ABAQUS 기초 교육 :: Workshop 01 Beam Analysis

안녕하세요.

오늘의 포스팅은 Beam Analysis입니다.

기존 포스팅에서도 보신분들도 계시겠지만, 기초적인 부분을 공부하시는 분이라면 한번씩 복습해보셔도 좋을만한 예제라고 생각합니다.

Beam Analysis in ABAQUS

구조적인 해석을 진행함에 따라 Beam 해석은 가장 기본적인 부분 중 하나입니다.

Part 형상 자체는 구현하기 쉽게 되어있지만, 해석의 전체적인 흐름을 알아가는데 가장 유용합니다. 그래서 이번 예제의 목표는 ABAQUS를 처음 접하는 해석자들이 ABAQUS의 해석 과정을 인지하게 할 수 있도록 도와주는 예제를 선택하였습니다. 그전에 아래의 Tutorial을 진행하면서 주의해야할 점을 꼭 읽은 후에 시작하시기 바랍니다.

▶Tutorial을 진행하면서 주의해야할 점◀

마우스가 멈춰있지만 과정이 진행된다면, 마우스 휠 마우스를 클릭하는 것입니다. 모델 이동, 회전 등의 조작법은 Menu bar에서 Tool - Option - View manipulation에서 바꿀 수 있습니다.    - MB1 : 마우스 왼쪽 버튼    - MB2 : 마우스 휠버튼    - MB3 : 마우스 오른쪽 버튼   3. 다른 프로그램과 같은 조작방법으로 바꿀 수 있음    - Abaqus/CAE    - Catia V5    - Hyper View    - Pro/ENGINEER Wildfire    - UGS NX    - Solid Works

BEAM Analysis

Part

Model Tree에서 Part를 더블 클릭하면, Solid, Shell, Wire 등의 형상 정의를 할 수 있는 창이 보입니다. 

Beam 형상은 Solid로 구성되어 있으며, Extrude라는 방법을 이용하여 만들 수 있으며, Continue를 눌러 Sketch로 넘어가게 됩니다.

사각형 아이콘이나 라인을 통해 아래와 같이 길이 10을 갖는 정사각형을 그려줍니다. 모델링이 끝나면 마우스 휠을 두번 클릭합니다.

그러면 길이에 대한 부분을 넣을 수 있으며, 수치 100을 넣어줍니다.

Property

1. Model Tree에서 Material을 더블 클릭

2. Mechanical - Elasticity - Elastic을 정의

  - 등방성 물성치를 적용하기 때문에 Young's Modulus와 Possion Ratio만 적용해줍니다.

3. Model Tree에서 Section을 통해 앞에서 정의된 물성치가 어느 Part 할당될 것인지를 사용자가 정의해주는 작업을 수행합니다.

4. Part가 옥색으로 바뀌면 하나의 Part에 한개의 물성치가 제대로 적용된 것을 나타냅니다. 만약 하나의 Part에 두번의 Section Assign이 

   이루어졌다면 Part가 붉은색이 됩니다.

Assembly

1. 단일 Part일 경우에도 Assembly를 꼭 해줍니다. 

   Assembly 모듈에서는 이동, 회전 등의 작업을 할 수 있으나 추후 Workshop에서 활용할 수 있도록 하겠습니다.

Step

1. Model Tree에서 Static General을 선택

2. Basic Tab

   - Total Time은 1로 그대로 설정 

   - 여기서의 Total Time은 실제 시간이 아닙니다. 일반적으로 ABAQUS/STANDARD 해석은 TIME INCREMENT를 사용합니다.

3. Incrementation Tab

   - Maximum number of increments : 아래 사진에서 볼 수 있듯이 Increment라는 부분에서 계산할 수 있는 횟수를 말합니다. 

   - Initial     : 초기 Increment를 말합니다. 만약 Initial Increment 0.1로 적용했다면, Total Time의 1/10의 계산을 진행하는 것을 말합니다.

   - Minimum : 아래 사진 Att열에서 볼 수 있듯이 1U라는 것은 해석이 진행되다 수렴성 문제로 해석이 진행이 되지 않아 더 작은 Increment 로 계산을 진행시키는 것을 볼 수 있습니다. 마지막 열의 0.01875로 계산이 진행되는 Increment가 1U로 인해 0.004687의 Increment로 재 계산되어지는 것을 알 수 있습니다. 하지만, 한도없이 계속 Increment가 떨어질수 없기때문에 최소 한계치를 정해주는 부분입니다.

    - Maximum : Minimum과 반대로 최대치를 정하는 것을 말합니다. 하지만, Total Time 이상으로 설정할 수는 없습니다.

Load

1. BCs(Boundary Condition) 조건을 통해서 변위조건이나 속도 조건을 적용할 수 있습니다.

   - 변위가 0인 경우에는 각 자유도 별로 고정된다고 생각하면 됩니다.

   - 자유도(Degree of Freedom)라는 것은 기본적으로 좌표계와 연관이 있습니다. 1번 자유도는 X축, 2번은 Y축, 3번은 Z축에 관여합니다. 

      또한, 4번은 X축의 회전, 5번은 Y축의 회전, 6번은 Z축의 회전으로 표현을 합니다.

2. LOAD는 힘(집중하중, 분포하중, 중력 등등)과 관련된 부분을 적용하는 것입니다.

BEAM Model 정보

유투브를 보면서, 따라해본 뒤에 아래와 같은 모델의 재원정보 및 물성치만을 이용하여 해석을 진행해보면, 해석 절차를 더 잘 기억할 수 있을 것이라 생각합니다. 

- 가로 x 세로 x 높이 : 10 x 10 x 100 - Material Property    Young's Modulus : 210000 MPa    Poisson's Ratio : 0.3 - Boundary Condition    Pressure : 100 MPa    BC : 한쪽 면 고정