야금야금 CAE: 꿀바른 HyperWorks (제 2편 Analysis Type -1-)

한국알테어의 YUNA 입니다!
유한요소해석에 관심있는 모든 분들을 위해 간단한 이론과 HyperMesh를 이용해서 FEA Process를 차근차근 배워보는 “야금야금 CAE: 꿀바른 HyperWorks”를 연재합니다.
1년에 걸쳐 연재할 예정이니 앞으로 한 주에 하나씩 함께 배워요!


제 2편 Analysis Type (해석의 유형) -1-

안녕하세요! 이번 시간에는 CAE의 Analysis Type(해석의 유형)에 대해 살펴 보겠습니다.  어려운 내용일 수도 있지만, 해석 유형을 아는 것은 어떤 해석을 해야할지 아는 것과 같기때문에 꼭 숙지하셔야 합니다. 그럼 시작하도록 하겠습니다!

CAE에는 여러가지 해석 유형들이 존재합니다.

(1) Linear static analysis (선형정적해석)
(2) Nonlinear analysis (비선형해석)
(3) Dynamic analysis (동적해석)
(4) Thermal analysis (열해석),
(5) Fatigue analysis (피로해석)
(6) CFD analysis (유동해석)
(7) Crash analysis (충돌해석)
(8) Optimization (최적화)

위와 같은 Analysis Type을 총 3편에 걸쳐 소개할 예정이며, 이번 편에서는 Linear Static analysis 과 Nonlinear analysis 에 대해서 살펴보겠습니다.

(1) Linear Static 이란?

LinearStress-Strain_curve

Linear(선형)는 곧은 직선을 의미하는데요, 위와 같은 일반적인 재료의 Stress-Strain 그래프에서 Linear 구간은 재료의 탄성영역을 말합니다. 결국 Linear analysis는 재료의 탄성영역내에서 하는 해석입니다.
Linear analysis에서는 외부 하중에 의해 재료가 항복점을 지나도 계속 linear한 직선을 따라서 해석을 수행하기 때문에 결과를 볼 때 파단이 나는 모습을 보여주지 않습니다!

Static

Static 은 시간에 따라 Force가 변하지 않는 해석을 말합니다.

정하중을 받고있는 구조문제를 풀기 위한 기본적인 유한요소 지배 방적식은 K u = P 로 표현될 수 있습니다. K는 구조물의 Stiffness Matrix , u 벡터는 변위벡터, P는 구조물에 작용하는 하중을 나타내는 벡터입니다. 위의 방정식은 외력과 반력의 평형을 나타내는 방정식 입니다. 변위 u가 계산된다면 Hooke’s law σ=C ε 을 이용하여 stress를 계산할 수 있습니다.

결론적으로, Linear Static analysis 란 재료의 탄성영역에서의 해석이며 시간이나 변위에 종속적이지 않는 해석을 말합니다.

(2) Nonlinear Analysis이란?

Nonlinear AnalysisNonlinear탄성영역을 벗어날 경우라면, 다른 유형의 해석타입을 적용해주어야 하겠죠?
Nonlinear Analysis(비선형해석)이 필요한 경우는, 위의 그림과 같이 크게 3가지 경우가 고려될 때 입니다.
첫 번째, 재료의 소성 영역을 고려할 때!
Linear Static analysis와 달리 재료의 탄성영역 뿐 아니라 소성 영역까지 고려할 때 Nonlinear Analysis 를 수행합니다.
두 번째, 기하하적으로 해석 모델이 크게 변할 때!
해석모델의 변형이 보통 모델의 전체 크기의 5%를 벗어날 때 Nonlinear Analysis을 수행합니다.
세 번째, Contact을 고려해야 할 때!
두 부품이 외부 하중에 의해 접촉 되는 것을 고려하기 위해 Nonlinear Analysis을 수행합니다. 이번 블로그는 여기까지입니다. 조건을 고려하여 해석유형을 적용 한다는 것을 기억해 주시기 바랍니다.

이어서, 다음시간에는 Dynamic analysis(동적 해석) 에 대해 소개하도록 하겠습니다. 다음시간에 만나요!

– 참조
이 자료는 “Practical Finite Element Analysis” 책의 내용과,  HyperWorks Help Documentation 자료를 포함하고 있습니다.
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