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Tutorial 02

Solid Cantilever

목표

Tutorial 01과 같은 cantilever 문제를 solid 요소로 다시 모델링해 봅니다.

이 tutorial의 목적은 다음과 같습니다.

  • solid 모델이 beam 모델보다 왜 더 많은 입력을 요구하는지 이해하기
  • 결과 검토 관점에서 solid 모델의 장점을 체감하기

언제 solid 모델이 더 적합한가

다음과 같은 경우에는 solid가 더 적절할 수 있습니다.

  • 단면 내부 응력 분포를 직접 보고 싶을 때
  • 고정단 부근의 국부 응력 집중을 확인해야 할 때
  • 단순 section 가정으로 표현하기 어려운 형상일 때

tutorial 모델

이 tutorial에서는 Tutorial 01의 철근콘크리트 cantilever를 같은 하중 조건으로 3차원 블록 전체를 모델링합니다.

  • 형상: 2.4 m x 0.30 m x 0.60 m
  • 요소 타입: C3D8
  • mesh: 8 x 2 x 4
  • 지점 조건: x=0 면 전체 고정
  • 하중: 상면에 60 kPa 하향 pressure

beam 폭이 0.30 m이므로, 상면 pressure 60 kPa는 beam tutorial에서 사용한 18 kN/m 등분포하중과 같은 크기의 선하중으로 환산됩니다. 그래서 두 tutorial 결과를 직접 비교할 수 있습니다.

사용 input file

저장소 파일: Example/Tutorials/tutorial-solid-cantilever.inp

*Material, Type=IsoElasticity, Name=Concrete
 30e9, 0.2, 0, 2500   # E, nu, alpha, density

*Section, Type=Solid, Name=ConcreteSolid
 Concrete, 1

*Model, Type=Block3D
 Cantilever, Auto, Auto, C3D8, ConcreteSolid
 0.0, 2.4, 8
 0.0, 0.30, 2
 0.0, 0.60, 4

*Constraint, Type=Support, Name=FixedEnd
 Cantilever-NX, X|Y|Z

*Load, Type=SurfaceDistributed, Name=DeckPressure
 Cantilever-PZ, Pressure, 60000

*Step, Type=Static, Name=Service
 Uniform, 0.1, 1
*Activate, Type=Element
 Cantilever
*Activate, Type=Constraint
 FixedEnd
*Activate, Type=Load
 DeckPressure
*Output
 D, S
*Print, File=tutorial-solid-cantilever.prn
 D@Cantilever

모델링 순서

  1. material과 solid section을 정의한다
  2. Material 문서
  3. Solid 요소 문서
  4. *Model, Type=Block3D로 3차원 block mesh를 생성한다
  5. Model 문서
  6. 왼쪽 면에 고정단 경계조건을 정의한다
  7. 윗면에 pressure 하중을 정의한다
  8. static service step을 정의하고 해석을 실행한다

beam 모델과 달라지는 점

  • node와 element 수가 빠르게 증가합니다
  • 모델링 시간과 해석 시간이 모두 늘어납니다
  • 대신 응력 contour를 훨씬 직접적으로 볼 수 있습니다

해석 실행

원격 제어 예시:

hfVisualizer --remote import D:\Work\tutorial-solid-cantilever.inp --type Hyfeast
hfVisualizer --remote save D:\Work\tutorial-solid-cantilever.h5.hdb
hfVisualizer --remote run-analysis

결과 확인 포인트

  • 자유단 변위가 beam 모델과 같은 수준인지
  • 고정단 부근의 응력 분포가 어떻게 나타나는지
  • mesh를 바꾸면 결과가 얼마나 민감하게 변하는지

후처리 예시:

hfVisualizer --remote post-step Service
hfVisualizer --remote post-frame 1
hfVisualizer --remote post-plot contour on
hfVisualizer --remote post-plot deformed on
hfVisualizer --remote post-scalar S.Mises
hfVisualizer --remote post-display scalarbar on

아래 그림은 같은 cantilever를 hfVisualizer에서 변형 형상과 von Mises 응력 contour로 표시한 예시입니다.

hfVisualizer에서 본 solid cantilever 응력 contour

실무적 감각

  • 전역 거동만 빠르게 보고 싶다면 beam 모델이 더 효율적입니다.
  • 상세 응력 검토가 중요하다면 solid 모델이 더 설득력 있습니다.
  • 실제 업무에서는 beam으로 먼저 검토하고, 필요한 국부 부위만 solid로 상세화하는 흐름이 자주 쓰입니다.

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