1. Abstract
구조해석을 위해서는 구조물의 경계 조건이 원활히 정의되어야 합니다 . 경계 조건이란 구속 조건과 접촉 조건을 의미하는데 , 해석하고자 하는 요소의 자유도를 모두 구속하는 방식으로 경계 조건이 정의되어야 합니다 . 하지만 셋팅하는 과정에서 별도의 구속 조건을 정의하기 어려운 상황에서 해석을 수행해야 하는 경우가 발생하며 대표적인 사례가 이와 같은 경우는 챔버 내에서 제품의 열변형을 테스트 하는 과정에서 발생할 수 있습니다 .
본 테크노트에서는 스프링 요소를 활용하여 챔버 내에서의 구속 정의가 어려운 열변형에 대한 해석을 위해 스프링 요소 사용하는 방법을 기술하고자 합니다
2. Technology 배경
구조해석을 위해서는 해석 대상이 되는 시스템의 구속 자유도가 모두 정의되어야 합니다 . 이 때 구속 자유도란 구조물이 움직일 수 있는 방향을 의미합니다.
[자유도 정의]
일반적인 구조해석에서는 자유도 구속이 정의되어야만 원활하게 해석이 진행되어 결과를 도출하게 됩니다 . 하지만 일부 물리적 현상에서는 자유도 구속의 정의가 모호한 경우가 발생할 수 있는데 대표적인 사례가 챔버 내의 열변형을 해석할 경우입니다 . 제품을 개발하는 과정에서 제품이 사용되는 온도 환경에 따른 제품의 성능을 분석하고자 챔버를 이용하여 온도 환경에 해당 하는 온도를 설정한 뒤 제품의 팽창 또는 수축 현상의 발생 여부와 발생 시 변형량 및 그에 따른 제품 파손 , 원활한 작동 여부를 확인합니다.
[왼쪽 : 챔버 , 오른쪽 : 챔버 내부에 제품이 놓여진 상태]
이러한 챔버 내부의 환경을 보다 자세히 분석해 보면 아래와 같습니다.
1) 별도의 고정 볼트 체결 등 조건이 없이 챔버 내 바닥에 제품이 올려져 있음
2) 제품이 주변 온도에 따라 자유롭게 팽창 또는 수축하는 현상 발생
3)제품의 온도 분포의 차이가 없이 모두 일정한 온도 값을 가짐
챔버 내부 제품의 열변형을 해석하기 위해서는 별도의 고정이 없는 상태를 어떻게 셋팅할것인가와 제품의 온도 분포 차이가 없이 모두 일정한 온도를 가진 제품의 변형을 위해 하중 조건 정의 및 어떤 해석 종류를 통해서 해석을 수행할 것인지 결정해야 합니다
이에 본 테크노트에서는 구속조건 설정이 어려운 경우에 대해 적절한 구속 조건을 설정할 수 있는 방안과 챔버와 같은 특정한 상태의 열변형을 해석하기 위한 하중 정의 및 해석 종류 선정 방법에 대해 기술합니다.
3. Technology 이론
3-1. 스프링을 이용한 구속 정의
구조해석을 수행하기 위해서는 기본적으로 모델에 구속 자유도가 정의되어야 하며 어느 하나의 자유도라도 정의되지 않으며 에러가 발생하면서 해석이 진행되지 않습니다 . 하지만 챔버와 같이 내부 온도 변화에 따라 제품의 팽창과 수축이 이뤄져야 하는 환경에서는 제품이 챔버 내 바닥면과 접촉하고 있을 뿐 별도의 체결을 통한 구속이 정의되지 않습니다.
이와 같이 구조 해석에서 구속 조건 정의가 부족할 경우 사용하는 요소가 스프링 요소입니다 . 스프링 요소는 크게 2 가지 용도로 사용됩니다.
1 ) 실제 스프링의 기능을 대체하는 용도 아래 그림 왼쪽
2) 특정 절점의 구속을 정의하기 위한 용도 아래 그림 오른쪽
스프링을 이용한 구속을 정의하기 위해서는 2) 의 용도로 사 용해야 합니다 . 스프링 요소를 생성하는 화면 구성을 보면 구속을 정의하고자 하는 위치에 그라운드 절점을선택합니다 . 그리고 구속 자유도 방향을 선택합니다 잘 모를 경우 모든 자유도를 선택합니다 ). 마지막으로 특성에서 스프링의 강성 값을 입력합니다
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