RADIOSS 공략 17편 – Box Beam

목적

본 예제의 목적은 Box Beam의 거동을 보기 위함입니다. Box Beam의 Mesh Size, Element forumation을 변경하여 해석을 진행하고 각각의 결과를 비교 분석하는것이 본 예제의 핵심입니다. 이전의 Twisted Beam, Tensile Test와 유사한 예제이며 상당히 많은 예제 모델이 포함되어있는 예제이기 때문에 간략하게 설명 할 예정입니다.

본 예제는 총 3개로 구성되어있으나 동일한 내용에 다른 하중을 적용하는 것이므로 연재는 하나로 진행합니다. 추가적인 내용은 Online Help를 참고하시면 될 듯 합니다.

물리적 문제 정의

스틸 재질의 박스 빔의 한쪽 끝이 완전 구속되어있는 상태입니다. 박스 빔의 크기는 203 mm / 50.8 mm / 38.1 mm이고 두께는 0.914mm입니다. 1/4 모델로 대칭조건이 고려됩니다.

단위 : mm, ms, g, N, MPa

물성은 등방 탄소성 물성인 Johnson-Cook /MAT/LAW2가 사용되며 자세한 값은 아래와 같습니다.

Initial density : 7.8 x 10-3 g/mm3
Young modulus : 210000 MPa
Poisson ratio : 0.3
Yield stress : 206 MPa
Hardening parameter : 450 MPa
Hardening exponent : 0.5
Maximum stress : 340 MPa

분석과 가정 그리고 모델링 묘사

모델링 기법

4가지 종류의 메쉬가 빔 모델에 사용되었습니다. 초기 메쉬는 60×8 요소를 사용하여 균일하게 생성되었습니다. 3가지 다른 메쉬에 대해서는 각각 요소의 길이는 2, 3, 4배 작은 요소로 생성되었습니다. 또한 각각의 모델에 Element formuation이 다르게 적용되며 이는 아래와 같습니다.

BT_TYPE1
BT_TYPE2
BT_TYPE3
QEPH
BATOZ
C0 (T3 element)
DKT18 (T3 element)

3-node 쉘 요소는 4-node 쉘 요소를 분할하여 생성했습니다.

RADIOSS Option Used

경계 조건 : 대칭을 고려하기 위해 Y-Z평면상에 위치한 모든 절점들은 Y와 Z의 회전 방향을 고정시켰습니다. 본 예제는 1/4 모델입니다.
강체 : 낮은쪽 끝부분의 모든 절점들은 RBODY로 묶여있습니다. RBODY로 묶인 강체부는 병진과 회전방향이 완전 구속되었습니다.
격벽 : 임팩터는 Z방향으로 13.3m/s의 강체속도가 부여되어있으며 다른 병진방향과 회전 방향은 구속되어있습니다.
컨택 인터페이스 : 구조물의 셀프 컨택을 적용하기 위해 Type7이 사용되었습니다.

빔의 상단부에 모서리 부분의 컨택을 위해 edge to edge 컨택이 고려되었고 이는 Type11번으로 설정되었습니다.

시뮬레이션 결과와 결론결과는 2가지 관점으로 비교합니다.

Element formulation과 Mesh의 영향

결과 비교를 위해 아래 3가지 기준이 적용됩니다.

Crushing force와 displacement (충격 하중은 임팩터의 Z방향으로 수직한 힘이며 대칭이기 때문에 4배를 곱한 값으로 계산합니다. 변위는 강체의 마스터절점이 Z방향으로 움직인 것과 일치합니다.)
Hourglass energy
Total energy (토탈 에너지는 모든 에너지를 합한 값입니다.)

결과 애니메이션

그림을 클릭하시면 크게 볼 수 있습니다.