유한요소 구조해석 프로그램 무료로 사용할 수 있는 좋은 방법이 있어서 공유드리려고 합니다. 인벤터와 정적해석 결과를 비교해본 내용을 토대로 신뢰도가 있는지, 현업에서 사용이 가능한지 등이 궁금하실 텐데요. 무료 FEM 프로그램이 얼마나 정확한지에 대한 의구심을 해소시켜드리기 위해 이번 글 작성해보았습니다. 실제로 유튜브에 공개되어있는 인벤터 해석결과와 실제 값을 비교해보며 Calculix에 정확성을 검토해보겠습니다.
모델링 불러오기
인벤터 정적해석 관련해서 설명이 잘 나와 있는 영상을 발견했는데요. 이번에 모델링 해볼 내용은 아래 유튜브 채널에 있는 형상을 그대로 가져와 동일한 경계조건과 Load 를 적용하여 해석을 해볼 겁니다.
아래 영상 5분 30초경에 보면 아래와 같은 해석 결과를 확인하실 수 있습니다.
정적해석에 대해 처음 접해보시는 분들께도 도움 될 만한 좋은 영상입니다.
저는 프리캐드로 동일하게 모델링을 해봤습니다. 50*200*1000 빔의 형태입니다.
모델링 후 STP로 export 하신 후, 다시 PrePoMax로 불러옵니다.
FreeCAD에서 제공하는 FEM Workbench로 해석을 하셔도 무방하지만, 요즘은 PrePoMax로 대부분의 작업들을 하는 중입니다.
아래와 같이 모델링을 불러왔습니다.
브라켓 구조 설계 무료 FEM 해석 프로그램 기초 강좌 5단계 Bounding Box, Node set
메시 적용
아래와 같이 Default mesh 를 적용해봅니다.
영상의 인벤터 작업 창에는 특별한 메시 설정 없이 기본값으로 적용하여, 정확한 메시 사이즈를 알 수는 없습니다. 따라서 기본값으로 진행했습니다.
재질 할당
다음은 재질 할당을 해주어야겠죠.
영상 내용을 보니 탄성계수 200.Gpa 의 강철, 연강 재질이 적용된 것을 볼 수 있습니다.
PrePoMax에서도 동일하게 적용해보겠습니다.
Calcpad를 사용해서 단위 변환을 확인해줍니다. (단위 변환에는 이만한 프로그램이 없는 것 같습니다)
PrePoMax 재질을 만들어 주고 아래와 같이 입력해주었습니다.
[물성값]
[탄성계수와 포아송비]
이제 Solid section 을 적용하여 재질을 할당해주도록 합니다.
확인을 누르시면 아래와 같이 FE Model 탭에 항목이 뜨게 됩니다.
이 정도만 보시더라도 구조해석 프로그램 무료 추천 할만한 이유가 있는 것 같습니다.
경계 조건
이제 경계 조건을 넣을 것입니다. 먼저 인벤터 정적해석 영상으로 다시 돌아가 얼마의 하중 조건이 입력되었는지 확인해보겠습니다.
엣지를 선택한후 -y 방향으로 4905N이 적용되었습니다.
동일한 작업을 PrePoMax에서 해보겠습니다.
PrePoMax에서는 엣지단위로 합력을 입력할 수 없는 상황이므로, 노드의 숫자로 나누어
개별 노드에 적용될 하중을 입력해줍니다. 4905N를 현재 엣지 노드의 수인 11로 나눕니다. 약 445N입니다.
좌표 또한 -X 방향으로 부여하게 됩니다.
이렇게 까지 설정하면 영상의 경계조건과 거의 비슷한 상태가 됩니다. 요소가 약간 불안정한 느낌은 있지만 경향성 보는덴 문제가 없을 듯 합니다
아래 문구는 Concentrated Force로 설정시 만나게 되는 문구입니다. 인벤터처럼 총합으로 입력한게 아니라, 각 노드의 하중이 지급 입력한 파라미터 개별값으로 적용된다는 의미이죠. 아래 팝업을 보시면 제대로 입력하신 겁니다. OK를 누릅니다.
구조해석 프로그램 해석 결과 확인 및 인벤터 PrePoMax 비교
이제 결과를 확인해보겠습니다.
Analysis에서 우클릭 후 Run 을 눌러 연산 및 구조해석 프로그램 결과 확인이 가능합니다.
구조해석 프로그램 인벤터 결과 값
영상 속 인벤터 정적 해석 결과 값(폰 미세스 응력) 아래와 같습니다.
고정단 상단부에서 54.11MPa 이 나타납니다.
PrePoMax 결과값 비교
다음은 무료 구조해석 프로그램인 PrePoMax 해석 결과값입니다. 55.541MPa 로 인벤터 정적해석 결과값과 거의 일치합니다. 완전히 무료로 쓸 수 있는 FEM 프로그램입니다.
메일만 주셔도 FEM/ CFD 무료 오픈소스 설치 방법에 대한 PDF를 발송 드리고 있습니다.
(anslab007@gmail.com)
설치 방법도 정말 간단합니다.
최대 주응력 및 최소 주응력
최대 및 최소 주응력의 결과값도 일치하는 것을 확인해보았습니다. 미세하게 차이가 있지만 경향성 자체는 일치합니다.
엔스랩 유튜브에서는 영상으로 기초해석 방법에 대해 설명드리고 있습니다.
구조해석 프로그램 무료 PrePoMax 활용해보자
지금까지 인벤터 정적해석 결과값과 무료 구조해석 프로그램 PrePoMax의 결과값을 비교해보았습니다. PrePoMax는 Calculix Solver를 사용하여 오픈소스로 개발된 라이센스 Free 로 누구나 부담없이 사용할 수 있는 유한요소 프로그램입니다. 현업에 잘 활용하셔서 기술력을 같이 국내 기업들이 되었으면 합니다.
PrePoMax 메뉴얼 무료 FEM 유한요소 오픈소스 강좌
FAQ
1. 완전히 무료로 쓸 수 있는 프로그램인가요?
오늘 소개 드린 2가지 프로그램은 모두 상업용 기업용 무료로 배포된 프로그램입니다. FeeCAD 모델링 프로그램, PrePoMax 프로그램 모두 누구나가 사용할 수 있도록 배포된 오픈소스 SW 입니다.
2. FEM (구조해석) 프로그램을 배우는데 얼마나 걸릴까요?
하는 방법만 알면 일주일 내에도 배우실 수 있습니다. 그러나, 재료역학, 수치해석 등 기초적인 이론적 배경이 선행 학습되어지면 더욱 좋습니다.