ABAQUS 기초 예제 01 (KEYWORD)

안녕하세요. 오늘은 아바쿠스 기초 KEYWORD 예제를 만들어서 해석을 해보려고 합니다.

우선 몇일동안은 KEYWORD 예제를 이용하여 모델링부터 STEP까지 모두 만들어서 ABAQUS COMMAND를 이용하여 해석을 진행해보려고 합니다.

앞에 포스팅에서도 기본적인 3차원 BEAM 예제에 관하여 설명을 해 놓은 부분이 있지만, 모든 부분을 기억하는 것은 쉽지 않기 때문에 하나씩 설명을 하면서 다시 진행해보도록 하겠습니다.

모든 3차원 물체는 점, 선, 면으로 이루어져 있습니다. 그래서 KEYWORD로 진행하실 때에도 점, 선, 면 순서대로 Input파일을 구성해 나간다는 생각을 하시면 될 것 같습니다. 그렇다면, 제일 먼저 해야하는 과정은 점을 만드는 과정입니다. 점은 ABAQUS에서는 NODE라는 이름으로 표현을 합니다. 그래서 아래와 같은 형식으로 NODE를 표현해 줄 수 있습니다.

*Node

      1,           0.,          0.,           0.

      2,           1.,          0.,           0.

      3,           2.,          0.,           0.

      4,           0.5,         1.,           0.

      5,           1.5,         1.,           0.

위와 같이 표현된 NODE는 맨 앞줄에 점의 번호를 기입하고, 그 뒤로는 각 축에 대한 좌표값을 넣어주게 됩니다. 예를들어 NODE 1번에서는 X, Y, Z의 좌표가 모두 0을 갖는 것을 알 수 있으며, 원점에 1번의 NODE가 형성되어진 것을 알 수 있습니다. 또한, 위의 NODE로 만들어진 번호로 봤을때, 총 5개의 점이 있는 것을 알 수 있습니다.

*Element, type=T3D2

 1,  1, 2

 2,  2, 3

 3,  1, 4

 4,  2, 4

 5,  2, 5

 6,  3, 5

 7,  4, 5

두번째로는 Element입니다. 이것은 다른말로 하면 요소라고 표현이 되며, 요소 타입에 따라서 선이 될 수도 면이 될 수도 있고 3차원 형태의 Hexa나 Tetra 형태의 모형을 나타내는 하나의 요소로 나타낼 수도 있습니다. 일반적으로 위의 요소 타입을 봤을때, T3D2는 Truss 요소라고 하며 두개의 NODE를 이용하여 하나의 요소를 만든다고 생각하시면 됩니다. 그 외에도 S3나 S4는 Shell 요소로 나타낼 수 있으며, C3D4는 Tetra 요소, C3D8은 Hexa 요소로 표현이 됩니다. 또한, 다른 요소 타입도 많지만 이 부분에 대해서는 추후에 다른 포스팅으로 다시 설명을 드릴 수 있도록 하겠습니다.

앞에서 언급했던 것과 같이 T3D2는 두개의 점을 이어서 하나의 요소를 형성한다고 했습니다. 그래서 첫번째 줄을 봤을때 3개의 숫자 조합으로 구성되어 있는데, 맨 앞에 나오는 1은 Element Number, 그 뒤에 나오는 것은 Node Number라고 생각하시면 됩니다. 이걸 다시 말하면, 1번 점과 2번 점을 이어서 Truss Element 1번을 만들었다고 생각하시면 됩니다.

요소에 대한 정의 이후에 해야할 일은 전체 Element의 묶음을 만들어서 Material Property을 넣어줄 수 있게 만들어야 합니다. 그 Element 묶음은 Set이라고 표현을 하고, Elset이라는 명령어로 표현을 하게 됩니다. 또한, Node에 관한 묶음도 Node Set으로 표현이 되어지게 됩니다.

*Nset, nset=Set-1, generate

  1,  5,   1

*Elset, elset=Set-1, generate

  1,  7,   1

위와 같이 Set정보를 ABAQUS KEYWORD에서 입력을 해줄 수 있습니다. Nset은 Node Set을 의미하고, Elset은 Element Set을 의미합니다. 그리고 뒤에 한번 더 Nset, Elset이라고 정의해주는 부분에는 각 Set의 이름을 정의할 수가 있으며, Node Set과 Element Set의 이름은 동일해도 상관없습니다.

Nset과 Elset에서의 첫번째 데이터 라인 구성이 같기 때문에 하나만 설명을 하겠습니다. 먼저 Set 설정을 할 때, 1, 5, 1을 기준으로 한다고 하면, 1번부터 5번까지 1이라는 증분값을 통해 집합을 만드는 형식이며, Generate라는 키워드를 통해 증분을 넣어줄 수 있습니다.

*Material, name=Material-1

*Elastic

210000., 0.3

*Solid Section, elset=Set-1, material=Material-1

1.,

위에서 언급했던 것처럼 Set을 지정한 이후에 Material을 도입해주기 위한 과정을 진행해야 합니다. 

Material에서는 Elastic, Plastic, Density와 같은 Properties를 입력해주는 란이 있습니다. 위에 코드에는 기본적인 부분인 Elastic에 영률 210000MPa과 프아송비 0.3을 넣어줄 수 있습니다.

또한, Truss 구조는 Solid Section으로 정의를 할 수 있다. 여기서 요소에 할당할 부분의 Set 정보와 Material의 이름을 같이 넣어주어서 Section 정의를 추가적으로 해주어야 합니다. 그리고 Section 첫 번째 줄에 쓰여진 1은 단면적을 나타냅니다.

*Step, name=Step-1, nlgeom=NO

*Static

1., 1., 1e-05, 1.

*Boundary

1, 1, 6

3, 2, 2

*Cload

2, 2, -1.

*Output, field, variable=PRESELECT

*Output, history, variable=PRESELECT

*End Step

마지막으로 Step 부분의 정의가 필요합니다.

Step에서는 경계조건을 도입할 수 있는 부분으로 고정하거나 힘을 주는 부분을 결정할 수 있다. Step 명령어는 Step의 이름과 비선형의 도입의 유무를 결정할 수 있는 키워드를 사용한다.

Static에서는 Initial Increment, Total Increment, Minimum, Maximum 순서대로 숫자를 입력해주는 란을 가지고 있습니다.

고정되는 Boundary를 선택할때는 Boundary 명령어를 사용하면서 1번 노드 번호에 1번부터 6번까지 고정을 한다면, "1, 1, 6, 0.0"이라고 입력을 할 수 있다. 또한, 맨 마지막에 나온 0.0 부분은 생략할 수 있다.

Cload는 Concentrate Force를 도입하는 부분으로 위의 키워드를 보면, 2번 노드에 y축 방향으로 -1N만큼 적용이 된 것을 알 수 있다.

Output은 Field(Stress, Strain 관련 변수)와 History(Energy 관련 변수)를 선택하여 ODB파일로 도출 할 수 있게 선택하는 것을 말한다.

이와 같이 구성된 부분이 Step이며, 다양한 경계조건 및 Output 조건을 선택하여 도입할 수 있기 때문에 사용자의 선택에 따라 적용 방안을 찾는게 중요하다.

최종적으로 Abaqus Command 창을 이용하여 해석하는 명령어는 아래와 같다.

"abaqus Job=(Inp 파일 이름) int cpus=(cpu 개수)" 또는 abaqus 2016 버전일 경우에는 "abq2016 Job=(Inp 파일 이름) int cpus=(cpu 개수)"라고 쓰면 abaqus로 실행이 가능하다.