안녕하세요, 위버밴시 기술지원부 입니다.
선형 정적 해석 (구조) 진행할 때 필수로 필요한 재질 정보는 탄성계수 (Young's/Elastic Modulus)과 포아송비 입니다. 만약에 자중 효과를 고려한다면 추가로 밀도가 필요하게 됩니다. 그 외에서는 선형 정적 해석에서는 필요 없으며 구조 해석을 수행 가능합니다. 탄성계수는 재질 인장 실험에서 얻은 아래와 같은 커브에서 선형 구간에 있는 기울기입니다. 그렇게 때문에 재질마다 특히 금속 같은 경우 탄성계수가 명확하게 있기 때문에 인장 실험 데이터에서 기울기를 계산하여 확인할 수 있습니다.
Reference: Wikipedia
이어서 해당 금속과 관련된 비선형 해석을 하기 위해서는 비선형 속성 (소성 데이터) 데이터가 필요합니다. 이럴 때 우리가 자주 부르는 True Stress-Strain 커브가 있거나 해당 소성 값에 대한 데이터를 필요합니다. 예를 들어서 True Stress-Strain 커브는 항복점 부터 (strain = 0) 시작하여 극한강도 (Ultimate Strength) 또는 파괴 (Fracture) 까지 고려할 수 있습니다. 만약에 True Stress-Strain으로 비선형 효과를 고려한다면 인장 실험 데이터를 아래 식을 통해서 엑셀을 사용하여 충분히 계산할 수 있습니다.
인장 실험에서 얻은 데이터는 Engineering Stress-Strain 이며 해석에서는 해당 데이터를 사용하기 때문에 식을 사용해서 True Stress-Strain으로 변화해서 해석에 사용해야 합니다. 만약에 Johnson Cook 모델을 사용해야 한다면 마찬가지로 아래 식으로 통해서 변화하여 비선형 구조 해석에서 사용 가능합니다.
Reference: YouTube (3MEC)
여기서 제일 중요한 것은 금속, 고무 등에 따라서 재질 모델이 달라집니다. 상기 재질 속성 모델은 금속에 대한 적용 방법입니다. 만약에 고무에 대해서 비선형 모델이 필요한다면 접근 방법이 달라집니다. 아래 그림은 일반 고무 재질에 대한 인장 실험 커브입니다.
Reference: ResearchGate
금속과 다르게 선형 구간이 전혀 없거나 매우 짧게 나타나기 때문에 고무와 플라스틱 재질들은 탄성계수를 사용해서 구조 해석 진행하는 것은 적합하지 않습니다. 그렇기 때문에 이러한 비선형 데이트를 모사하기 위해서 몇가지의 파라미터들 계산이 필요합니다. 이럴 때는 Abaqus의 강력한 Material Calibration App을 사용해서 쉽게 구할 수 있는 것입니다. 고무 및 플라스틱 재질에 대한 주 모델링은 Ogden, Mooney-Rivlin, Neo-Hooke, Yeoh 등이 있습니다. 인장 실험 데이트를 바로 해석에 사용 안되기 때문에 아래와 같이 App을 통해서 해석에 사용할 수 있는 파라미터들을 구해야 합니다.
우측에 있는 것은 실험 인장 실험 결과이며 (점) 해당 데이터를 Abaqus Material Calibration App에 불러와서 실험 데이터와 맞춰주고 관련 Ogden 재질 파라미터를 계산해주는 예제입니다. 수많은 재질 모델로 변화할 수 있기 때문에 비선형 재질 재질 속성을 짧은 시간내에 계산할 수 있습니다. 뿐만 아니라 파괴와 관련된 Damage 속성에 대한 파라미터도 계산 가능합니다. 해당 App은 Structural Mechanics Engineer Role에 무료로 제공되어 있습니다.
SOLIDWORKS Simulation에서 지원되어 있는 비선형 재질 모델링은 아래와 같습니다.
단 현재 SOLIDWORKS Simulation에서는 파괴 (Damage) 고려 안되는 점 업무에 참고 부탁드립니다. 본 내용에 대해서 문의 사항 있으시면 언제든지 위버맨시에 연락 바랍니다.
감사합니다.
안녕하세요, 위버밴시 기술지원부 입니다.
선형 정적 해석 (구조) 진행할 때 필수로 필요한 재질 정보는 탄성계수 (Young's/Elastic Modulus)과 포아송비 입니다. 만약에 자중 효과를 고려한다면 추가로 밀도가 필요하게 됩니다. 그 외에서는 선형 정적 해석에서는 필요 없으며 구조 해석을 수행 가능합니다. 탄성계수는 재질 인장 실험에서 얻은 아래와 같은 커브에서 선형 구간에 있는 기울기입니다. 그렇게 때문에 재질마다 특히 금속 같은 경우 탄성계수가 명확하게 있기 때문에 인장 실험 데이터에서 기울기를 계산하여 확인할 수 있습니다.
Reference: Wikipedia
이어서 해당 금속과 관련된 비선형 해석을 하기 위해서는 비선형 속성 (소성 데이터) 데이터가 필요합니다. 이럴 때 우리가 자주 부르는 True Stress-Strain 커브가 있거나 해당 소성 값에 대한 데이터를 필요합니다. 예를 들어서 True Stress-Strain 커브는 항복점 부터 (strain = 0) 시작하여 극한강도 (Ultimate Strength) 또는 파괴 (Fracture) 까지 고려할 수 있습니다. 만약에 True Stress-Strain으로 비선형 효과를 고려한다면 인장 실험 데이터를 아래 식을 통해서 엑셀을 사용하여 충분히 계산할 수 있습니다.
인장 실험에서 얻은 데이터는 Engineering Stress-Strain 이며 해석에서는 해당 데이터를 사용하기 때문에 식을 사용해서 True Stress-Strain으로 변화해서 해석에 사용해야 합니다. 만약에 Johnson Cook 모델을 사용해야 한다면 마찬가지로 아래 식으로 통해서 변화하여 비선형 구조 해석에서 사용 가능합니다.
Reference: YouTube (3MEC)
여기서 제일 중요한 것은 금속, 고무 등에 따라서 재질 모델이 달라집니다. 상기 재질 속성 모델은 금속에 대한 적용 방법입니다. 만약에 고무에 대해서 비선형 모델이 필요한다면 접근 방법이 달라집니다. 아래 그림은 일반 고무 재질에 대한 인장 실험 커브입니다.
Reference: ResearchGate
금속과 다르게 선형 구간이 전혀 없거나 매우 짧게 나타나기 때문에 고무와 플라스틱 재질들은 탄성계수를 사용해서 구조 해석 진행하는 것은 적합하지 않습니다. 그렇기 때문에 이러한 비선형 데이트를 모사하기 위해서 몇가지의 파라미터들 계산이 필요합니다. 이럴 때는 Abaqus의 강력한 Material Calibration App을 사용해서 쉽게 구할 수 있는 것입니다. 고무 및 플라스틱 재질에 대한 주 모델링은 Ogden, Mooney-Rivlin, Neo-Hooke, Yeoh 등이 있습니다. 인장 실험 데이트를 바로 해석에 사용 안되기 때문에 아래와 같이 App을 통해서 해석에 사용할 수 있는 파라미터들을 구해야 합니다.
우측에 있는 것은 실험 인장 실험 결과이며 (점) 해당 데이터를 Abaqus Material Calibration App에 불러와서 실험 데이터와 맞춰주고 관련 Ogden 재질 파라미터를 계산해주는 예제입니다. 수많은 재질 모델로 변화할 수 있기 때문에 비선형 재질 재질 속성을 짧은 시간내에 계산할 수 있습니다. 뿐만 아니라 파괴와 관련된 Damage 속성에 대한 파라미터도 계산 가능합니다. 해당 App은 Structural Mechanics Engineer Role에 무료로 제공되어 있습니다.
SOLIDWORKS Simulation에서 지원되어 있는 비선형 재질 모델링은 아래와 같습니다.
단 현재 SOLIDWORKS Simulation에서는 파괴 (Damage) 고려 안되는 점 업무에 참고 부탁드립니다. 본 내용에 대해서 문의 사항 있으시면 언제든지 위버맨시에 연락 바랍니다.
감사합니다.