, 08826, Korea 3 The 4th R&D Institute, 1st Directorate, Agency for Defense Development, Daejeon, 34186, Korea Abstract In this paper numerical stability of CSS and ISS schemes in axisymmetric fluid-structure-burning simulation for solid rocket motors are studied. The implemented CSS and ISS algorithms for two-dimensional axisymmetric FSI problems are used to analyze ACM and BCM solid rocket motors. Numerical results from CSS and ISS schemes are compared to investigate the efficacy of ISS scheme over CSS scheme in stabilizing the numerical solution. The ACM and BCM simulation results show that ISS scheme gives stable and converged numerical solutions with appropriately small system time step size, while CSS scheme fails to converge after generating rapidly amplified oscillatory solutions. It is concluded that ISS scheme can be useful in improving the numerical stability of FSI analysis for ACM and BCM solid rocket motor simulations, which is not successfully obtained with CSS scheme. Keywords : solid rocket motor, fluid-structure interaction, conventional serial staggered method, improved serial staggered method, numerical stability † Corresponding author: Tel: +82-2-2260-3352; E-mail: jeeholee@dgu.edu Received January 28 2016; Revised February 18 2016; Accepted February 19 2016 Ⓒ 2016 by Computational Structural Engineering Institute of Korea This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons. org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 1. 서 론 다양하 복잡한 재료와 형상으로 구성된 체추진기의 추진제 연소에서 유동-구조 상호작용(FSI) 동을 예측하여 실제 발생할 수 있는 파손 위험을 최소화하는 은 매우 중요 하다. 점화 즉시 압 상태로 변하는 연소실 내부의 추진제 동을 실험으로 정확하 파악하기에는 안전 제적 비용 문제가 수반되며, 이의 보완적 방법으로 수치해석을 통한 체추진기의 연구가 많이 진행되 있다(Fiedler et al., 2001; Dick et al., 2006; Han et al., 2014). 체추진기 수치해석에는 구조, 유동, 연소의 현상이 복합적으로 려되어야 하며, 각 물리현상의 상가 매우 중요하다. 일반적으로 추진제 및 구조물의 대변형 점탄성 재료의 구조영역 비선형 해석에는 유한요소법이, 연소실 내부의 압, 온의 비정상 유동영역의 해석에는 유한체적법이 사용 되며 이를 완전히 합하 동기화한 비선형 해석을 수행하기 보다는 유동, 구조 해석을 번갈아 수행하는 Serial Staggered 기법이 선호되 있다. 이러한 FSI 해석에는 Serial Staggered 기법 중에 알리즘이 간단하여 적용하기 용이한 CSS(con- ventional serial staggered) 기법이 여전히 많이 사용되 있다. 이 방법에서는 각 영역에서 산된 해석의 상호 교환이 순차적으로 이루어지며, 상호교환이 이루어지는 한 사이클의 시간간을 구조와 유동 영역이 해석하는 횟수에 대한 비율로 정한다. 적으로 유동해석의 시간간