집중하중이 작용하는 양단 고정보 Ansys Static Structural 해석 연습

오늘은 비가 안와서 설계실에 가서 Ansys 프로그램 연습을 해보았습니다. 오늘 한 내용을 포스팅합니다. 아직 심각한 초보이지만, 전문가분들의 아낌없는 조언을 바라며... 이렇게 포스팅 합니다. 엔시스를 처음 배우기 시작하시는 분들이라면 조금이나마 도움이 되길 바랍니다. 아낌없는 조언과 관심 부탁드립니다!

집중하중이 작용하는 양단 고정보의 Ansys Static Structural 해석 연습입니다. 아래의 순서를 따라가주세요.

이번 포스팅에서는 재료역학에서 자주 등장하는 보(beam)을 가져와 해석해 보았습니다. 처음 시작할 때도 보를 이용해서 익혔던 기억이 있습니다. 그런데 아직도 이 수준에 머물러 있네요. 조금 더 분발해서 열심히 배워야겠습니다. 전문가분들의 아낌없는 조언 부탁드립니다. 예제파일이나 해석 추천해주시면 더욱더 감사하겠습니다.

1) Ansys workbech 첫 화면입니다. 여기서 시작하겠습니다.

2) Analysis Systems에서 Static Structural을 선택합니다.

오늘 해석해 볼 재료역학에서 보 해석문제는 정적인 해석이므로 static을 선택하겠습니다.

3) 위 에서 드래그해서 옮길때 아래와 같이 빨간 박스가 쳐지는데 저기에 넣으면 됩니다.

더블클릭으로도 아래 빨간박스 위치에 바로 삽입할 수 있습니다. 흰 공간에 어디에 집어넣든 큰 상관없습니다. (추후 여러 연결고리가 생기게 되면 중요합니다. 하지만, 아직 다상물리 해석은 ... 못합니다.)

4) 그러면 아래와 같이 형성됩니다. Engineering Data에만 체크가 되어있습니다.

5) 이게 위 화면을 확대해서 본 모습입니다. 이제 Geometry를 더블클릭하여 Design Modeler를 실행합니다.

여기서 Engineering Data를 클릭해서 들어가게되면, 재료의 물성치나 재료의 종류를 변경할 수 있습니다.

6) 이 화면이 Design Modeler를 킨 첫 화면입니다. 여기서 도면을 설계하게 됩니다.

autocad나 catia 등 다른 설계 프로그램에서 설계한 것을 design modeler를 키기전에 불어올 수도 있습니다. 바로 아래에 저번에 포스팅했던 오토캐드에서 만든 도면을 엔시스로 불러오기 포스팅입니다. 참고하세요.

2017/07/10 - [Ansys] - 오토캐드(AutoCAD)에서 만든 도면을 엔시스(Ansys)로 불러오기

7) 이제 화면의 상단 메뉴바에 있는 unit을 클릭하여 단위를 millimeter로 바꿔줍니다.

기본 설정은 meter로 되어있습니다. 일반적으로 많이 쓰는 millimeter로 자주 해석하는데, 단위에 주의해야합니다. 여기서 단위 틀리면 뒤에 해석도 엉망진창이 됩니다.

8) 저는 아래와 같이 보(beam)를 설계하였습니다.

정해진 규격으로 설계한 것은 아닙니다. 대충 눈대중으로 I빔을 그려서 길이를 높이의 10배로 해주었습니다.

9) 설계를 다하고 Design Modeler를 나갑니다. 그러면 아래 이미지와 같이 Geometry 부분에 체크표시가 나타나고, Model에 화살표가 회전하는 모양이 나타납니다.

이때, 체크 표시는 완료되었다는 표시이고 화살표 회전하는 모양은 설정을 진행해야한다는 의미입니다. 그럼 이제 model에 들어가게 됩니다. 지금 이 상태에서 engineering data나 geometry에 들어가서 다시 수정작업이나 추가작업 등도 할 수 있습니다. 해석이 마무리된 이후에도 가능하지만, 이전 해석결과가 사라지는 결과를 초래할 수 있기때문에 초반에 설계 및 설정에 주의해야합니다.

10) Model을 더블클릭하여 아래와 같이 들어갑니다.

11) 이때, Mesh는 다음과 같이 형성하였습니다.

 Sizing

 - size function = proximity and curvature

 - relevance center = medium

 - smoothing = high

12) 그러면 아래와 같이 촘촘하게 mesh가 형성된 것을 볼 수가 있습니다. 그리고 양단 고정보이므로 아래와 같이 설정합니다.

12-1) 좌측의 static structural을 클릭합니다.

   -2) 상단 메뉴바의 최하단에 있는 supports를 클릭합니다.

   -3) 하위메뉴에 나오는 fixed support와 displacement를 각각 클릭하여 설정해야합니다.

    -4) fixed support에서는 양쪽 면을 잡아줍니다.

    -5) displacement에서는 양쪽 면을 선택한 후, xyz축 방향으로 각각 0을 대입해 줍니다. (그래야 xyz방향의 이동이 없게 설정함으로써 완전한 고정을 이룰 수 있습니다.)

아래와 같이 설정되어야 합니다. (이때, named selections의 load는 아래에서 설명합니다.)

13) 이제 메뉴바에 있는 Direct FE를 클릭하여 Nodal Force를 클릭합니다. (그리고 하중은 10kN을 주었습니다.)

nodal force를 사용하는 이유는, 하중을 node에 적용할 것이기 때문입니다. node가 아닌 표면에 적용할 때에는 direct FE를 적용하지 않고 이 부분의 좌측에 있는 force로 적용하면 됩니다.

14) 아래와 같이 보의 중앙에 있는 node를 잡아줍니다.

이때, 13번과 순서를 반대로 해도 됩니다. 저는 named selections를 통해서 보의 가운데에 위치해 있는 node를 선택한 뒤에 nodal force의 적용되는 부분을 named geometry를 통해서 적용한 것입니다. 이때, 제가 named selections에서 가운데 node들의 이름을 load로 보기 쉽게 지정한 것입니다.

15) 다음 사진과 같이 전부다 설정이 되어 있습니다. 이제 설정은 거의 마무리 했습니다.

양쪽에 fixed 및 변위가 0으로 설정되어 있고, 가운데에 있는 nodes에 집중하중이 10kN이 작용하는 것입니다.

16) 상단에 있는 사진처럼의 상태에서, 좌측의 solution을 클릭합니다. 그러면 메뉴바 상단에 desformation, strain, stress를 각각 클릭하여 total deformation, equivalent elastic strain, equivalent stress를 클릭합니다. 그러면 좌측에 있는 outline에 보이듯이 각각의 설정이 대입되어지는 것을 볼 수 있습니다.

17) 그리고 마지막으로 제일 상단의 Solve를 클릭하면 끝. 아래부터는 각각의 해석 결과입니다.

total deformation 해석결과

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equivalent elastic strain 해석 결과

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equivalent stress 해석 결과

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아래 사진은 equivalent elastic strain의 해석 결과에서 가운데 nodes에 집중하중이 각각 10kN이 작용하여 변형된 모습을 보여주고 있습니다.

18) 아래는 stress tool을 추가하여 safety factor를 확인해본 결과입니다. 전부다 파란색 계열이고 최솟값이 12이므로 아주 안전한 상태임을 알 수 있습니다.

잠깐, 해석 결과를 도출하고나서 아래의 캡처처럼 생긴 것을 엔시스 화면 좌측 하단에서 찾으실 수 있을 겁니다. 이것이 바로 에니메이션으로 보여주는 장치입니다. 여기서 frames과 sec를 원하는 것으로 변경해주고 가장 좌측의 빨간색 화살표를 클릭하면 실행가능합니다. 아래는 그 예시로 만든 영상입니다.

저는 위 사진처럼 크게 보지는 않고 그래프는 크게 필요로 하지않았어서 아래처럼 작게 만들어서 사용합니다. 그러면 에니메이션 돌리기도 편합니다.

추가적으로, 아래는 13~14번에서 설정했던 Direct FE를 nodal displacement로 보의 중앙에 적용한 해석 결과입니다.

위에서 구한 값과 비교할 수 있도록 일부러 위에서 구했던 변형량으로 nodal displacement를 설정하여 주었습니다. 결과값을 보니 거의 일치하는 것을 확인할 수 있었지만, 다른 부분도 많이 발견되었습니다.

아래는 추가적으로, 재미삼아 위 전체 면적에 압력을 주어본 경우입니다.

글이 많이 부족하죠? 죄송합니다. 개인적으로 공부하기 위해서 작성하는 것으로 양해부탁드립니다. 그래도 아는 선에서는 최대한 자세히 적어보도록 하겠고 아낌없는 조언과 관심 가져주시면 감사드리겠습니다. 더 자세히 설명할 수 있도록 노력하겠습니다. 좋은 시선으로 바라봐 주시면 감사하겠습니다.