구조해석에 있어 정적 해석(Static Analysis)이란, 해석하고자 하는 구조물이 시간에 따라 변하지 않는 정적 하중을 받을 때 발생하는 응력과 변형상태를 규명하는 것을 말합니다.
최초 하중이 작용하는 순간에는 충격에 의해 구조물이 변동하였다가, 일정 시간이 지나면 안정화되어 더 이상 움직이지 않게 됩니다. 이렇게 움직이지 않게 된 상태 즉, 구조물에 하중이 작용하여 충분한 시간이 흘러 정적평형 상태에 이르렀을 때. 이때의 응력과 변형상태를 확인하는 것을 정적 해석이라 합니다.
정적 해석은 일반적인 강도 해석(Structural Analysis)과 함께 좌굴 해석(Buckling Analysis)도 정적 해석을 통해 검증할 수 있습니다.
다물체 동역학(Multi-Body Dynamics)을 이용하면 여러 강체 요소들의 상대 운동에 의해 발생하는 조인트(Joint)의 다양한 물리량은 물론 각 구조물의 응력과 변형 값도 해석적으로 도출해 낼 수 있습니다.
가령, 굴삭기나 로봇팔과 같은 기계적 메커니즘으로 구동되는 기계장치의 상대운동에 따른 반력, 변위, 속도, 가속도, 각속도, 각가속도 등의 물리량을 효과적으로 산출해낼 수 있습니다.
과도 해석(Transient Analysis)을 통해 시간(Time) 도메인을 포함한 구조해석을 시행할 경우 관성력이 고려된 기계장치의 동적 거동을 분석할 수 있습니다. 운전 중 갑작스럽게 정지할 경우의 충격 거동이나, 정지한 상태에서 최초 운동을 시작할 경우 발생하는 부하 등을 정밀히 분석할 수 있습니다.
진동 해석(Vibration Analysis)이란, 해석하고자 하는 구조물의 외력 조건이 일정 주기를 갖는 진동상태일 때 구조물에 미치는 진동 상태를 규명하는 것을 말합니다.
해석 케이스에 따라 모달 해석(Modal Analysis), 조화 응답(Harmonic Response), 불규칙 진동(Random Vibration), 스펙트럼(Spectrum)으로 구분할 수 있고 고유진동수(Natural frequency), 특정 진동수의 응력 및 변형량 등을 결과로 산출할 수 있습니다.
모달 해석: 구조물의 고유진동수를 확인
조화 응답: 구조물에 조화 하중이 가해질 때 조화 응답을 확인
불규칙 진동: 구조물에 불규칙 하중이 가해질 때 PSD(Power Spectral Density) 응답 확인
스펙트럼: 구조물에 응답 스펙트럼을 고려하여 내진 해석 수행
일반적으로 모달 해석을 통해 구조물의 고유진동수를 파악한 후 조화 응답, 불규칙 응답, 스펙트럼 응답을 통해 구조물의 동적 특성을 파악합니다.
해석 예)모터, 엔진, 외부 가진이 작용하는 모든 구조물, 반복 동작으로 구동되는 모든 구조물 등의 동적 특성 분석
열 해석(Thermal Analysis)이란, 해석하고자 하는 구조물이 전도(Conduction), 대류(Convection), 복사(Radiation)의 열 하중을 받을 때 구조물에 미치는 열적인 상태를 규명하는 것을 말합니다.
해석 케이스에 따라 정적 열해석(Steady-State Thermal Analysis)과 과도 열해석(Transient Thermal Analysis)으로 구분할 수 있고 온도, 열량, 열유속 등 다양한 물리량을 결과로 산출할 수 있습니다.
정적 해석:구조물에 열 하중이 작용하고 충분한 시간이 흘러 정적 평형상태가 되었을 때의 열적 상태를 규명
과도 해석:구조물에 열 하중이 작용하는 순간부터 시간에 따른 구조물의 열적 상태(열전달)를 규명
또한, 열 하중과 외력을 동시에 받는 구조물이 경우 열-구조 연성 해석(Coupled Field Analysis)을 통해 구조물의 복합적인 물리적 상호작용을 파악할 수 있습니다. (ex. 스팟 용접된 강판 구조물의 안전도 평가 등)
충돌 해석(Explicit Dynamics)이란, 해석하고자 하는 구조물이 외부와의 빠른 충돌, 폭파 그리고 자유낙하를 할 때 그 구조물의 물리적 거동을 규명합니다. 구조해석적으로는 일반적인 과도 해석 기법인 ‘Implicit’와는 다른 ‘Explicit’ 해석 기법이 적용되며 매우 짧은 시간 동안 발생하는 충돌에 대해 Explicit 시간 적분법을 통해 정확하고 효율적으로 해석 결과를 도출해 냅니다.
충돌 해석이 가능한 분야로는 충격파 전파, 대변형, 재료의 파손 및 비선형 거동 분석, 복잡한 접촉 문제, 분열, 비선형 좌굴 등을 파악할 수 있으며 일반적으로 구조물의 낙하 시험, 충격 및 관통 문제를 다루게 됩니다.
재료의 비선형성이 1초 미만인 문제 즉, 1초 미만의 충돌 시간을 다루는 분야부터 0.0001초 문제인 초고속 충돌 문제까지 활용 분야가 다양합니다.
해석 예)낙하, 관통, 폭발, 초고속 충돌 문제 등
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강 구조물 또는 복합 구조물의 안정성(Stability) Safety Check
강 구조물 또는 복합 구조물의 단면(Section) 구조 Safety Check
강 구조물 또는 복합 구조물의 이음(Connection) 구조 Safety Check
강 구조물 또는 복합 구조물의 피로(Fatigue) 구조 Safety Check
강 구조물 또는 복합 구조물의 Built-up(보강제가 적용된 형강) 구조 Safety Check
강 구조물 또는 복합 구조물의 지진(Seismic) Safety Check
강 구조물 또는 복합 구조물의 앵커 설계(Anchor System) Safety Check
표준 및 규정 준수:
AISC 360-16 (미국 철강 건설협회)
AISC ASD 89
API RP 2A LRFD/WSD
ASME VIII (미국 기계공학회)
DIN 15018 (독일 공업규격)
Eurocode3 (EN 1993-1) (유럽연합 강구조 설계)
F.E.M 1.001 (유럽 자재 취급 연맹, European Materials Handling Federation)
ISO 19902
Norsok N004
ABS 2004 / 2014 (Plate Buckling)
DNV CN30 / RP-C201 (Plate Buckling)
DNV OS(RP) C101/C201(C203)