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서포트 토픽스 ／ Engineer's Studio(R) 평판요소와 프레임요소의 혼재 모델로 계산 에러를 해결하는 방법

사례 수평면내에 평판요소가 있어 도중부터 기둥이 서있는 듯한 모델을 계산시키면 그림1과 같이 [Solver에러]가 생겨 계산을 할 수 없습니다. 원인은 평판요소와 기둥의 접속 부분의 절점이 연직축회전으로 빙글빙글 회전해 버리는 듯한 불안정구조이기 때문입니다. ▲그림1　계산 실행하면 에러가 되는 모델 ■대책1 우선 생각할 수 있는 대책방법은 불안정의 요인을 직접적으로 제거하는 것입니다. 그림2와 같이 기둥 하단부의 절점을 지점으로 설정하고 연직축회전(θyl)을 [고정]으로 합니다. ▲그림2　대책1　기둥 하단 절점을 구속 ■대책2 다음으로 들 수 있는 것은, 불안정 요인을 간접적으로 제거하는 것입니다. 그림3에서는 기둥 천단에서 좌측으로 수평부재가 접속되어 있으며 단부를 전체 Z축방향으로 고정으로 하고 있습니다. 이 상태에서는 기둥이 연직축회전으로 회전할 수 없습니다. 결과적으로 모델이 안정되는 예입니다. ▲그림3　대책2　기둥이 회전하지 않도록 모델화를 실시 원인 평판요소의 절점자유도는 5개입니다. 그림4에서 나타내듯이 평판요소의 법선축회전의 자유도를 가지고 있지 않습니다. 프레임요소의 절점자유도는 6개 있습니다. 이 부정합에 의해 모델 전체의 연립방정식을 풀 수 없게 됩니다. 거기서 Engineer's Studio(R)에서는 평판요소의 법선축회전의 자유도를 고정으로 하는 자동안정화장치를 탑재하고 있습니다. 그런데 이 자동안정화장치는 만능이 아닙니다. 상기 사례와 같이 프레임요소가 접속되고 있는 절점에는 이 장치가 작동하지 않습니다. 이것이 불안정구조가 되는 원인입니다. 상기의 대책1, 대책2와 같이 평판요소의 법선축회전의 회전을 구속하는 모델화를 생각할 필요가 있습니다. ▲그림4　평판요소의 자유도는 5 정리 상기에서 설명하듯이 평판요소와 프레임요소가 혼재하는 모델에서 계산 에러가 생기는 경우는 기둥의 부재축회전이 회전하는 상황으로 되어 있는가를 확인해 보시기 바랍니다.

(Up&Coming '11 신춘호 게재)

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