야금야금 CAE: 꿀바른 HyperWorks (제 23편 Boundary Condition)

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 야금야금 함께 배워요!


제 23편 Boundary Condition

오늘은 Boundary Condition(경계조건)이 무엇인지 살펴보도록 하겠습니다.
경계조건이 무엇인지 2가지 경우를 통해 비교해 보겠습니다.

1. Simply supported(단순 지지)
Boundary_Condition

2. Fix-Fix(양단고정 지지)
Beam2
이 두가지 경우를 단순화 시켜보면 아래의 두가지 경우로 나뉩니다.

constrains
Simply 과 Fix-Fix의 경계조건의 차이점은 단지 하나의 자유도(6) 입니다.

단순지지의 경우 양 끝단에 1,2,3,4,5 를 구속.
양단고정 지지는 양 끝단에 1,2,3,4,5,6을 모두 구속.

[참고]
1: X축 병진방향 자유도
2: Y축 병진방향 자유도
3: Z축 병진방향 자유도
4: X축 기준 회전자유도
5: Y축 기준 회전자유도
6: Z축 기준 회전 자유도

이로 인해 Z축 회전 여부에서 차이가 생기는데요.
예를 들어..단순 지지의 경우 가운데 하중을 주면 보가 굽어지면서 양 끝단의 지지부 쪽이 들리지만, 양단 고정 지지는 가운데 하중을 줘도 양 끝의 보가 꽉 고정이 되어있어서 양끝단의 지지부 쪽이 들리지 않고 고정되어 있습니다.
이러한 차이로 인해 Stress와 Displacement 결과에서 큰 차이가 발생합니다. 단순지지로 설계한 구조물을 양단고정 경계조건을 적용하여 해석하면, Stress 는 2배, Displacement는 약 4배 가까이 차이나므로.. 문제가 되겠죠?

그리고 또한 가운데 하중을 집중하중으로 줄지 혹은 손가락 끝이 닫는 면적을 고려해서 분포하중을 줄지! 이 모두 사용자가 선택해야하는 경계조건들 이랍니다.

경계조건에는 SPC(Single Point Constraints), Concentrated Load, Pressure, Distributed Load, Bending Moment, Torque, Connection (RBE2, RBE3), Temperature Loading 등이 있습니다. 다음시간 부터는 위의 경계조건을 HyperMesh에서 어떻게 적용할 수 있는지 살펴보도록 하겠습니다.

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