CAE, 구조해석, 해석영역의 이해(기초정의)

◇ CAE 정의

 ■CAE(Computer Aided Engineering): CAD로 설계된 Model의 특성을 컴퓨터로 엔지니어링 검토하고 수정하는 과정입니다. 제품의 실물이 없는 상태에서 성능과 특성을 예측할 수 있습니다. 제품을 제작한 후에도 CAE결과와 실물의 특성을 보간하여 원인과 해결책을 도출 할 수 있습니다.

 ◇ 구조해석 영역 정의

 ■Elasticity: 하중에 비례하여 변위가 선형적으로 비례하는 물체의 상태입니다. 하중이 사라지면 온전히 원래상태로 되돌아 가는 영역을 뜻합니다. 훅의 법칙(Hooke's Law)이 적용되며, 일반적으로 선형영역이지만, 비선형 영역이 없는 것은 아닙니다.

 ■Plasticity: Elasticity영역(탄성 한계) 이후에 발생하는 영역입니다. 하중이 사라져도 물체가 온전히 원래상태로 되돌아 오지 않는 영역입니다. 응력을 제거하여도 물체가 원래되로 되돌아 오지 않는 것을 소성변형(Plastic Deformation)이라고 합니다.비선형 영역입니다.

 

 ■Linearity(선형):

   ㆍ응력과 변형률이 선형적으로 비례관계입니다. (선형 탄성 재료)
   ㆍ경계조건의 변화가 없고, 정적선형해석(정해석)에서 F=KU가 성립합니다.
   ㆍ하중을 제거하면 잔류응력과 변형률은 사라집니다.
   ㆍ하중에 의한 변위가 아주 작은 변위(미소 변위) 조건입니다.
   ㆍ대 변형을 고려하지 않습니다.

  ex)평판의 처짐량＜평판의 두께

  ex)보의 처짐량＜단면의 치수

   ㆍSuperposition(중첩의 원리): f(x1+x2)=f(x1)+f(x2)

 

■Non-Linearity(비선형):

   ㆍ재료 비선형 문제와 기하학적 비선형 문제로 나눌 수 있습니다.

[재료 비선형 문제]
   ㆍ응력과 변형률의 관계가 비선형 입니다.(비선형 탄성 재료)
   ㆍ금속재료에서는 주로 소성 변형 영역입니다.
   ㆍ고무와 같은 물질이 주로 비선형 탄성 재료입니다.

[기하학적 비선형 문제]
   ㆍ대 변형과 관련된 문제입니다.
   ㆍCAE에서는 접촉부, 체결부 등의 영역에 대한 문제입니다.

[비선형의 Case]
 1)재료 비선형 문제
   ㆍ응력-변형률(Stress-Strain)의 관계가 비선형
   ㆍ방정식 자체가 비선형이고 기하조건은 선형
 2)기하학적 비선형 문제
   ㆍ변위와 회전은 크나 변형은 작음: 기하학적인 비선형현상만 존재함
   ㆍ변위와 회전도 크고 변형도 큼: 기하학적 비선형과 재료의 비선형이 동시에 존재함
 3)경계조건의 비선형 문제
   ㆍ물체변형에 따라서 경계조건이 변함
   ㆍ접촉부와 같은 문제(Contact Problem)
 4)인가하중의 비선형 문제
   ㆍ물체의 변형에 따라서 하중이 변함

  ex)재료나 구조적인 상황에 따라 물체와 하중의 접촉면이 이동하면서 force가 변할 수 있음