경계 조건과 하중¶

FrontISTR에서는 구조 해석, 열전도 해석 및 동적 해석의 경계 조건과 하중을 키워드로 정의합니다. 정적 구조 해석에서는 정의한 경계 조건과 하중을 그룹 ID로 묶고, !STEP의 BOUNDARY 또는 LOAD 행을 통해 스텝별로 활성화합니다. 동적 해석에서도 암시적 해법의 !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION, !SPRING을 !STEP에서 그룹별로 활성화할 수 있습니다. 시간에 따라 변하는 조건은 !AMPLITUDE를 사용하여 스케일링하며, 여러 자유도 사이의 선형 관계는 !EQUATION으로 정의합니다.

기능 개요¶

경계 조건과 하중은 해석 종류별로 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

해석 종류	주요 키워드	용도
구조 해석	`!BOUNDARY`	고정 구속, 강제 변위 및 회전 중심을 기준으로 한 강제 회전을 적용합니다.
구조 해석	`!CLOAD`	집중 절점력, 회전 자유도에 대한 모멘트 및 회전 중심을 기준으로 한 토크를 적용합니다.
구조 해석	`!DLOAD`	표면 압력, 표면 하중, 체적력, 중력 및 원심력을 적용합니다.
구조 해석	`!SPRING`	절점 자유도에 스프링 지지를 적용합니다.
구조 해석	`!TEMPERATURE`	열응력 해석에 사용하는 절점 온도를 직접 지정하거나 결과 파일에서 읽습니다.
동적 해석	`!VELOCITY`, `!ACCELERATION`	초기 속도 또는 가속도, 혹은 시간에 따라 변하는 강제 속도 또는 가속도를 적용합니다.
열전도 해석	`!FIXTEMP`, `!CFLUX`, `!DFLUX`, `!SFLUX`, `!FILM`, `!SFILM`, `!RADIATE`, `!SRADIATE`	고정 온도, 열유속, 대류 및 복사를 적용합니다.
공통	`!AMPLITUDE`	경계 조건과 하중의 시간 변화 스케일 인자를 표 형식으로 지정합니다.
메시 정의	`!EQUATION`	다점 구속 방정식을 정의합니다.

구조 해석에서 자유도 번호 1, 2, 3은 일반적으로 병진 자유도, 4, 5, 6은 회전 자유도로 취급합니다. 회전 자유도는 셸 및 보 요소처럼 6자유도를 갖는 모델에서 의미가 있습니다. 2차원 또는 3차원 솔리드 요소만 포함하는 모델에서는 대상 절점이 실제로 갖는 자유도 범위 내에서만 구속과 하중을 지정하십시오.

구조 해석의 변위 구속¶

변위 구속은 !BOUNDARY로 지정합니다. 절점 또는 절점 그룹에 대해 자유도 범위와 값을 지정합니다. 값이 0이면 고정 구속을, 0이 아니면 강제 변위 또는 강제 회전을 정의합니다.

구조 해석에서 !BOUNDARY는 1부터 6까지의 자유도 범위를 받습니다. 1부터 3은 병진 변위에, 4부터 6은 회전 자유도를 갖는 절점의 회전 구속에 해당합니다. 자유도 범위를 한 번에 지정할 수 있으므로, 예를 들어 1부터 3을 동시에 고정하여 병진을 구속할 수 있습니다.

AMP 매개변수를 지정하면 강제값이 진폭 함수에 따라 시간에 따라 변합니다. 일반 지정에서는 스텝 내 하중 계수 또는 진폭 함수의 변화에 따라 강제 변위가 증분적으로 적용됩니다. TOTAL=YES를 지정하면 지정값을 목표 총변위로 취급합니다.

ROT_CENTER를 지정하면 중심 절점 그룹을 기준으로 회전 구속을 적용할 수 있습니다. 이 지정에서는 회전량으로부터 대상 절점 그룹의 병진 변위를 계산하여 구속으로 부여합니다. ROT_CENTER와 TOTAL=YES의 조합은 지원되지 않으므로, 회전 중심을 기준으로 한 회전 구속은 증분 지정으로 사용합니다.

구조 해석의 집중 하중¶

집중 절점 하중은 !CLOAD로 지정합니다. 절점 또는 절점 그룹, 자유도 번호 및 하중값을 지정하면 해당 자유도의 우변에 하중이 반영됩니다.

병진 자유도 1부터 3에 지정한 값은 좌표 방향의 절점력으로 취급됩니다. 회전 자유도가 있는 모델에서는 4부터 6에 지정한 값으로 회전 자유도에 모멘트를 적용할 수 있습니다. AMP 매개변수를 지정하면 집중 하중에 진폭 함수의 값을 곱합니다.

ROT_CENTER를 지정하면 중심 절점 그룹을 기준으로 토크를 적용합니다. 이 경우 지정한 토크 벡터를 중심에서 대상 절점까지의 위치 벡터에 따라 절점력으로 분배합니다. 중심과 대상 절점의 위치가 같으면 토크를 분배할 수 없으므로, 회전 중심과 하중점 사이의 기하학적 관계를 확인해야 합니다.

절점 그룹에 !CLOAD를 지정한 모델에서 !MESH의 REFINE(메시 세분화, Refiner)을 함께 사용하는 경우에는 주의가 필요합니다. 세분화로 원래 절점 그룹에 포함된 모서리에 새로운 중간 절점이 생성되고, 이 중간 절점도 같은 절점 그룹에 추가됩니다. !CLOAD는 절점 그룹의 모든 절점에 동일한 집중 하중값을 부여하므로 추가된 중간 절점에도 같은 집중 하중이 적용되어, 총하중이 세분화 전의 의도와 달라집니다. 절점 그룹으로 집중 하중을 지정할 때는 세분화에 따른 하중점 증가를 고려하거나, 가능하면 개별 절점을 직접 지정하십시오.

구조 해석의 분포 하중과 체적력¶

분포 하중과 체적력은 !DLOAD로 지정합니다. !DLOAD는 요소 그룹 또는 표면 그룹에 대해 하중 종류와 매개변수를 지정합니다. 시간 변화는 AMP 매개변수로 지정합니다.

주요 하중 종류는 다음과 같습니다.

하중 종류	설명
`P0`, `PP`, `P1`–`P6`	요소 면에 작용하는 압력을 적용합니다. 면 번호와 요소 면의 대응 관계는 요소 종류에 따라 다릅니다.
`PX`, `PY`, `PZ`	좌표 방향을 명시하여 압력을 지정합니다. 입력 처리 중 방향 벡터로 변환됩니다.
`S...`	표면 그룹에 표면 하중을 적용합니다. 면 번호는 표면 그룹 정의에서 얻습니다.
`BX`, `BY`, `BZ`	좌표 방향의 체적력을 적용합니다.
`GRAV`	중력 가속도 벡터를 지정합니다. 재료 밀도와 조합되어 체적력으로 반영됩니다.
`CENT`	회전축과 각속도를 기준으로 원심력을 적용합니다.

FOLLOW=YES를 지정하면 표면 압력이 변형된 표면의 방향을 따라갑니다. 이 지정은 유한 변형을 고려하는 구조 해석에서 의미가 있습니다. 비선형 기하가 비활성화된 해석에서는 구현상 추종 압력이 비활성화됩니다.

열해석 측의 P1부터 P6 및 S1부터 S6과 마찬가지로 면 번호의 의미는 요소 종류에 따라 다릅니다. 면 번호의 구체적인 대응 관계와 데이터 필드 순서는 키워드 레퍼런스를 참조하십시오.

구조 해석의 스프링 지지¶

스프링 지지는 !SPRING으로 지정합니다. 절점 또는 절점 그룹, 자유도 번호 및 스프링 상수를 지정하면 대상 자유도의 대각 강성에 스프링 강성이 더해지고, 현재 변위에 비례하는 스프링 반력이 우변에 반영됩니다.

자유도 1부터 3에 지정하면 병진 스프링으로 취급됩니다. 회전 자유도가 있는 모델에서는 4부터 6을 지정하여 회전 스프링을 사용할 수 있습니다. 대상 모델에 존재하지 않는 자유도에 스프링을 지정하지 않도록 자유도 구성을 확인하십시오.

현재 구현에서는 !SPRING의 스프링 강성이 개별 진폭 함수에 의해 시간에 따라 변하지 않습니다. 스텝 내에서는 스텝 계수에 따라 조립됩니다. 스프링 지지를 켜거나 끄려면 그룹 ID와 !STEP의 LOAD 지정을 사용하여 스텝별로 제어하십시오.

구조 해석의 온도 하중¶

구조 해석에서 열변형률에 의한 하중을 적용하려면 !TEMPERATURE를 사용합니다. 각 절점 또는 절점 그룹에 온도를 지정하면 기준 온도 또는 이전 온도와의 차이를 바탕으로 열응력 해석용 등가 절점력이 조립됩니다. 열팽창계수는 재료 정의에서 지정합니다. 기준 온도는 !REFTEMP로 지정합니다.

온도는 제어 파일에서 직접 지정하거나 열전도 해석 또는 다른 해석이 생성한 결과 파일에서 읽을 수 있습니다. READRESULT를 지정하면 데이터 행의 절점 온도를 읽지 않고, 대신 SSTEP, INTERVAL, READTYPE 및 관련 매개변수로 지정한 결과 데이터를 읽습니다. 결과 파일을 사용할 때는 저장된 시간 또는 스텝 번호가 구조 해석 측의 지정과 대응해야 합니다.

!TEMPERATURE에는 AMP 매개변수가 없으므로 진폭 함수에 의한 스케일링 대상이 아닙니다. 온도 이력을 변화시키려면 온도 데이터 자체, 읽어들이는 열해석 결과 또는 스텝 분할을 제어하십시오.

동적 해석의 초기 조건과 강제값 (속도 및 가속도)¶

동적 해석에서는 !VELOCITY와 !ACCELERATION으로 속도 또는 가속도의 초기 조건이나 강제값을 지정할 수 있습니다. 둘 다 절점 또는 절점 그룹, 자유도 범위 및 값을 지정합니다. 자유도 범위는 1부터 6이며, 회전 자유도가 있는 모델에서 4부터 6은 각속도 또는 각가속도에 해당합니다.

TYPE=INITIAL은 해석 시작 시의 초기 속도 또는 초기 가속도를 지정합니다. 초기 속도를 지정하면 운동 방정식과 일관되도록 초기 가속도를 계산합니다. 초기 가속도를 지정한 경우에는 초기 속도를 계산하는 경로가 있습니다.

TYPE=TRANSIT은 시간에 따라 변하는 강제 속도 또는 강제 가속도를 지정합니다. TYPE을 생략하면 TRANSIT으로 취급합니다. AMP를 지정하면 동적 해석 시각에서 진폭 함수를 보간하여 강제값에 곱합니다.

다점 구속¶

여러 절점 자유도 사이에 선형 관계를 부과해야 할 때는 다점 구속 기능을 사용합니다. 해당 키워드는 !EQUATION이며, 단일 절점·단일 자유도의 고정 구속으로 표현하기 어려운 강체 결합, 주기 경계, 절점 간 변위 관계 등을 표현할 수 있습니다.

다점 구속의 사용 방법, 선형 솔버에서의 처리 및 접촉 TIED와 같은 다른 자유도 결합 기능과의 관계는 다점 구속을 참조하십시오.

열전도 해석의 경계 조건¶

열전도 해석에서는 고정 온도, 열유속, 대류 및 복사를 경계 조건으로 적용합니다. 구조 해석의 !STEP과 별도로, 열해석의 시간 제어는 !HEAT로 지정합니다.

키워드	대상	설명	진폭 지정
`!FIXTEMP`	절점 또는 절점 그룹	온도를 고정합니다.	`AMP`
`!CFLUX`	절점 또는 절점 그룹	집중 절점 열유속을 적용합니다.	`AMP`
`!DFLUX`	요소 또는 요소 그룹	요소 체적 또는 요소 면에 분포 열유속을 적용합니다.	`AMP`
`!SFLUX`	표면 그룹	표면 그룹에 열유속을 적용합니다.	`AMP`
`!FILM`	요소 또는 요소 그룹	요소 면에 대류 경계를 적용합니다.	`AMP1`, `AMP2`
`!SFILM`	표면 그룹	표면 그룹에 대류 경계를 적용합니다.	`AMP1`, `AMP2`
`!RADIATE`	요소 또는 요소 그룹	요소 면에 복사 경계를 적용합니다.	`AMP1`, `AMP2`
`!SRADIATE`	표면 그룹	표면 그룹에 복사 경계를 적용합니다.	`AMP1`, `AMP2`

!DFLUX에서 BF는 체적 발열을, S0부터 S6은 요소 면의 열유속을 나타냅니다. !FILM에서는 요소 면을 F0부터 F6으로, !RADIATE에서는 R0부터 R6으로 지정합니다. 면 번호와 실제 요소 면의 대응 관계는 요소 종류에 따라 다르므로 자세한 내용은 각 키워드 레퍼런스를 참조하십시오.

대류 경계는 대류 계수와 외부 온도를 지정합니다. 복사 경계는 방사율에 해당하는 계수와 주변 온도를 지정합니다. AMP1은 계수 측, AMP2는 외부 또는 주변 온도 측에 대응하므로 각각의 시간 변화를 독립적으로 지정할 수 있습니다.

진폭 함수¶

진폭 함수는 시간과 값의 표를 사용하여 경계 조건 또는 하중의 시간 변화를 정의합니다. 입력에서는 !AMPLITUDE로 이름이 있는 시간 테이블을 정의하고, 대상 키워드의 AMP, AMP1 또는 AMP2 매개변수에서 이를 참조합니다.

주요 적용 가능 키워드는 다음과 같습니다.

구조 해석: !BOUNDARY, !CLOAD, !DLOAD
동적 해석: !VELOCITY, !ACCELERATION
열전도 해석: !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE

!AMPLITUDE는 표 형식(DEFINITION=TABULAR)으로 읽으며, 시간 종류는 스텝 시간(TIME=STEP)으로 취급합니다. 값은 상대값 또는 절대값으로 정의할 수 있지만, 개별 키워드에서는 보통 기준값에 곱하는 계수로 사용됩니다.

!TEMPERATURE는 진폭 함수의 대상이 아닙니다. 또한 !SPRING은 스프링 상수의 독립적인 시간 변화로 조립되지 않으므로 스프링 지지의 전환은 스텝 제어로 수행합니다.