ABAQUS를 위한 Composite Lay-up 적용 방법 (Keyword)

안녕하세요.

이번에는 어제 포스팅에 이은 Composite Material에 관한 예제입니다.

아래 예제는 ABAQUS Documentation에서 'Benchmark Guide 4.9.1'의 예제를 가지고 설명을 드릴려고 합니다. 이 예제는 Shell에서의 Composite Layup을 나타낸 부분으로 Composite Material의 가장 기초적인 부분이라고 할 수 있습니다. 또한, 이것을 통해 WCM plug-in이나 총알 관통과 같은 충격 해석에서의 복합재료 부분을 쉽게 적용할 수 있을 것이라고 생각됩니다.

본격적으로 ABAQUS Keyword를 통한 Composite Layup 적용 방법에 대해서 설명하도록 하겠습니다.

일단 아래에 나와있는 '*NODE'와 '*ELEMENT'는 앞에 많은 포스팅에서 설명했던 것과 같이 해석 도면 상에서의 하나의 점을 나타내며, 이 점들을 이어서 만든 것이 Element라고 할 수 있습니다. 

*NODE

*Element

위에서 만들어진 Element는 'S4','S3'와 같은 요소타입을 갖는 Shell 요소로 정의가 되어 있으며, 이것에 Shell Section을 정의해주는 것에 따라서 복합재료의 성질을 부여할 수 있습니다. 일반적으로 Shell 요소에는 'Shell Section'이라는 것과 'Elset'으로 어느 Element에 형상 정의를 적용할 것인지를 정하게 됩니다. 반면에 복합재료를 적용하기 위해서는 추가적인 옵션인 'Composite'이라는 옵션이 추가적으로 붙으며, 아래줄에 형성된 것과 같이 줄 수는 복합재료의 적층 수를 말합니다. 그래서 이 예제에서는 7개의 층이 적층이 된 것을 알 수 있습니다. 또한, 이 줄을 형성하는 형식은 '(적층 판의 두께),(Simpson'rule or Gauss quadrature의 적분점),(재료의 이름),(복합재료의 적층 각도)'의 순서대로 나타냅니다. 이 형식에서 가장 유의해야할 부분은 적분점을 형성하는 부분인데, 일반적으로 Simpson'rule에서는 기본 적분점을 3개부터 99개를 가지며, Gauss quadrature의 경우에는 2개부터 15개까지 갖을 수 있다는 것을 유의해야 합니다. 

*SHELL SECTION,ELSET=ELALL,COMPOSITE

.1,3,MAT,0.

.1,3,MAT,90.

.1,3,MAT,0.

.4,3,MAT,90.

.1,3,MAT,0.

.1,3,MAT,90.

.1,3,MAT,0.

아래의 Material을 정의해주는 부분은 기존에 설명한 부분과 비슷한 부분이 많습니다. 특별히 다른 부분은 '*Elastic, Type=Lamina'라고 할 수 있습니다. Lamina를 형성하는 구조는 '(1번 방향 Elastic),(2번 방향 Elastic),(Poisson's ratio),(Shear modulus 12),(Shear modulus 13),(Shear modulus 23)'이라고 할 수 있습니다.

*MATERIAL,NAME=MAT

*ELASTIC,TYPE=LAMINA

1.E5,5.E3,.4,3.E3,3.E3,2.E3

*DENSITY

1.E-4, 

아래와 같은 부분에서 기존에 설명 안했던 부분만 설명을 하고 넘어가도록 하겠습니다.

일단 'Step'이나 'Amplitude', 'Cload'같은 키워드는 다 설명을 했지만, '*Boundary'가 Step 밖에 있을때의 역할을 설명을 안해서 이것까지만 설명을 하고 마치도록 하겠습니다. 기존 Input파일에서는 '*Boundary' 명령어가 모두 Step안에 존재를 해서 하나의 Step 안에서만 그 역할을 했습니다. 하지만, Step 밖에 있는 Boundary 명령어는 Step의 갯수에 상관없이 해석의 처음부터 끝까지 모두 적용이 된다고 생각하시면 이해하기 쉬울 것 같습니다. 그래서 Step 밖의 Boundary는 보통 Fix 조건을 줄때 많이 사용합니다.

*BOUNDARY

....

*STEP

*DYNAMIC,EXPLICIT

,1.0

*CLOAD, AMPLITUDE=RAMP

11,3,-4.16665

111,3,-16.66665

211,3,-4.16665

...

*END STEP

나머지는 기존에 설명했던 것과 중복이 되어서 넘어가도록 하겠고, 오늘의 Composite Layup 관련 포스팅은 여기서 마치겠습니다.

질문은 댓글을 남겨주시면 최대한 자세히 답변 드릴 수 있도록 하겠습니다.