ABAQUS 기초 CAE BEAM 02

저번 포스팅에 이어서 Beam Analysis를 시작하려고 합니다.

먼저 저번 포스팅에서는 Section Assign까지 했는데요. 이번에는 Boundary Condition, 즉 하중 조건이나 변위 조건을 넣는 부분을 하려고합니다.

기본적으로 Section Assign까지는 하나의 파트에 적용하는 부분이였다면, 이번부터는 그것을 합치고, 조건을 주는 부분까지 하려고 합니다.

 

1. Assembly

Assembly는 CAD 프로그램을 많이 사용해 보신 분들이라면 잘 아실 것이라고 생각됩니다. 말 그대로 여러 파트를 하나의 구조물로 합친다는 말입니다.

하지만, 전 포스팅에서 진행했던 것과 같이 하나의 파트임에도 불구하고, 이 과정을 진행해주셔야합니다. 왜냐하면 이 과정이 생략된 채로는 Boundary Condition을 넣어주는 창에서 모델을 찾을 수 없기 때문입니다.

아래 보이시는 것과 같이 왼쪽의 모델 트리 창에서 Assembly에 들어가게 됩니다. 그러면 아래 보이시는 그림과 같이 새로운 하나의 창이 뜨고, 그 창에서 Dependent, Independent를 설정할 수 있는 것을 알 수 있습니다. 크게 차이는 없지만 Dependent는 Part 상으로 개별적으로 작업을 할 수 있는 것을 말합니다. 이와는 반대로 Independent는 Assembly 창에서 작업을 실행시킬 수 있게 상태를 만들어 줍니다. 사실상 복잡한 모델이 아니라면, 어떤 것을 정해서 해도 상관은 없습니다. 하지만 엄청 복잡한 모델일 경우에는 Dependent가 저는 편하다고 생각합니다. 물론 사람마다 차이는 있을 수 있습니다.

 

 

2. Step

이 부분은 무슨 해석을 할지 결정을 해줘야하는 파트입니다. 구조 해석인지, 열해석인지, 전자기장 해석인지에 따라 Boudary Condition, 즉 외력 조건의 탭이 활성화가 되는 부분이 달라집니다. 이번 Beam해석은 Static 상태로 해석을 하기로 하였고, 모델 트리 Step > Static,general을 선택하여 진행하였습니다. Static으로 설정하게 되면 아래와 같은 창을 볼 수 있습니다. 이 창은 Increment를 설정하는 창입니다.

Inital Increment는 기본적으로 1로 설정하지는 않습니다. 하지만 Default 값으로 1이 되어있습니다. 이것은 간단한 해석 기준입니다. 조금이라도 복잡해지면, 1로 처음부터 수렴할 수 없는 값이기에 저렇게 설정하면 iteration 과정에서 수렴이 안됬다는 1U 표시를 볼 수 있게 될 것 입니다. (1U, 2U 라는 부분은 해석이 수렴이 안되서 다시 조금더 낮은 Increment로 변환하여 계산을 재시도하는 과정입니다.)

 

 

3. Boundary Condition

이 카테고리를 Boundary Condition이라고 정한 이유는 경계조건을 주기 위함입니다. 이 모든 것을 설정해주는 모듈 탭은 Load라는 것에 있습니다. 하지만, 변위, 하중 조건을 포괄할 수 있는 부분은 Boundary Condition이라고 생각해서 그렇습니다.

재료역학을 배우신 분들이 가장 쉽게 접할 수 있는 모델이 Beam이나 DCB(Double Cantilever Beam)이라고 생각합니다. 그래서 기본적으로 한쪽 면이 벽에 고정되어 있다고 생각하며, 아래 그림에서 보이는 것과 같이 한쪽 면의 x,y,z축을 고정시켰습니다. 이렇게 한 이유는 Solid 요소에서는 2개의 이상의 Node를 x,y,z 고정시키게 되면 회전방향의 자유도까지 Fix를 할 필요는 없습니다. 그래서 아래와 같은 변위 조건을 넣는 창에서 3축을 고정시키는 일을 하였습니다.

 

 

하중조건은 집중하중으로 줄 수도 있지만, 블럭이 지정되는 것이 Surface로 지정되는 것이 더 보기에 좋을 것 같아 Pressure로 주기로 마음먹고 아래 사진과 같이 윗면에 Pressure를 주었습니다. 아마 이렇게 하는 부분은 다들 쉽게 따라하실 수 있을 것이라 생각됩니다. 어려운 부분은 아니기 때문입니다.

 

 

4. 요소망 (Mesh)

Load이 있는 탭을 열게 되면 바로 아래 Mesh 모듈이 있는 것을 확인 하실 수 있습니다. 요소망은 아래 사진과 같이 격자를 짜주는 것을 말합니다. Abaqus 에서는 이 격자의 크기에 따라 수치해석을 하게 되고, 격자가 작을수록 해의 정확도는 높게 올라가는 것으로 알고 있습니다. 하지만, 이 격자가 작을수록 해를 구하는 속도는 느려집니다. 그래서 사용자의 해석 모델에 따라 중요한 부분, 아닌 부분으로 나누어서 요소망을 짜주는 것이 중요합니다. 이때 필요한 Keyword는 Bias라고 할 수 있습니다.

Bias는 중요한 부분에 요소를 조밀하게 짤 수 있으며, 덜 중요한 부분에는 큰 요소망을 형성하여 해석 속도 증진에 도움을 줄 수 있는 기능입니다.

또한, 이 모듈에는 Global Seed, Local Seed가 있는데, 이 부분을 설정하는 것은 Mesh의 Size를 결정하는 것입니다. Global은 전체 모델의 모서리에 형성할 수 있는 Mesh의 개수나 Size를 설정해주고, Local은 사용자가 따로 설정한 모서리의 Mesh Size,크기 등을 설정해줄 수 있는 기능입니다.

 

5. Job

이 부분은 메모리 설정, Subroutine 연동 여부, Restart 등등 많은 부분을 설정할 수 있습니다. 또한, Job 모듈은 해석을 돌리기 위해 가장 나중에 하는 것으로 앞에서 했던 모든 과정을 마치고 Job 생성을 합니다. 그러면 해석 조건을 포함한 Job이 형성되어지고 왼쪽 모델 트리에서 마우스 오른쪽 버튼을 눌러 Submit을 눌러주시게 되면, 해석이 진행되는 것을 알 수 있습니다.

또한, 마우스 오른쪽 클릭을 했을때, Monitor는 말 그대로 관찰하는 것입니다. 해석이 어떻게 진행되는지에 대한 내용이 표에 나오며, 이를 보며 잘 진행되는지 아닌지를 확인할 수 있습니다. Monitor에서 나오는 것들은 해석을 돌리는 폴더에서의 log, msg,,sta파일에서도 따로 나타나니 나중에 확인해보시기 바랍니다.

 

6. Visualization

위에 했던 과정이랑 똑같이 Job에 마우스 오른쪽 버튼을 누르게 되면 Results 부분이 있습니다. 이 부분은 결과를 확인할 수 있는 Visulization 창으로 이동하게 되며 아래와 같이 형형색색깔을 가지고 있는 Contour를 표출합니다. 또한, 이 탭에서는 애니메이션으로 변형 과정을 보여줄 수도 있고, Stress, Displacement 값을 따로 도출 할 수 있는 부분도 있습니다. 추후에 다시 이 부분은 포스팅할 수 있도록 하겠습니다.