COMSOL Multiphysics® 5.5 Release Highlights


Structural Mechanics Module Updates


Structural Mechanics Module 사용자를 위해 쉘 및 멤브레인에 대한 접촉 모델링 기능을 제공하고 있으며, 쉘에 대한 소성, 크리프, 점소성, 점탄성 설정이 가능하고, 파이프 구조해석에 대한 물리 인터페이스를 제공하고 있습니다. 구조 해석 특징과 관련한 자세한 사항을 살펴 보시기 바랍니다.

Contact Modeling Extensions


접촉 모델링 기능이 보다 많은 물리 인터페이스에서 적용할 수 있게 되었으며, Solid Mechanics, Multibody Dynamics, Shell, Layered Shell, Membrane 인터페이스에서 가능합니다. 추가적으로, 이들 중에서 임의의 두 가지 인터페이스의 경계면 간에 접촉을 해석할 수 있습니다. 유사한 방법으로, 접촉은 이러한 인터페이스가 작동하고 있는 경우에 경계면 간에 모델링 할 수 있으며, 물리 인터페이스에서 지정되지 않더라도 임의의 요소 생성된 부위인 경계면 간에 모델링이 가능합니다.

이러한 새로운 기능을 다음의 모델에서 확인할 수 있습니다:


• block_on_arch (new model)
• instability_two_contacting_arches (new model)
• contacting_rings
• snap_hook
• snap_hook_penalty
• transient_rolling_contact
• hyperelastic_seal

쉘 요소를 사용한 아치 형상에 솔리드 블록이 가압하고 있는 형상.

쉘 요소를 사용한 아치 형상에 솔리드 블록이 가압하고 있는 형상.


Plasticity, Creep, Viscoplasticity, and Viscoelasticity Extensions


금속 및 합금 내에서의 비탄성 변형을 모델링하기 위한 소성, 크리프, 점소성 및 점탄성이 쉘 인터페이스에서 이용 가능합니다. 얇은 벽면을 갖는 구조물을 모델링 함으로써 해석 소요 시간을 저감할 수 있는 점이 중요합니다. 두께 방향으로 적분 지점의 수를 지정하여 정확성 및 해석 시간 간의 균형을 조절할 수 있습니다. 이러한 특징은 Twisting and Bending of a Metal Frame 과 Pressurized Orthotropic Container – Shell Version 모델에서 확인 가능합니다.

항복을 야기하는 비틀림 및 굽힘 하중이 작용할 때 Shell 인터페이스를 통해 얇은 박판 프레임 모델에 작용하는 von Mises 응력 분포.

항복을 야기하는 비틀림 및 굽힘 하중이 작용할 때 Shell 인터페이스를 통해 얇은 박판 프레임 모델에 작용하는 von Mises 응력 분포.


Decohesion Enhancements


박리 모델로서 손상에 근거한 변위 및 새로운 에너지 방법 모델이 기본적으로 제공되고 있습니다. 추가적으로, 견인 분리 법칙인 Exponential separation으로 모델링 할 수 있습니다. Decohesion 모델이 재질의 강성 손실에 기인하여 불안정하므로 수치적 거동의 개선을 위해 Delayed damage 정규화법을 추가 할 수 있습니다.

손상 박리 모델에서 변위를 이용한 적층 복합재료에서의 박리.

손상 박리 모델에서 변위를 이용한 적층 복합재료에서의 박리.


Multiphysics Interface for FSI with Heat Transfer


임의의 유동-구조 연성(FSI) 문제에서, 유체와 구조 간에 열전달이 중요한 문제가 됩니다. 이는 빈번하게 구조체 내에서 변형 혹은 응력에 기인한 열의 문제를 동반합니다. 새로운 Multiphysics 인터페이스인 Fluid-Solid Interaction, Conjugate Heat Transfer가 추가되어 이러한 효과들을 모델링 하는데 편의성을 제공하고 있습니다. 이는 moving mesh 및 적절한 multiphysics 연동을 갖는 Heat Transfer in Solids and Fluids, Solid Mechanics, Laminar Flow 와 같은 세 개의 물리 인터페이스가 혼합된 것입니다. 다른 모든 FSI 인터페이스와 함께, 유동은 층류를 난류로 쉽게 변경이 가능합니다. 이러한 새로운 특징이 Bimetallic Strip in Airflow 모델에서 확인할 수 있습니다.

유동에서 공급되는 열에 의해 가열될 때, 굽힘 현상이 발생하는 바이메탈 주위의 유동.

유동에서 공급되는 열에 의해 가열될 때, 굽힘 현상이 발생하는 바이메탈 주위의 유동.



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Fluid-Structure Interaction for Two-Phase Flows


유동-구조 연성관련 다중물리 인터페이스가 이상 유동에 대한 새로운 엔트리를 제공하며, Fluid-Solid Interaction, Two-Phase Flow, Phase Field 와 Fluid-Solid Interaction, Two-Phase Flow, Phase Field, Fixed Geometry가 있습니다. Model Wizard에서 Fluid-Solid Interaction, Two-Phase Flow, Phase Field 를 선택하면 Laminar Flow, Solid Mechanics, Phase Field 인터페이스가 추가되고, Fluid-Structure Interaction과 Two-Phase Flow 다중물리연동과 Deforming Domain 특성이 추가됩니다. Fixed geometry 옵션은 Deforming Domain 특성을 제외하고 동일합니다. 이러한 새로운 기능을 Two-Phase Flow with Fluid-Structure Interaction 모델에서 확인할 수 있습니다.

얇은 쉘을 포함한 이상 유동(물 및 공기) 해석. 파란색 면은 물의 자유평면을 나타냅니다. 쉘의 변위와 유선 또한 나타내었습니다.

얇은 쉘을 포함한 이상 유동(물 및 공기) 해석. 파란색 면은 물의 자유평면을 나타냅니다. 쉘의 변위와 유선 또한 나타내었습니다.


Mechanical Analysis of Pipes

신규 Pipe Mechanics 인터페이스는 파이프 시스템의 응력 해석을 수행하기 위한 기능을 제공하고 있습니다. 구조적인 외력에 더하여, 파이프 벽면에 따른 내압, 축방향 항력 및 온도 구배에 대해 고려할 수 있습니다. 유체에 기인한 외력을 Pipe Flow 인터페이스에서 직접 인가할 수 있으며, 온도는 Heat Transfer in Pipes 에서 취득할 수 있습니다. Coupled Analysis of Flow and Stress in a Pipe 모델에서 이러한 새로운 인터페이스를 확인할 수 있습니다.

파이프 시스템에서 유동, 열전달 및 구조해석을 연성한 해석결과: 변형 양상(우측)을 포함한 압력 및 유속(좌측), 온도(우측) 및 응력.

파이프 시스템에서 유동, 열전달 및 구조해석을 연성한 해석결과: 변형 양상(우측)을 포함한 압력 및 유속(좌측), 온도(우측) 및 응력.


Solid Mechanics on Rotating Domains

회전 및 고정 도메인을 포함한 시스템에서 연성 문제를 모델링 할 때, 동축 회전 하에서 회전에 대한 변형만을 모델링 한다면 Solid Mechanics 인터페이스를 사용할 수 있습니다. 이는 거대 전역 회전을 포함한 전체 변위에 대해 해석하는 것보다 훨씬 효과적입니다. 많은 경우에, 구조 문제에 대한 선형 방정식을 사용하는 것이 가능합니다. 결국에는, Rotating Frame 특성이 강체 회전 및 다른 물리 인터페이스를 적용한 국소 좌표계를 제어하는 상대 변위들의 조합으로 제공됩니다.

로터를 Solid Mechanics 인터페이스를 사용하여 모델링 한 발전기. 해석결과는 자속밀도(좌측)와 응력(우측)을 나타냅니다.

로터를 Solid Mechanics 인터페이스를 사용하여 모델링 한 발전기. 해석결과는 자속밀도(좌측)와 응력(우측)을 나타냅니다.


Nonrigid Joints Between Beams


Beam 인터페이스에서, 임의의 지점에서 만나는 불연속 자유도를 갖는 두 개(혹은 그 이상)의 에지를 정의할 수 있습니다. 새로운 Beam End Release 특성을 통해, 불연속과 빔 끝을 자유롭게 움직이도록 방향(병진 그리고/혹은 회전)을 포함한 지점을 선택할 수 있습니다. 이는 프레임에서 다른 메커니즘 혹은 내부 힌지들의 모델링에 사용할 수 있는데, 새로운 Stress Analysis of a Portal Crane 모델에서 확인 할 수 있습니다.

새로운 Beam End Release를 사용하여 이송 크레인을 모델링 하는데 사용한 힌지(y-방향으로 회전하는)의 소개.

새로운 Beam End Release를 사용하여 이송 크레인을 모델링 하는데 사용한 힌지(y-방향으로 회전하는)의 소개.


Magnetostrictive Material with Hysteresis


비선형 Magnetostrictive Material이 자계 히스테리시스의 Jiles–Atherton 모델을 포함하는 것으로 확장되었습니다. 모델은 변압기, 회전 전기 기기와 같은 사례에서 전기이력 손실 효과를 고찰하는데 적합합니다. 모델 매개변수는 자계 물성에서 미소 물리 효과와 연관이 있으므로 시험 데이터에 근거한 추정이 가능합니다.

해석결과로 도출한 히스테리시스 루프와 hysteretic magnetostrictive 모델의 설정.

해석결과로 도출한 히스테리시스 루프와 hysteretic magnetostrictive 모델의 설정.


Random Vibration Analysis


돌풍이나 차량에 노면이 주는 진동과 같이 외력이 불규칙하게 작용할 때, 이를 결정론적인 방법으로 기술하는 것은 불가능합니다. 새로운 불규칙 응답 해석에 대한 기능을 통해, 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 통해 나타나는 외력에 대한 응답을 연구할 수 있습니다. 외력은 전적인 상관성, 비상관성 혹은 특정 사용자가 정의한 교차 상관관계로 나타낼 수 있습니다. 해석결과는 PSD의 변위 혹은 응력뿐만 아니라, 실효값(RMS) 혹은 스펙트럼 분포의 수준을 포함하고 있습니다.

새로운 기능이 다음의 모델에서 기술되어 있습니다:

• Random Response Analysis of a Deep Beam (new model)
• Bracket — Random Vibration Analysis (new model)
• Random Vibration of a Motherboard (new model)

주어진 가속도 스펙트럼 밀도에 따라 진동이 예상되는 메인 보드의 수직방향 RMS 가속도.

주어진 가속도 스펙트럼 밀도에 따라 진동이 예상되는 메인 보드의 수직방향 RMS 가속도.


Visualization of Loads


모든 structural mechanics 물리 인터페이스에서 인가 외력들이 기본적으로 보여 집니다. 외력 결과가 해에 종속적이어서 새로운 결과가 나오면 화살표 방향과 색상이 업데이트 됩니다. 강체 연결 부위와 강체에 작용하는 힘과 모멘트같은 추상 하중도 실제 적용 지점에 표시됩니다. 인가 모멘트를 보여주기 위해 화살표 유형이 이 기능에 도입되었습니다. 100개 이상의 모델이 이러한 새로운 기능으로 업데이트 되었습니다.

튜브 모델에서 보여주는 세 가지 유형의 외력.

튜브 모델에서 보여주는 세 가지 유형의 외력.


User-Defined Material for Membranes


External Stress-Strain Relation으로 정의한 재질 모델이 Membrane 인터페이스에서 적용 가능합니다. 이러한 재질 모델을 통해, C언어 혹은 다른 프로그램 언어로 코딩된 자체 고유 재질 모델을 추가할 수 있습니다.

Membrane 인터페이스와 C언어(우측) 코딩을 통한 외부 재질의 추가.

Membrane 인터페이스와 C언어(우측) 코딩을 통한 외부 재질의 추가.


Point Selections in Rigid Connector for Shell


Shell 인터페이스에 있는 Rigid Connector 기능을 통해 점과 모서리를 선택하여 연결할 수 있습니다. 이를 통해, 점세트를 연결할 수 있는 rigid connector를 추가할 수 있습니다. 이는 예를 들어 볼트나 리벳 연결을 단순화하여 생성하는데 편리합니다.

rigid connector를 이용한 플레이트 내의 8개 점과 파이프와의 연결

rigid connector를 이용한 플레이트 내의 8개 점과 파이프와의 연결


Direct Stiffness Input for Shells and Plates


Shell 및 Plate 인터페이스에서, 재질 데이터나 두께로 표현하는 것이 아닌 멤브레인이나 굽힘 강성으로 단면의 강성을 기술하는 것이 가능합니다. Section Stiffness 매질 모델이 물결 무늬 평판과 같은 균일하게 복잡한 구조물을 모델링 하는데 유용합니다. 다른 방법으로는, 유연도 형태로 입력할 수도 있습니다.
일반적으로, 균일한 재질에서 응력값을 직접 도출하는 것은 불가능한데, 국소적인 상세 형상이 제거되기 때문입니다. 이러한 재질 모델은 강성이 중요할 경우에만 유용합니다. 그러나, 이러한 작업에 대해 정의가 잘 되어 있는 경우에는 단면 힘으로부터 응력들을 계산하는 방법에 대한 수식을 입력하는 옵션이 있습니다.

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Multiphysics Coupling for Heat Transfer in Thin Structures


열팽창 효과는 구조뿐 아니라 쉘 및 멤브레인과 같은 박판 형상에서도 중요합니다. 박판 형상의 열전달 해석에서 계산한 온도가 자동으로 structural mechanics 인터페이스에 상응하여 전달되도록 하기 위해 다중물리연동이 추가되었습니다.

이러한 목적으로, 세 가지 새로운 Multiphysics 인터페이스가 추가되었습니다:


• Thermal Stress, Shell : Heat Transfer in Shells 과 Shell 인터페이스 결합
• Thermal Stress, Layered Shell : Heat Transfer in Shells 과Layered Shell 인터페이스 결합
• Thermal Stress, Membrane : Heat Transfer in Shells 과Membrane 인터페이스 결합

Heat Transfer in Solids 인터페이스 내에 있는 Thin Layer 에서 structural mechanics 인터페이스와 연동할 수 있습니다.
업데이트된 Heating Circuit 모델에서 이 기능을 확인할 수 있습니다.

열 회로 안에서의 온도 분포(왼쪽) 그리고 응력(오른쪽). 얇은 전도층은 Membrane 인터페이스로 모델링 되었으며, 기판은 Solid Mechanics 인터페이스를 활용하여 모델링 되었습니다. 두 인터페이스 모두 다중물리 연동을 통해 열 전달 분석에서 온도를 받습니다.

열 회로 안에서의 온도 분포(왼쪽) 그리고 응력(오른쪽). 얇은 전도층은 Membrane 인터페이스로 모델링 되었으며, 기판은 Solid Mechanics 인터페이스를 활용하여 모델링 되었습니다. 두 인터페이스 모두 다중물리 연동을 통해 열 전달 분석에서 온도를 받습니다.


Thin Elastic Layers with Mass


형상 크기 대비 두께가 얇은 적층의 기판 모델링을 위한 Thin Elastic Layer 특성은 질량 분포를 추가할 수 있도록 개선되었습니다. 이는 고신뢰성 동적 구조물의 해석에 중요할 수 있습니다.


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New Elastic Waves, Time Explicit Physics Interface


Elastic Waves, Time Explicit physics 인터페이스는 불연속 갤러킨(DG) 기법의 시변 해석 기법을 사용하여 고체에서 탄성파의 전파를 해석하는데 여러 개의 CPU를 사용하는 계산에서 유용하게 사용할 수 있습니다. 이 인터페이스는 비등방성 및 감쇄를 적용한 재료 모델을 사용할 수 있습니다. 고체에서 초음파 전파 현상을 사용하는 초음파 트랜스 듀서 및 센서 해석, 비파괴 검사 분야나 음향적으로 매우 큰 시스템 해석에 적합합니다. 구조 재료나 바위와 같은 매질에서 넓은 범위의 주파수 영역을 포함한 탄성파 해석이 가능합니다.

아래 예제 모델에서 새로운 인터페이스를 확인 할 수 있습니다:


• Ground Motion After Seismic Event: Scattering off a Small Mountain (new model)
• Isotropic-Anisotropic Sample: Elastic Wave Propagation (new model)
• Angle Beam Nondestructive Testing (new model)
• Immersion Ultrasonic Testing Setup (new model)

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Multiphysics for Acoustic-Structure Interaction with the Time Explicit Interfaces


거대 과도 음향-구조 연성 해석에서, Acoustic-Structure Interaction, Time Explicit 다중물리연동을 사용할 수 있습니다. 이 연동은 Pressure Acoustics, Time Explicit와 Elastic Waves, Time Explicit 인터페이스를 연동합니다. 시간 외연 적분법을 최대한 활용하려면 상이한 속성을 갖는 도메인을 결합할 때 불일치 요소 생성의 사용이 필수적입니다. 이는 기하학적 결합을 조정할 수 있는 Pair Acoustic-Structure Boundary, Time Explicit 다중물리연동을 통해 이룰 수 있습니다. Immersion Ultrasonic Testing Setup 모델에서 해당 기능을 확인할 수 있습니다.

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New Tutorial Models


버전 5.5는 새로운 몇 가지 예제를 제공합니다.



Stress Analysis of a Portal Crane

이 예제는 프레임 내에서 내부 힌지의 모델링 방법을 나타냅니다. 해석결과는 내부 힌지를 포함한 이송 크레인에서 변형과 응력을 나타냅니다.

이 예제는 프레임 내에서 내부 힌지의 모델링 방법을 나타냅니다. 해석결과는 내부 힌지를 포함한 이송 크레인에서 변형과 응력을 나타냅니다.

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portal_crane

Tensile Test with Strain-Rate-Dependent Plasticity

고변형률로 인장 시험 후 발생하는 응력(색상)과 등가 탄성 변형률(등고)

고변형률로 인장 시험 후 발생하는 응력(색상)과 등가 탄성 변형률(등고)

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strain_rate_dependent_plasticity



Bimetallic Strip in Airflow

유체로부터 열을 받아 굽힘 현상이 발생하는 바이메탈 주위의 유동

유체로부터 열을 받아 굽힘 현상이 발생하는 바이메탈 주위의 유동

Application Library Title:
bimetallic_strip_fsi

Two-Phase Flow with Fluid-Structure Interaction

이 예제는 얇은 탄성 박판과 자유 계면을 갖는 유체의 유체-구조 연성(FSI) 모델로 업데이트 되었습니다.

이 예제는 얇은 탄성 박판과 자유 계면을 갖는 유체의 유체-구조 연성(FSI) 모델로 업데이트 되었습니다.

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twophase_flow_fsi



Block Pressing on Arch

솔리드 블록이 쉘 요소로 모델링 된 아치 형상을 가압합니다.

솔리드 블록이 쉘 요소로 모델링 된 아치 형상을 가압합니다.

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block_on_arch

Coupled Analysis of Flow and Stress in a Pipe

유동에 의한 외력과 중력이 예상되는 파이프 내의 응력 해석. 해석결과는 압력과 유속(아래), 폰 미세스 응력과 변형(위)을 나타냅니다.

유동에 의한 외력과 중력이 예상되는 파이프 내의 응력 해석. 해석결과는 압력과 유속(아래), 폰 미세스 응력과 변형(위)을 나타냅니다.

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pipe_flow_stress



Instability of Two Contacting Arches

상부 아치가 하부 아치 구조물을 아래로 누를 때 발생하는 변형 및 응력 평가. Shell 인터페이스를 이용하여 접촉 해석되었으며, 스냅스루(snap-through) 경로가 나타나 있습니다.

상부 아치가 하부 아치 구조물을 아래로 누를 때 발생하는 변형 및 응력 평가. Shell 인터페이스를 이용하여 접촉 해석되었으며, 스냅스루(snap-through) 경로가 나타나 있습니다.

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two_arches

Random Vibration Analysis of a Deep Beam

백색 노이즈에 노출 된 빔의 중간 점의 전력 스펙트럼 밀도.

백색 노이즈에 노출 된 빔의 중간 점의 전력 스펙트럼 밀도.

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random_vibration_deep_beam



Bracket — Random Vibration Analysis

랜덤 가진 진동에 노출된 블라켓의 RMS 응력값.

랜덤 가진 진동에 노출된 블라켓의 RMS 응력값.

Application Library Title:
bracket_random_vibration

Random Vibration of a Motherboard

주어진 가속도 스펙트럼 밀도에 따라 진동이 예상되는 메인 보드의 수직방향 RMS 가속도.

주어진 가속도 스펙트럼 밀도에 따라 진동이 예상되는 메인 보드의 수직방향 RMS 가속도.

Application Library Title:
motherboard_random_vibration



Eigenmodes of a Viscoelastic Structural Damper

주파수 의존 점탄성 재질로 이루어진 댐퍼 모델의 2차 고유모드는 각 고유진동수에 대한 비선형 고유 문제를 계산하는데 필수적입니다.

주파수 의존 점탄성 재질로 이루어진 댐퍼 모델의 2차 고유모드는 각 고유진동수에 대한 비선형 고유 문제를 계산하는데 필수적입니다.

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viscoelastic_damper_eigenmodes

Twisting and Bending of a Metal Frame

Shell 인터페이스를 이용하여 모델링 한 얇은 박판 프레임 구조물에서 항복을 야기하는 비틀림 및 굽힘 외력 인가 후의 구조물에 작용하는 폰 미세스 응력.

Shell 인터페이스를 이용하여 모델링 한 얇은 박판 프레임 구조물에서 항복을 야기하는 비틀림 및 굽힘 외력 인가 후의 구조물에 작용하는 폰 미세스 응력.

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frame_with_cutout_plasticity



Pressurized Orthotropic Container — Shell Version

항복 발생 시점에서 폰 미세스 응력을 나타내는 압력 용기.

항복 발생 시점에서 폰 미세스 응력을 나타내는 압력 용기.

Application Library Title:
orthotropic_container_shell

Sensitivity Analysis of a Truss Tower

바의 단면적 대비 타워의 꼭대기 지점에서 발생하는 비틀림 변위의 민감도. 두 가지 하중(굽힘 및 비틀림) 케이스가 고찰되었습니다.

바의 단면적 대비 타워의 꼭대기 지점에서 발생하는 비틀림 변위의 민감도. 두 가지 하중(굽힘 및 비틀림) 케이스가 고찰되었습니다.

Application Library Title:
tower_sensitivity



Bracket — Topology Optimization

최초 형상 및 8가지 외력 중 하나에 대한 최적화 형상의 변형.

최초 형상 및 8가지 외력 중 하나에 대한 최적화 형상의 변형.

Application Library Title:
bracket_topology_optimization_stl

Isotropic-Anisotropic Sample: Elastic Wave Propagation

2D 예제로서, 한 편은 등방 재질, 다른 한 편은 비등방 재질(횡방향 비등방 아연 결정)로 구성된 테스트 샘플. 샘플에서 탄성파는 0.17 MHz로 한 점에서 힘과 같은 형태로 증폭되어 가진 됩니다.

2D 예제로서, 한 편은 등방 재질, 다른 한 편은 비등방 재질(횡방향 비등방 아연 결정)로 구성된 테스트 샘플. 샘플에서 탄성파는 0.17 MHz로 한 점에서 힘과 같은 형태로 증폭되어 가진 됩니다.

Application Library Title:
isotropic_anisotropic_sample



Ground Motion After Seismic Event: Scattering off a Small Mountain

Elastic Waves, Time Explicit physics 인터페이스를 이용한 지진 해석 모델링 및 지면에서의 탄성파의 전파.

Elastic Waves, Time Explicit physics 인터페이스를 이용한 지진 해석 모델링 및 지면에서의 탄성파의 전파.

Application Library Title:
ground_motion_seismic_event