PrePoMax 를 활용해서 Reference point와 surface를 Rigid Body constrain 기능을 활용하여 엮은 후 경계조건을 부여하는 방법에 대해 설명드리는 강좌입니다. 유한요소 FEM 구조해석을 처음 접하시는 분들께는 생소한 개념이실 수 있습니다. 그러나, 간단한 예제를 통해 쉽게 설명드려보겠습니다.
1. 모델링 불러오기
아래와 같은 모델링을 불러오도록 하겠습니다. 단순한 빔 형태의 모델링이며 size는 100mm*100mm*1000mm 입니다.
단순한 구조이므로 기본값으로 Mesh를 구성해보겠습니다.
Solid_part 에서 우클릭 후, Create Mesh 를 눌러 메시작업을 진행합니다.
메시가 완료된 모습입니다.
2. 재질 할당
다음은 FE Model 탭으로 넘어가서 재질을 할당해 보도록 하겠습니다. (메시가 완료되면 자동적으로 좌측 탭이 Geometry -> FE Model 로 이동하게 됩니다)
Material 에서 우클릭하여 Material Library 를 엽니다.
이후, 아래 에디터 창에서 S420을 화살표버튼을 눌러 불러오도록 합니다. S420은 항복강도가 420Mpa인 스테인리스합금 재료입니다.
Section 설정을 통해 재료를 할당해줍니다.
Create Section 창이 뜨면 아래와 같이 모델링을 선택한 후(빨간색 테두리로 변함) OK를 눌러주면 됩니다.
다음으로 해볼 것은 reference point를 만드는 것입니다.
기본값은 0,0,0mm 이며 아래와 같이 화면상에 점의 위치가 표시됩니다.
원거리 하중(remote load)을 부여해볼 것인데, 아직은 이해가 안되시더라도 쭉 따라오시면 되겠습니다.
점의 좌표를 아래와 같이 변경합니다.
저의 경우 1000mm, 100mm, 500mm 를 입력했습니다. 모델링 상황에 맞게, 빔에서 약간 떨어진 거리에 점을 만들어주시기 바랍니다.
이제 점에 묶이게 될 면을 설정해줄 것입니다. 아래와 같이 Surface에서 우클릭을 합니다.
3. Surface 설정
아래와 같이 점 인근에 있는 Surface를 클릭합니다.
점과 면을 Rigid body 기능으로 구속해보겠습니다.
아래와 같이 constraints에서 create 를 누르고, Type에서 Rigid Body 를 선택합니다.
프로퍼티 값을 아래와 같이 설정합니다.
Reference point-1 은 위에서 설정한 점이 기본값으로 잡혀있을 것입니다. Region type의 경우 Surface name을 선택해 주면, 위에서 설정해준 Surface 항목이 넘어옵니다.
위 상태에서 OK 버튼을 누르면 노란색으로 하나의 참조점과, 면이 마치 연결된 것처럼 노란색으로 선이 나타납니다. 이게 Rigid body가 구성된 상태를 나타내주는 식별입니다.
이렇게 설정을 해놓으면 참조점에 힘을 가하거나, 변위를 이동시켰을 때, 참조점에 묶여있는 surface 가 함께 영향을 받습니다. 보여드리겠습니다.
4. 경계조건 및 하중 설정
Steps에서 Create 클릭, Static Step으로 Step을 생성합니다.
아래와 같이 Beam 좌측 끝을 Fixed로 고정합니다.
다음은 Load에서 우클릭 Create 후, Concentrated Force로 설정하여 아래와 같이 Beam 우측 인근에 생성한 참조점에 하중을 가할 것입니다.
모든 설정이 완료되면, 모델 화면에는 아래와 같이 기호들이 나타나게 됩니다.
초록색 표식 (Fixed), 노란색 선 (Rigid body), 파란색 화살표 (Load)
이제 연산을 수행해보겠습니다.
5. 연산 결과 확인
Analysis에서 우클릭 -> Run을 누르시면 됩니다.
결과를 확인해보니, 일반적으로 빔 끝단에 직접 하중을 가한 것과 차이가 있습니다. 어떤 차이일까요?
Automatic 노드 증폭 시
Automatic X5배 노드 변형 증폭 시
빔에 토션이 걸려 비틀어진 것을 확인할 수 있습니다. 원거리에서 하중이 가해지니 모멘트가 작용한 것입니다.
이런 기능을 만들어 놓은 이유는 기본적으로 질점으로 모든 면을 핸들링 할 수 밖에 없을 때입니다. 가장 대표적인 사례는 샤프트에서 발생하는 비틀림 토션이 되겠습니다. 샤프트 내의 질점을 설정하고, 면과 엮은 후, 질점에 변위 구속으로 radian 각을 부여하면 토션을 부여할 수 있는 것이죠. 그 밖에도 원형 홀을 하나의 질점으로 핸들링하고 싶거나 할 때도 rigid body를 사용해야합니다.
마무리
지금까지 Reference point와 Surface set 을 설정한 후, Rigid body 로 이 둘을 묶어 해석에 적용하는 사례를 살펴보았습니다.
방금 보여드린 것은 단순한 사례에 불과하지만, 분명히 맡고 계신 업무에서 도움 될만한 지점들을 찾아보실 수 있으실겁니다.
지금까지 엔스랩이었습니다.