PrePoMax의 Rigid body 구속 기능을 활용하여 길다린 빔의 비틀림(torsion)을 검토해보는 예제를 가져와봤습니다.
메일만 주셔도 FEM/ CFD 무료 오픈소스 설치 방법에 대한 PDF를 발송 드리고 있습니다.
(anslab007@gmail.com)
PrePoMax 메뉴얼 무료 FEM 유한요소 오픈소스 강좌
모델링 불러오기
아래와 같은 모델링을 불러왔습니다.
FreeCAD로 모델링을 하였으며, 필요하신 분들께는 해석에 필요한 Stp 파일 및 예제를 전달드리고 있습니다.
2. 메시 설정
기본 값으로 메시를 적용해주었습니다. 메시 적용하는 방법은 기본 해석 강좌를 참고해주시기 바랍니다.
3. 재질 할당
재질은 S420으로 할당해주었습니다.
아래와 같이 솔리드 섹션으로 전체 모델링을 할당해주면 됩니다.
4. Rigid body 설정
지금 해보려는 것은 타원형태의 Beam이 중심축을 기준으로 토션이 발생하는 것을 구현해보려합니다.
따라서, 면 전체를 중심축 위의 점을 기준으로 전체적으로 회전하도록 조건을 부여해주어야하기 때문에, Rigid body 기능을 사용하지 않으면 방법이 없습니다.
Features 하위에 있는 Reference point 에서 우클릭 ->Create 를 눌러줍니다.
아래와 같이 Reference point 를 중심축에 생성하도록 합니다.
Reference point(참조점)을 기준으로 면을 묶어서 회전시킬 수 있도록 constraint에서 우클릭하여 아래와 같이 rigid body 를 설정해줍니다.
Type에서 Rigid body 를 설정한 후 참조점과 면을 선택해주면 됩니다.
5. Step 생성 및 해석 조건 부여
이제 가장 중요한 Step을 만드는 과정입니다. 아래와 같이 Static Step 으로 스텝을 생성해주고 경계조건과 모멘트를 부여해줄 것입니다.
아래와 같이 참조점으로 고정된 면이 있는 반댓면을 Fixed로 고정시켜줍니다.
다음 해야할 것은 Load Type에서 Moment를 선택하여 Rigid body 로 구속된 면을에 모멘트를 걸어주는 것입니다. 1000000N-mm 를 입력했습니다.
아래와 같이 Loads 에 입력한 Moment 가 나타납니다.
모든 설정이 완료된 상태의 모습입니다.
6. History output 설정
다음 해줄 것은 Node 의 변위값 확인을 위해 History output을 설정해주는 것입니다. 아래 그림 참고해보시기 바랍니다.
변수를 U로 설정해두면, Refrence point 로 설정된 질점이 x,y,z 축 각각 얼마나 회전하는 지를 파악할 수 있습니다.
7. FEM 시뮬레이션 결과 해석
아래와 같이 빔이 휘어지는 것이 나타납니다. Rigid body 로 묶여있기 때문에, 해당 면 위의 모든 질점들은 참조점(reference point1)을 기준으로 Moment 를 부여받고 회전하게 됩니다. (강체)
미세스 응력분포를 확인해보겠습니다.
고정단에서 가장 큰 응력이 걸리며 4.7Mpa 정도로 나타납니다.
History Output 아랫쪽의 Displacements로 출력된 값을 확인해볼 것인데요.
UR3는 Z축 방향 기준으로 회전하는 질점의 각이 Rad안으로 표시될 것입니다.
0.003931762 rad 비틀림 각이 산출되었는데요.
이제 rad 환산을 위해 calcpad 를 이용해보겠습니다. (calcpad도 오픈소스입니다)
약 0.225도 정도 비틀림이 발생하는 것으로 확인됩니다.
마무리
지금까지 PrePoMax Rigid body 구속 기능을 활용하는 방법, 하중의 유형 중 Moment Load를 활용하는 법, 마지막으로 Node output 기능을 활용하여 비틀림 각을 확인하는 방법까지 살펴보았습니다.
모두 무료로 배포된 프로그램이기 때문에 누구든 부담없이 라이센스 비용을 지불하지 않고 사용할 수 있는 프리웨어 입니다.
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