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[CAE] 크리프와 점탄성 — 시간 의존 변형의 이해 1. 개요지금까지 다룬 탄성 및 소성 해석은 하중이 작용하는 순간의 재료 거동에 초점을 맞춘 것이었다. 그러나 실제 구조물은 장시간에 걸쳐 일정한 하중을 받는 경우가 많으며, 이때 응력이 항복 강도 이하임에도 불구하고 시간이 지남에 따라 변형이 점진적으로 증가하는 현상이 나타난다. 이것이 크리프(creep) 또는 점탄성(visco-elasticity)이다. 크리프의 양은 시간, 온도, 작용 하중의 세 가지 인자가 복합적으로 결정한다. 실온에서도 대부분의 플라스틱은 상당한 크리프를 나타내는 반면, 금속은 사용 온도가 용융점의 약 35~70%에 도달해야 크리프가 문제가 되기 시작한다. 예를 들어 철강의 용융점은 약 1,500°C이므로, 500~1,000°C 범위에서 크리프를 본격적으로 고려해야 한다. 가스터.. 2024. 5. 23.

[CAE] 피로 해석 — S-N 선도에서 누적 손상까지 1. 개요구조물이나 기계 부품이 반복 하중을 받으면, 각 사이클의 최대 응력이 재료의 정적 극한 강도보다 훨씬 낮더라도 시간이 지남에 따라 내부에 균열이 발생하고 성장하여 결국 파손에 이르는 현상이 피로(fatigue)이다. 기계 부품 파손 사례의 상당 비율이 피로에 기인하며, 피로 파손은 사전 징후 없이 갑작스럽게 발생하는 경우가 많아 특히 위험하다. 피로 해석은 이론적 예측의 한계가 분명하므로, 초기 설계 단계의 해석과 실제 환경에서의 피로 시험을 반드시 병행해야 한다.2. S-N 선도와 피로 한도피로 특성은 S-N 선도(응력 대 수명 곡선)로 표현한다. 가로축은 파손까지의 반복 사이클 수($N$), 세로축은 응력 진폭($S$)이며, 표준 시험은 완전 역방향 휨 하중을 받는 회전 보 시편으로 수행한다.. 2024. 5. 23.

[CAE] 기둥의 좌굴 해석 — 오일러 이론과 편심 하중 1. 개요구조물의 파손은 재료의 강도를 초과하는 응력에 의해서만 발생하는 것이 아니다. 경우에 따라서는 작용 응력이 항복 강도에 훨씬 못 미치는 수준임에도 불구하고, 부재의 강성 부족으로 인해 갑작스러운 구조적 붕괴가 일어날 수 있다. 이것이 바로 좌굴(buckling)이다. 좌굴의 대표적인 사례로는 축 하중을 받는 가느다란 기둥, 외부 압력을 받는 얇은 원통 셸, 테두리에서 횡방향 압축을 받는 박판, 그리고 끝단에서 횡방향 하중을 받는 외팔보 등이 있다. 본 절에서는 이 중 가장 기본적이고 중요한 사례인 축 압축 하중을 받는 기둥의 좌굴을 오일러 이론과 편심 하중 조건으로 나누어 체계적으로 설명한다.2. 임계 하중과 오일러 좌굴 공식임계 하중($P_{cr}$)은 기둥이 변형된 상태에서 탄성 평형이 불안.. 2024. 5. 22.

[CAE] 파괴 이론 (Failure Theories) — 연성과 취성 재료의 파손 예측 1. 개요구조해석에서 응력을 계산하는 것만으로는 충분하지 않다. 계산된 응력이 실제로 재료의 파손을 유발하는지를 판단하려면 적절한 파괴 이론(failure theory)을 선택하고 적용해야 한다. 고전적인 파괴 이론은 거시적 균열, 좌굴, 크리프, 과도한 탄성 변형에 의한 파손은 제외하고, 재료 자체의 항복 또는 파괴에 초점을 맞춘다. 대부분의 파괴 이론은 순수한 이론적 유도보다는 실험 데이터의 분석을 통해 정립되었다. 문헌에 수록된 재료 강도 데이터는 대부분 단축 응력 상태의 실험에서 얻어지지만, 실제 공학 문제는 2축 이상의 복잡한 응력 상태를 포함한다. 또한 동일한 재료도 온도와 하중 조건에 따라 연성 또는 취성 거동을 나타낼 수 있으므로, 하중 경로와 재료 특성을 충분히 이해한 뒤 이론을 선택하는.. 2024. 5. 21.

[CAE] 원통형 압력용기 응력 해석: 이론과 설계 원리 들어가며원통형 압력용기는 화학 플랜트, 발전소, 항공우주, 배관 시스템 등 산업 전반에 걸쳐 폭넓게 사용되는 구조물이다. 내부 또는 외부 압력을 받을 때 재료 내부에는 접선 방향, 반경 방향, 길이 방향의 세 가지 수직 응력이 동시에 발생하며, 이를 정확히 파악하는 것이 구조 안전성 확보의 출발점이다. 특히 벽 두께와 반지름의 비율에 따라 적용해야 하는 이론이 달라지므로, 상황에 맞는 모델 선택이 무엇보다 중요하다.두꺼운 벽 원통: Lamé 방정식벽 두께가 내부 반지름의 1/10을 초과하는 경우에는 두께 방향으로 응력이 불균일하게 분포하기 때문에 Lamé 방정식을 적용해야 한다. 이 방정식은 내부 반지름 $r_i$, 외부 반지름 $r_o$를 가진 원통이 내압 $p_i$와 외압 $p_o$를 동시에 받을 때.. 2024. 5. 20.

[CAE] 기본적인 응력 상태 먼저 휨 응력의 응력 분포부터 시작하겠습니다.휨 응력은 중립축에서 0이고 상하 끝단(y = ±c)에서 최대입니다. 윗면은 압축(-σ), 아랫면은 인장(+σ)이 발생하며, 분포는 선형입니다.다음은 전단응력 분포입니다. 사각형 단면에서 포물선 형태로 나타나는 것이 핵심입니다.전단응력은 보 표면에서 0이고 중립축에서 포물선 최대값에 도달합니다. 공식 τ = VQ/Ib에서 Q는 관심 지점 위(또는 아래) 단면의 1차 면적 모멘트입니다.마지막으로 비틀림 응력의 원형 단면 분포를 시각화합니다.세 응력 상태의 핵심 차이를 정리하면 다음과 같습니다.휨 응력(σ): 중립축 기준 선형 분포. 위아래 끝단에서 최대이고 방향이 반대(압축/인장). 공식에서 I(면적 관성 모멘트)와 y(중립축까지의 거리)가 핵심 변수입니다.전단.. 2024. 5. 18.

[공장] PDM·PLM과 CAD/CAE/CAM: 제품 정보를 설계에서 폐기까지 통합 관리하는 체계 1. PDM — 기술 정보의 일원 관리PDM(Product Data Management) 은 설계·개발 업무에서 제품에 관한 모든 정보, 즉 도면, 문서, 명세서, 취급 설명서 등을 정합성 있는 형태로 통합 관리하는 기술 정보 관리 시스템이다. 여러 설계 담당자가 동시에 작업하더라도 정보가 충돌하거나 버전이 뒤섞이지 않도록 일원화된 관리 체계를 제공하는 것이 핵심이다.2. PLM — 제품의 전 생애를 관리하는 개념PDM은 최근 PLM(Product Lifecycle Management) 으로 확장되었다. PLM은 제품 기획 단계부터 개발, 생산, 판매, 유지보수, 폐기에 이르는 모든 비즈니스 프로세스에 걸쳐 제품의 수익을 관리하는 개념이다. 단순한 정보 저장소를 넘어, 제품이 존재하는 전 기간 동안 발생.. 2024. 5. 10.

[Abaqus] Abaqus/Standard vs. Abaqus/Explicit: 해석 방법의 선택 Abaqus는 두 가지 핵심 해석 엔진을 제공한다. 내연적(Implicit) 적분 방식의 Abaqus/Standard와 외연적(Explicit) 적분 방식의 Abaqus/Explicit이다. 두 솔버는 수학적 접근 방식이 근본적으로 다르며, 이 차이가 적용 가능한 문제의 종류와 계산 효율을 결정한다. 올바른 솔버를 선택하는 것은 해석의 정확도와 비용 모두에 직접적인 영향을 미치므로, 두 방법의 특성을 명확히 이해하는 것이 중요하다.내연적 해석과 외연적 해석: 근본적인 차이두 솔버의 이름에 담긴 의미를 먼저 이해할 필요가 있다. 내연적(Implicit) 방법은 '밖에서 안으로' 접근하는 방식이다. 전체 구조에 대한 연립 방정식을 한꺼번에 구성한 뒤, 이를 반복적으로 풀어 해를 수렴시킨다. 반면 외연적(Ex.. 2024. 4. 6.

[Abaqus] Abaqus 해석 프로세스: 전처리, 해석, 후처리의 3단계 유한요소해석(FEA) 소프트웨어인 Abaqus는 구조물의 변형, 응력, 열전달 등 복잡한 물리 현상을 수치적으로 시뮬레이션하는 데 널리 사용된다. Abaqus의 해석 과정은 크게 전처리(Pre-processing), 해석(Simulation), 후처리(Post-processing)의 세 단계로 구분되며, 각 단계는 고유한 역할을 가지고 파일을 통해 유기적으로 연결된다. 이 세 단계를 체계적으로 이해하면 해석의 전체 흐름을 파악하고, 오류 발생 시 문제를 신속하게 진단할 수 있다.1단계 — 전처리 (Pre-processing): Abaqus/CAE전처리는 해석의 출발점으로, 해석하고자 하는 물리적 문제를 디지털 모델로 정의하는 단계이다. 이 과정에서 엔지니어는 구조물의 형상, 재료 특성, 경계 조건, 하중.. 2024. 4. 6.

[CAE] FEA의 편의성과 정확성: 축복인가, 함정인가 소프트웨어 경쟁이 불러온 대중화의 시대컴퓨터 성능과 속도의 폭발적인 발전은 설계 기술자에게 그야말로 '축복'이었다. FEA와 CAD 시스템이 거의 완벽하게 통합되면서 FEA에 관심을 갖는 설계 기술자의 수는 빠르게 늘어났다. 이 흐름을 가장 극적으로 가속화한 것은 사용자 인터페이스(GUI)의 혁신이었다. 복잡한 문법과 데이터 구조와 씨름하는 대신, 작업 흐름이 친숙한 CAD 환경 안에 자연스럽게 녹아들면서 FEA는 전문가의 영역에서 일반 설계 기술자의 일상 도구로 확장되었다. 소프트웨어 업체들은 사용하기 쉬운 FEA 소프트웨어의 수요를 채우기 위한 시장 주도권 쟁탈전을 벌이며 이 분야의 성장을 더욱 가속화했다. 이 경쟁의 결과로 복잡한 형상의 부품이라도 몇 번의 클릭만으로 응력을 계산할 수 있는 소프트웨.. 2024. 3. 26.

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