ABAQUS 교육 ELEMENT TYPE ( TRUSS ELEMENT )

ABAQUS ELEMENT TYPE, TRUSS ELEMENT 설명

 

Truss Element 설명

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트러스 요소는 ABAQUS 내에서 WIRE를 이용한 선 모델링을 통해 구성되며, 오직 축방향의 힘만 계산되는 구조이다. 이런 계산 방법으로 인해 모멘트 및 축 방향에 수직인 외력에 대해서는 계산하지 않게 된다. 일반적으로 Truss Element는 3D 볼트 모형을 대체하여 축력을 나타내거나 Connector 요소를 표현하는데 사용된다.

일반적으로 Truss 요소는 변위에 대한 선형 보간을 사용하여 계산하며, ABAQUS/STANDARD에서는 T3D2, T3D3와 같은 LINEAR, QUADRATIC 요소 타입을 모두 사용할 수 있다. T3D2와 T3D3의 차이점은 노드의 개수와 자유도의 차이라고 할 수 있다. 먼저 T3D2의 경우 2개의 노드를 이용하여 하나의 TRUSS 요소를 구성할 수 있으나, X, Y축의 자유도만 활성화 되어있어 외력에 대한 변형을 나타내기에는 제한이 많다. 반면에 T3D3의 경우에는 3개의 노드로 하나의 요소를 구성하여 해석 시간이 증가하지만, X,Y,Z에 대한 거동을 모두 표현할 수 있기에 T3D2 요소보다 제한이 덜 하다고 말할 수 있다. 

사실 두 요소 타입 모두 모멘트에 대한 거동을 표현할 수 없어, 축 방향 거동이 주요하게 발생할 경우에만 이 요소 타입을 사용하여 해를 도출한다.

BEAM 과 TRUSS 요소의 차이

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BEAM 과 TRUSS 요소의 가장 큰 차이는 자유도와 모멘트 계산 여부이다. 

2021/02/01 - [Program/ABAQUS] - ABAQUS 교육 - ELEMENT TYPE ( BEAM ELEMENT)

위 설명에도 확인할 수 있듯이 EULER-BERNOULLI(B23, B33), TIMOSHENKO BEAM 요소(B21, B22, B31, B32 ETC)은 단면 형상 두께에 따라 다른 요소 타입을 사용하지만, 전단 및 횡방향, 회전 거동을 묘사할 수 있다. 이는 요소 타입에 따라 다르지만, B31 요소 타입부터 X,Y,Z 및 회전 자유도 모두를 사용할 수 있다. 이와 같이 자유도의 제한이 없는 BEAM 요소에서는 모멘트 계산을 할 수 있다는 것이 Truss 요소와의 큰 차이점이다.

두 번째, Truss 구조는 단면 형상 구현에 제한이 있다.

BEAM 요소는 L형, T형, 중공형과 같은 단면 형상을 정의할 수 있으나, Truss 요소는 원형 단면만을 구현할 수 있습니다. 사실상 표현의 자유도도 BEAM보다는 떨어지는 요소라고 할 수 있습니다.

 

TRUSS 구조 사용시 유의할 점

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TRUSS 구조는 STATIC 해석에서 축방향의 외력이 적용될 때, 초기 수렴성이 떨어집니다. 이것을 극복하기 위해서는 초기 응력 값을 적용하여 수렴성을 향상시킬 수 있으니 참고하시면 될 것 같습니다.