Structural Mechanics Module

Structural Mechanics 모듈 사용자를 위해 COMSOL Multiphysics® 5.4버전은 응답스펙트럼 분석 기능, 대표 체적요소를 이용한 재질 데이터 균일화 및 재질의 활성화를 제공하고 있습니다. 이러한 구조 특징과 관련하여 보다 자세한 사항은 아래 내용을 확인하시기 바랍니다.

Response Spectrum Analysis

응답 스펙트럼 분석과 관련한 새로운 기능이 있으며, 짧은 시간 내에 인가되는 충격이나 예측 불능의 동적 거동을 분석하는데 사용됩니다. SRSS, CQC(der Kiureghian), absolute sum, ten percent, grouping 및 double sum (Rosenblueth)과 같은 여러 가지 모드 중첩법을 지원합니다. 네 가지 국부적인 중첩법은 SRSS, 100-40-40, CQC3, SRSS3이 이용 가능합니다.
이는 Gupta 및 Lindley-Yow methods를 이용하여 주기적 모드와 강체 모드를 분리하는 것이 가능하며, 고유모드로 나타나지 않는 질량에 대한 정적 교정을 추가할 수 있습니다. Response Spectrum이라 명명한 해석 방법을 사용할 수 있으며, 이러한 해석 설정을 위해 모델 트리에 추가할 수 있습니다.

이러한 특징을 이용한 새로운 두 가지 예제가 있습니다:

• building_response_spectrum
• motherboard_shock_analysis

Representative Volume Elements (RVE) for Homogenization of Periodic Materials

많은 비균일 재질에 있어서, periodic 경계조건을 이용하여 반복되는 구조물의 최소 형상을 통해 유효 재질 데이터의 계산이 가능합니다. 이러한 셀(cell)을 대표 체적 요소(RVE)라고 불립니다. 새로운 Cell Periodicity 특징은 경계 조건이나 외력의 설정을 자동화하고 거대 구조 해석에 사용되는 비등방성 탄성 데이터나 열팽창 계수를 계산할 수 있습니다. 새로운 예제인 Micromechanical Model of a Composite에서 기능을 확인할 수 있습니다.

Shell Interface for Axisymmetric Analysis

축방향 대칭 쉘 구조물은 공학에서 많이 사용됩니다. Shell 인터페이스는 2차원 축대칭에 대해 이용 가능한데, 이러한 구조물의 해석에 유용합니다. 이는 음향-구조 연동과 같은 다중물리 현상을 살펴볼 때 특히 중요합니다.

이러한 특징은 아래의 예제에 나타나 있습니다:

• free_cylinder
• spherical_cap_with_central_point_load (New)

New Fluid-Structure Interaction Couplings

유동-구조 연동(FSI) 해석은 쉘과 멤브레인으로 확장되어 사용 가능합니다. 동시에, Fluid-Structure Interaction 다중물리 연동은 유체 도메인의 변형이 중요한 상황이나 무시할 수 있는 상황에 결합되어 사용할 수 있게 재설계되었습니다. 또한 어셈블리 상태에서 유동-구조의 연동이 가능한데, 구조와 유동 간의 연성은 일반적인 경계면에서 요소를 공유할 필요가 없습니다. 이러한 기능은 유연체와 강체를 포함하는 FSI에 대해서 Multibody Dynamics 모듈을 통해 사용할 수 있도록 확장되었습니다. 보다 자세한 사항은 Multibody Dynamics Module 설명을 참조 바랍니다.

이러한 특징은 아래의 예제에 나타나 있습니다:

• peristaltic_pump
• aluminum_extrusion_fsi

Activation of Material for Additive Manufacturing

많은 제작 공정에서, 재질은 순차적으로 추가됩니다. 수 많은 경우, 재질은 응력이 부가되지 않는 상태로 추가되어야 합니다. Linear Elastic Material 노드의 Attribute인 새로운 Activation를 통해, 사용자 정의 기준에 근거한 재질을 추가 혹은 삭제가 가능합니다. 이러한 기준은 임의로 표현할 수 있는데, 예를 들어, 시간, 매개변수 값 혹은 온도에 근거할 수 있습니다. 이 기능을 Layered Plate 에서 확인할 수 있습니다.

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Roller Condition with Analytical Normal Orientation

Roller 구속조건에서, 구조체에서 미끄럼이 있는 부위에 수학적인 경계면을 부여할 수 있습니다. 이 기능을 이용하면 유한한 변위나 회전에 대한 롤러 조건을 사용할 수 있습니다. 이러한 새로운 경계조건은 불러온 메시를 사용하는 것처럼 경계면의 수직방향 벡터가 완벽한 회전보다 작은 상황을 피하고자 하는 경우에 사용합니다.

Reaction-Free Symmetry Conditions

Structural Mechanics 인터페이스의 대칭 조건은 대칭면이 고정이기 보다는 수직방향으로 변위를 허용하는 경우로 확장할 수 있습니다. 반력이 없는 대칭 조건은 주로 전체 반력이 없는 구조물 끝단에 사용됩니다. 이에 더하여, 완전 자유단으로 구성된 대칭면이 변위 혹은 반력을 포함할 수 있습니다. 이러한 기능은 Surface Resistor 모델에서 확인할 수 있습니다.

New Study Types for Modal Superposition

모드 중첩을 위해 새로운 두 가지 해석 방법이 추가되었으며, Time Dependent, Prestressed, Modal과 Frequency Domain, Prestressed, Modal이 이에 해당합니다. 두 가지 경우에, 세 개의 해석 단계가 생성됩니다. 이 중에 첫 번째는 정상상태 단계이며, 부가적인 고유진동수를 결정하기 위해 사용되는 사전응력(prestress)상태에 해당합니다. 이러한 해석 방법을 사용해, 유효한 모드 중첩법으로 사전응력이 작용하는 구조물을 보다 쉽게 해석할 수 있습니다. 이에 따라, 동적 해석에 대한 이전 해석 유형 중 몇 가지는 다른 이름이 부여되었습니다.

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Burgers Viscoelastic Model

Burgers 모델이 점탄성 재질 모델의 리스트에 추가되었습니다. 이는 응력이 외력으로 작용할 때 오랫동안 안정적이지 않은 점에서 유체와 유사성을 지닌 구성 모델입니다. 예를 들어, Burgers 모델은 토양이나 생체 재질 모델링에 사용될 수 있습니다.

Rigid Connector for Edges and Points

강체 연결 기능을 사용하는 것은 기계 조립품을 모델링 할 때 중요합니다. Rigid Connector에는 점, 선, 면을 혼합하여 사용 할 수 있습니다. 점이나 선에 직접 강체 연결 설정이 가능하게 되었습니다. 점 연결은 나사연결이나 리벳 연결 설정에 유용하게 사용 할 수 있습니다.

Flexible Formulation of the Rigid Connector Feature

Rigid Connector 기능에 Rigid와 Flexible두 가지 수식이 추가 되었습니다. 기본으로 Rigid 수식이 사용되고 이는 선택된 경계, 모서리, 점을 강체 연결된 것으로 가정하고 해석 됩니다. 이 경우에 예측되지 않은 강성이나 비현실적인 국부 응력이 발생하기도 합니다. Flexible 수식으로 변경하게 되면 구속에 평균 개념이 적용됩니다. Flexible 수식은 경계을 선택한 경우에만 사용 가능합니다.

Utility Functions for External Materials

외부 재료 기능을 사용하여 구성 관계식을 프로그래밍 할 때 특정한 코드가 반복적으로 사용됩니다. 이는 다양한 텐서 연산, 주요 값 및 방향, 역행렬 계산이 포함됩니다. 새롭게 추가된 20개 이상의 함수는 이러한 공통적인 부분을 포함하고 있고 이를 사용하면 코딩 하는데 많은 시간을 절약 할 수 있습니다.

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New Tutorial Models

COMSOL Multiphysics® 5.4버전에는 몇 가지 새로운 모델이 추가되었습니다.

Earthquake Analysis of a Building 응답스펙트럼 해석을 통한, 지진에 의해 예상되는 프레임에서의 최대 응력.

Shock Response of a Motherboard 응답 스펙트럼 분석을 사용하여 계산된 50g 11ms 충격 동안 게임 콘솔 마더 보드의 볼트 위치에 대한 최대 변위

Connecting Beams and Solids 예제 모델에서, 솔리드와 빔간의 연결이 고찰되었습니다. 그림은 선택한 연결 옵션에 따른 빔에서 솔리드로의 전달 결과를 나타냅니다.

Prestress of Main Bearing Cap Bolts 볼트 단면을 관통하는 절단면에서의 응력. 오른쪽에 있는 응력은 볼트 체결 모델링이 사용된 것으로, 볼트와 나사산간의 연속성을 가정하기 보다는 이러한 기술 사용의 중요성을 나타냅니다.

Micromechanical Model of a Composite 20% 섬유 함량의 섬유 적층 복합재질에 대한 단위 셀. 모델은 등가 평가 비등방성 재질을 결정하는데 사용됩니다.

Spherical Cap with Central Point Load 포인트 하중이 원형 쉘의 상부에 작용할 때, 포인트를 관통하는 지점 주위의 변형 및 힘.