Abaqus 하중 유형: Abaqus에서 하중 적용

그림 1: 로드 생성 대화 상자에서 로드 범주 및 Abaqus 로드 유형

2.1. 기계적 하중

Abaqus의 기계적 하중은 구조물에 가해지는 물리적 힘이나 작용을 나타내며, 다양한 조건에서 구조물의 거동에 영향을 미칩니다. 여기에는 구조물에 가해지는 힘, 압력, 모멘트가 포함됩니다. 기계적 하중은 무게, 풍압, 또는 물체에 작용하는 외력과 같은 실제 조건을 시뮬레이션합니다. 일반적으로 기계적 하중은 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

• 집중 하중: 이러한 하중은 모델 내의 특정 지점에 적용됩니다. 특정 위치에 집중되는 힘이나 모멘트를 나타냅니다. 보의 중심에 작용하는 단일 지점 힘과 같습니다.
• 분산된 하중: 이 유형의 하중은 모델의 표면적이나 체적에 분산됩니다. 연속적인 영역에 작용하는 힘을 시뮬레이션합니다. 일반적인 예로는 구조물의 체적에 작용하는 압력과 중력이 있습니다.

이제 몇 가지 유형의 기계적 하중을 자세히 살펴보겠습니다.

2.1.1. 집중력

집중력은 모델의 특정 지점에 적용되는 힘입니다. 일반적으로 보 끝단에 작용하는 하중처럼 하중이 작은 영역에 집중되는 구조 해석에 사용됩니다. 하중이 집중되는 모델링 시나리오에 매우 중요합니다.

Abaqus에서 하중 모듈을 사용하여 "집중력"을 생성하려면 "하중 생성" 대화 상자에서 "기계"를 선택하고 하중 유형으로 "집중력"을 선택하세요. 실제 예제에서 이 유형의 하중을 배울 수 있습니다. 2D 트러스 모델링.

그림 2: 집중된 힘 생성

그런 다음 힘을 적용할 지점이나 노드를 선택하고 하중 편집기 대화 상자에서 힘의 크기와 방향을 지정합니다.

그림 3: 다른 방향의 힘의 선택된 지점과 크기

이것에 초보자를 위한 Abaqus 교육 패키지, 기계공학과 FEM 시뮬레이션 학생을 위해 설계된 이 책에서는 가장 널리 사용되는 분야의 다양한 예를 소개합니다. 수업 1: ABAQUS/CAE 소개 수업 2: 유한 요소법 소개 3과: ABAQUS에서의 다양한 요소 소개 수업 4: 분석 유형 수업 5: 명시적 분석의 몇 가지 고려 사항 6과: 버클 및 주파수 분석 수업 7: 열전달 및 결합 온도-변위 해석 수업 8: Abaqus에서 복합재료 시뮬레이션

2.1.2. Abaqus 압력 하중

Abaqus 압력 하중은 표면에 수직으로 작용하는 Abaqus 분포 하중입니다. 댐의 수압과 같이 벽에 작용하는 유체 압력을 시뮬레이션하는 데 일반적으로 사용됩니다.

Abaqus에서 "압력 하중"을 생성하려면 "기계"를 선택하고 "하중 생성" 대화 상자에서 하중 유형으로 "압력"을 선택한 후, 압력이 적용될 표면이나 면을 선택합니다. 그런 다음 하중 편집기에서 압력 크기(양수 또는 음수)를 지정합니다(그림 5).

그림 4: 압력 하중 생성

그림 5: 선택된 표면 및 압력의 크기

2.1.3. 표면 견인력

표면 견인력은 표면에 분포된 힘으로, 어느 방향으로든 작용할 수 있으며, 접촉 표면의 마찰력과 같은 하중을 시뮬레이션합니다.

Abaqus에서 표면 견인력을 생성하려면 하중 유형으로 "표면 견인력"을 선택하고 견인력이 적용될 표면을 선택한 후 하중 편집기에서 견인력의 크기와 방향을 지정해야 합니다.

그림 5에서 볼 수 있듯이, 표면 견인력의 경우, 크기를 결정하는 것 외에도 전단 및 일반 견인력을 선택해야 합니다. 또한, 이 힘의 방향을 결정하는 벡터를 선택해야 하는데, 이는 이 힘의 시작점과 끝점을 선택함으로써 가능합니다.

그림 6: 표면 견인 하중에 대한 하중 편집 대화 상자

그림 7: 적용된 표면 견인 하중

이제 표면 마찰력을 이해하기 위해 실제 세계에서 몇 가지 실제적인 예를 살펴보겠습니다.

전단 견인력: 전단 견인력에서는 힘이 노면에 평행하게 작용하여 마찰력을 시뮬레이션합니다. 자동차 타이어와 도로 사이의 상호작용이 좋은 예입니다. 타이어가 앞으로 나아갈 때, 마찰력은 노면을 따라 작용하여 전단 견인력을 생성합니다. 이는 차량이 노면에서 접지력을 유지하는 데 중요한 요소이며, 특히 회전이나 제동 시 더욱 중요합니다.

일반 견인력: 일반 견인력을 사용하면 모든 방향으로 작용하는 힘을 지정할 수 있습니다. 실제 예로는 고층 빌딩 표면에 작용하는 풍압을 들 수 있습니다. 바람은 항상 정면으로 불어오는 것이 아니라, 종종 여러 각도로 불어옵니다. 이러한 불균일한 압력은 건물 표면에 작용하는 수직력과 접선력이 결합된 힘을 생성합니다. 일반 견인력을 사용하면 힘의 방향을 정의하여 이러한 복잡한 하중 거동을 시뮬레이션할 수 있습니다.

2.1.4. 순간

모멘트는 구조물에 굽힘이나 비틀림 효과를 생성하기 위해 적용되는 회전력으로, 샤프트에 적용되는 토크와 같습니다.

Abaqus에서 토크를 적용하려면 (Abaqus 모멘트 하중), 하중 유형으로 모멘트를 선택한 후 토크를 적용할 위치를 선택한 다음 세 축의 크기를 결정해야 합니다.

그림 8에서 볼 수 있듯이 각 방향의 토크는 두 개의 화살표로 표시되어 있습니다.

그림 8: 시편의 한 지점에 적용되는 토크

2.1.5. Abaqus Shell Edge 하중

Abaqus Shell Edge Load는 셸 요소의 가장자리를 따라 적용되는 하중으로, 판이나 셸과 같이 얇은 벽을 가진 구조물에 자주 사용됩니다. 늘어난 직물의 가장자리를 따라 발생하는 장력과 같이 가장자리를 따라 발생하는 힘을 시뮬레이션합니다. 예를 들어, 트램펄린에서 직물은 팽팽하게 늘어져 있습니다.

이러한 유형의 하중을 적용하려면 쉘 요소의 한쪽 모서리를 선택하고 크기를 지정해야 합니다. 이 하중에서 힘의 크기는 단위 길이당이라는 점에 유의해야 합니다.

그림 9: 쉘 요소에 적용된 쉘 에지 하중

그림 10에서 볼 수 있듯이 요소의 가장자리에 힘을 가하는 데는 5가지 모드가 있습니다.

그림 10: Shell Edge Load에 대한 견인 유형

• 정상: 일반적인 견인력은 쉘 가장자리에 수직으로 적용됩니다.
• 횡축: 횡방향 견인력은 쉘 평면에 적용되며 가장자리에 수직이고, 수직 견인력은 쉘 평면에 적용됩니다.
• 전단: 껍질의 평면에 적용되는 전단력으로 가장자리에 수직입니다.
• 순간: 모서리를 따라 굽힘 모멘트가 적용되어 회전 효과가 생성됩니다.
• 일반적인: 힘의 방향을 사용자 정의할 수 있습니다.

그림 11에서는 적용된 모든 견인력을 볼 수 있습니다.

그림 11: 견인 유형

Abaqus 셸 에지 하중은 얇은 벽 구조물의 에지에서 힘이 작용하는 실제 상황을 시뮬레이션하는 데 필수적입니다. 다양한 유형의 셸 에지 하중을 이해하면 엔지니어가 다양한 응용 분야를 정확하게 모델링하고 분석하는 데 도움이 됩니다. 아래에서는 각 유형의 셸 에지 하중에 대한 실제 사례를 살펴보겠습니다.

일반 견인력

예: 패브릭 구조의 장력

천으로 만든 큰 텐트를 생각해 보겠습니다. 텐트의 가장자리는 지면에 고정될 때 장력을 받습니다. Abaqus에서는 텐트 쉘 요소의 가장자리에 수직인 견인력을 적용하여 이러한 장력을 시뮬레이션할 수 있습니다. 이 하중은 가장자리에 수직으로 작용하여 바람이나 기타 외부 힘에 의해 천이 어떻게 늘어나는지 효과적으로 보여줍니다.

그림 12: 텐트 원단의 장력

2.1.6. 신체 힘

이러한 하중은 중력이나 원심력과 같이 구조물의 체적 전체에 작용하며, 전체 물체 또는 큰 질량을 포함하는 시뮬레이션에 필수적입니다. 이러한 하중은 중력을 받는 회전 기계나 차량과 같은 경우에 사용됩니다.

이러한 하중을 생성하려면 볼륨을 선택해야 하며 힘은 세 가지 방향으로 조절될 수 있습니다.

그림 13: 바디 포스 예시

2.2. 열 부하

열 하중에는 온도 변화와 열 유속이 포함됩니다. 열 하중은 팽창이나 열 전달과 같은 열 효과가 중요한 역할을 하는 시뮬레이션에 사용됩니다. 이 범주의 유형은 열 전달과 관련된 단계를 해결하는 데 사용됩니다. 일반적으로 이 범주에는 세 가지 유형이 있습니다.

• 표면 열유속: 이 하중은 모델 표면에 열 흐름을 적용합니다.

• 체온유속: 모델 전체에 분포된 열원 또는 열 흡수원을 나타냅니다.

• 집중 열유속: 특정 지점이나 노드에 적용되는 국부적인 열 부하입니다.

이러한 Abaqus 하중 유형은 "하중 생성" 대화 상자와 "열" 범주를 통해서도 사용할 수 있습니다.

그림 14: 열 범주

열 부하를 생성하려면 먼저 해당 유형에 따라 표면, 체적 또는 점을 지정한 다음, 표면 또는 체적에 해당하는 크기를 선택해야 합니다. 예를 들어, 그림 15는 표면 열유속 유형을 사용하며, 크기 값은 표면 단위별로 표시됩니다.

그림 15: 표면 열유속 부하 생성

열전달 및 열 분석, 특히 Abaqus에서 이를 시뮬레이션하는 데 필요한 모든 내용을 다루는 블로그가 있습니다. 블로그 제목은 다음과 같습니다.“개요 – 열전달 Abaqus를 사용한 열 응력 해석“.

2.3. 음향 부하

이러한 하중은 음파 관련 시뮬레이션, 특히 유체로 채워진 영역에서의 음향 또는 진동 연구에 사용됩니다. 음향 영역 내의 압력 하중을 시뮬레이션합니다.

이 범주에는 내부 체적 가속 하중 유형이 있습니다. 내부 체적 가속은 음향 매질 경계에서 음향 요소의 절점에 적용되는 분포 하중의 한 유형을 나타냅니다. 이는 본질적으로 매질 안쪽으로 작용하는 단위 질량당 가속력입니다. 이 하중은 표면적에 대한 압력 기울기를 적분하여 체적 가속도를 도출합니다.

음향 해석에서 분포 하중(압력 구배와 같은)은 단위 질량당 힘(가속도)으로 해석됩니다. 이러한 하중은 음향 영역의 경계에 작용할 수 있습니다. 하중의 효과는 경계면에서 유체 매질의 가속도로 모델링되는데, 예를 들어 강체 판이 수직으로 진동하여 음향 유체에 가속도를 부여하는 경우와 같습니다.

내향 체적 가속도는 음향 시뮬레이션에서 중요한 하중 유형으로, 음향 매질의 경계에 작용하는 가속력을 나타냅니다. 주파수 영역 및 과도 동적 해석 모두에서 파동 전파 및 주변 구조물과 소리의 상호작용을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.

그림 16: 내부 볼륨 가속 적용

그림 16에서 볼 수 있듯이, 노드를 선택한 후 이 하중의 크기를 지정하기 위해 복소수를 입력할 수 있습니다. 주파수 영역(고조파) 해석에서 내부 체적 가속도와 같은 하중은 진동하며 시간에 따라 변합니다. 복소수를 사용하면 진동하는 하중의 크기(실수 부분)와 위상 변화(허수 부분)를 모두 표현할 수 있습니다.

2.4. 전기 및 자기 부하

전기 및 자기 부하는 구조물에 전기적 전위나 자기장을 인가하는 것과 같은 전자기적 효과를 시뮬레이션합니다. 이러한 부하는 전자기 및 재료와의 상호작용을 연구하는 데 사용됩니다.

그림 17에서 볼 수 있듯이 이 범주에도 세 가지 유형이 있습니다. 이러한 유형을 기반으로 기하학적 구조에 따라 통과 전류를 결정할 수 있습니다. 시료의 점, 표면 또는 체적을 선택하여 전류를 통과시킬 수 있습니다. 각 유형의 크기는 단면적당 통과 전류를 기준으로 합니다. 예를 들어, 표면 전류 유형의 경우, 크기는 단위 면적당 전류를 기준으로 표현됩니다.

그림 17: 전기 및 자기 Abaqus 부하 유형

그림 18: 표면 전류 부하 유형

우리는 이러한 하중 중 일부에 대한 단위를 논의했지만, 그것들이 SI 단위인지, 밀리미터인지 또는 다른 단위인지는 지정하지 않았습니다. 그 이유는 Abaqus 자체가 수량에 대한 단위를 본질적으로 포함하지 않기 때문입니다. 그러나 기사 "“Abaqus의 중고 유닛 | Abaqus 유닛”는 소프트웨어에서 사용되는 단위를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

2.5. 유체 부하

유체 하중에는 유체가 구조물에 가하는 힘, 즉 잠긴 표면에 가해지는 유체 압력이나 물체 주변의 유체 흐름 효과 등이 포함됩니다. 이러한 하중은 파이프, 탱크 또는 유압 시스템과 같이 유체-구조물 상호작용을 포함하는 시뮬레이션에 필수적입니다.

Abaqus의 유체 범주는 다공성 매질 내 유체 흐름과 관련된 하중을 적용하는 데 사용되며, 특히 지반 공학 및 압밀 해석에 유용합니다. 이 범주를 사용하면 요소 또는 표면의 공극 유체 흐름이나 침투 조건을 지정하여 다공성 재료를 통과하는 유체의 거동을 시뮬레이션할 수 있습니다. 이는 지반 공학에서 지하수 흐름, 배수 또는 하중을 받는 토양 내 물의 거동과 같은 현상을 시뮬레이션하는 데 자주 사용됩니다.

이 하중은 두 가지 유형의 표면 기공 유체와 농축 기공 유체에도 사용할 수 있습니다. 짐작하셨겠지만, 이 하중 유형을 생성하려면 각각 표면과 지점을 선택해야 합니다. 그런 다음 크기를 결정하여 이러한 하중을 적용할 수 있습니다. Abaqus에서 표면 기공 유체 하중 유형의 크기는 기공 압력 차이로 인한 표면을 가로지르는 유체 속도를 나타냅니다.

그림 19: 표면 기공 유체 하중 유형

2.6. 질량 확산 하중

Abaqus의 질량 확산 하중 범주는 재료 내에서의 물질 전달 과정을 다루며, 이는 종종 고체 매질을 통한 물질(예: 기체, 액체 또는 용질)의 확산을 포함합니다. 이러한 해석의 주요 목표는 확산 물질의 농도가 영역 내에서 시간과 공간에 따라 어떻게 변화하는지 모델링하는 것입니다.

이 범주에는 세 가지 Abaqus 하중 유형이 포함되며, 첫 번째는 집중 집중 플럭스로, 모델 내 특정 절점에 적용되는 점 하중입니다. 이 플럭스는 특정 지점에서 시스템에 들어오거나 나가는 질량의 속도를 나타냅니다. 하중은 절점(또는 절점 집합)과 플럭스의 크기를 지정하여 정의됩니다. 이 유형의 하중은 질량 플럭스가 표면이나 체적에 분포되지 않고 불연속적인 위치에 집중될 때 사용됩니다. 표면 집중 플럭스와 체적 집중 플럭스는 집중 집중 플럭스와 유사하게 작용하지만, 두 유형 모두 재료가 각각 표면을 통과하고 체적을 통과한다는 점이 다릅니다.

그림 20: 질량 확산 하중 유형

3. Abaqus 하중 진폭

이전 섹션에서 크기를 지정할 때 진폭을 입력하는 옵션을 보셨을 것입니다. 그런데 진폭이란 정확히 무엇일까요? 어떻게 사용할까요? 그리고 적용된 크기에 어떤 영향을 미칠까요? 이 섹션에서는 이러한 질문들을 더 자세히 살펴보겠습니다.

그림 21: “"진폭 생성" 대화 상자

5. 결론

이 글에서는 Abaqus의 다양한 하중 유형을 이해하고 시뮬레이션에 적절히 적용하는 방법을 중점적으로 다루었습니다. 유한요소해석에서 신뢰할 수 있는 결과를 얻으려면 하중을 정확하게 정의하는 것이 매우 중요합니다.

Abaqus에서 하중을 정확하게 적용하는 것은 설계 오류를 방지하고 실제 응용 프로그램의 안전성을 보장하는 데 필수적입니다. 이 글에서는 기계, 열, 유체, 질량 확산 하중을 포함한 다양한 하중 범주를 자세히 살펴보았습니다. 또한 집중력, 압력 하중, 표면 마찰력, 표면 열유속, 표면 전류 등 각 범주에 대해 다양한 유형의 하중을 생성하는 자세한 예시를 검토했습니다. 이 글에서는 Abaqus에서 각 유형의 하중을 생성하는 방법, 적용에 필요한 매개변수, 그리고 모델에 미치는 영향을 설명했습니다. 한편, 이러한 하중이 시간에 따라 어떻게 변화하는지 정의하는 데 있어 진폭의 중요성을 강조했으며, 표 형식, 주기적, 감쇠 등을 포함한 다양한 유형의 진폭을 살펴보았습니다. 또한, DLOAD 및 VDLOAD 서브루틴과 같은 고급 기능을 도입하여 사용자가 Abaqus GUI(그래픽 사용자 인터페이스) 기능을 넘어서는 복잡한 시나리오에 대한 하중을 사용자 정의할 수 있도록 했습니다.

결론적으로, Abaqus의 다양한 하중 유형을 이해하고 올바르게 적용하는 것은 정확한 시뮬레이션을 달성하고 현실적인 결과를 보장하며 잠재적인 설계 실패를 피하는 데 필수적입니다.

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물론 Abaqus에 대해 더 자세히 알아보려면 언제든지 다음을 참조하세요. Abaqus 문서.