슬라이드 1

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불현 진
6 years ago
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1 Modal Analysis ( 모드해석 )

2 00 모드해석개요 모드해석 모드해석은구조물의동적특성을파악하기위한방법으로구조물의고유진동수와모드형상을파악하여구조물의공진여부나진동에의한변형을예측하는해석입니다. 구조물의동적특성에따라동적하중에대한응답이정해지기때문에모든동해석을수행하기전에반드시확인해야합니다. 주요용어 고유진동수 (Natural Frequency) 와고유진동주기 (Natural Period) 고유진동수 : 구조물의동적특성을표현하는한가지로써단위시간에진동하는회수를의미 (Hz) 고유진동주기 : 진동수의역수 (/f) 로서 회진동하는데소요되는시간을의미 (sec) 고유모드형상 : 외부의힘이제거된상태에서구조물이진동하는형상을의미하며, 구조물이가장쉽게변형할가능성이높은형상부터저차모드를가짐 공진 : 고유진동수가구조물에가해지는작동주파수의근처에있게되면구조물에공진이발생 외팔보의고유모드형상 A와 B의경우에서로진폭이다르지만진동수와주기는일정합니다. 진동수와주기는길이에따라바뀌는고유특성입니다. 이처럼진자의운동에서초당왕복하는횟수를고유진동수라 A. 하고, 회왕복하는데소요되는시간을고유진동주기라고합니다. 구조물의고유진동수는구조물의강성에비례하고질량에반비례하는특성을갖고있고, 해석대상물의구속위치에서멀리떨어진위치에집중질량이있는경우는관성효과로인해고유진동수를크게감소시키는효과가나타납니다. B. < 진폭이다른진자의운동 > 차모드 차모드 차모드 Modal Analysis

3 00 모드해석개요 자유진동 구조물에작용하는외력이없는상태 ( 즉, free한상태 ) 에서구조물에내재된힘 ( 관성력, 감쇠력, 복원력 ) 만으로진동하는것을의미하며, 이경우구조물의진동은외력의영향을받지않는구조물만의고유한동적특성의하나이상의고유진동수 (natural frequency) 로진동 하중이작용되지않는데도자유진동이발생하는이유는초기조건 (initial condition) 이 0(zero) 이아니기때문입니다. 정적평형상태초기조건자유진동 주기 : T 자유진동 초기변위 : A 시간 Modal Analysis

4 00 모드해석개요 모드해석옵션 모드개수 : 계산하고자하는고유진동수의개수를입력합니다. 하한값 / 상한값 : 고유진동수의범위를결정합니다. 지정된상 / 하한값내에서만계산합니다. 고유치누락여부검토 : 해석시누락된고유치를반복작업을통하여계산해줍니다. 절점질량 ( 중량 ) 특성값계산 : 절점질량에해당하는특성값을계산하여보여줍니다. 특성값으로는전체질량, 무게중심, 질량관성모멘트등이있습니다. 전체질량행렬스케일링팩터 : 이파라미터값은재질밀도값이질량값대신에무게값으로입력이되었을경우사용합니다. 아래의수식에의하여질량값으로계산해줍니다. m ( w g ) 분포 ( 일관 ) 질량계산 : 분포질량계산이 On 되어져있으면일반적인질량행렬이아닌분포질량행렬로계산하는데이행렬값은질량간에서로 Coupled 되어진값을의미합니다. Modal Analysis 4

5 00 개요 개요 선형정적해석 - 단위 : N, mm - 등방성탄성재료 Hanger - 기하모델 : Hanger.x_t 경계조건과하중조건 - 경계조건 ( 핀구속 ) 결과확인 - 모드해석결과 - 모드형상 - 고유진동수 Hanger 5

6 00 해석개요 따라하기목적 midas NFX를이용한기본적인모드해석의수행및기능이해 - 모드해석은진동이나주기적인하중을받는부품에대한설계검증시에주로이용합니다. - 모드해석에서는특정한구속을받는구조물에대한공진진동수를계산하고모드형상을제공합니다. - 본따라하기에서는단일파트모델에서해석에불필요한필렛을간략화하고모드해석을통해파트의고유진동수와모드형상등을확인하도록합니다. 해석개요 대상모델 구속조건 ( 고정구속 ) 유한요소모델 ( 사면체요소망 ) 핀구속모드해석에서의경계조건은필수적이지는않지만구속이존재하면경계조건으로반영해야합니다. 모델이완전히구속되지않았을경우 차모드는진동수가 0에가까운강체모드 (Rigid Body Mode) 가나타납니다. Hanger 6

7 0 해석 >> 해석조건설정. [ ] ( 새로만들기 ) 클릭... [차원/ 일반모델 ] 선택.. 단위계 [N-mm-J-sec] 선택. 4. [ 확인 ] 버튼클릭. 5. 작업윈도우에서마우스오른쪽버튼클릭후, [ 모든가이더감추기 ] 선택. 프로그램을실행시킨후 [ 새로만들기 ] 를클릭하면모든메뉴가활성화됩니 다. 5 해석조건설정대화상자는시작과 함께자동으로보여집니다. 4 Hanger 7

8 0 형상 >> CAD 파일 >> 불러오기. 모델선택 : Hanger.x_t 선택. [ 열기 ] 버튼클릭. 프로그램이설치된하위폴더의 Manuals\Tutorials\Files 폴더안에 따라하기의모델들이있습니다. 파일형식확인!! Hanger 8

9 0 요소망 >> 재료 / 특성 >> 재료. 생성 >> 등방성클릭. 재질입력 번호 이름 Steel 탄성계수.e5 (N/mm²) 프와송비 0. 질량밀도 7.9e-6(kg/mm²). [ 확인 ] 버튼클릭. 4. [ 닫기 ] 버튼클릭 4 모드해석을수행하기위해서는반드 시질량밀도를입력해야합니다. Hanger 9

10 04 요소망 >> 재료 / 특성 >> 특성. 생성 >> D 클릭. [ 솔리드 ] 탭선택... 특성입력번호 이름 재질 Hanger :Steel 4. [ 확인 ] 버튼클릭. 5. [ 닫기 ] 버튼클릭 5 4 Hanger 0

11 05 정적 / 열해석 >> 경계조건 >> 구속조건. 구속조건입력 이름 Support 대상종류 면 대상선택 6개선택 ( 그림참조 ) 조건 핀구속. [ 확인 ] 버튼클릭. 고정구속 : X, Y, Z 병진자유도및 회전자유도구속 핀구속 : X, Y, Z 병진자유도만구속 솔리드모델에서는회전자유도가 없기때문에핀구속조건으로도 모든자유도가구속됩니다. Hanger

12 06 요소망 >> 생성 >> D. 대상선택 : 개 대상선택.. [ 확인 ] 버튼클릭. 전체모델의크기에따라자동으로기본설정값이정해집니다. 이는단순히전체모델크기에따른비율로계산되는값이며, 이값이해석에적합한요소크기를의미하지는않습니다. 따라하기에서는기본요소크기를 사용합니다. Hanger

13 07 해석 >> 해석케이스 >> 일반. 이름 : Hanger 입력. 해석종류 : [ 모드해석 ] 선택.. [ 확인 ] 버튼클릭. 기본적으로현재작업된요소망세트, 경계조건, 하중조건등이모두활성화 됩니다. Hanger

14 08 해석 >> 실행. [ 확인 ] 버튼클릭.. 다른이름으로저장 : Hanger 입력.. [ 저장 (S)] 버튼클릭. 해석을실행하면 midas NFX 솔버가 작동됩니다. [ 해석중지!] 버튼을클릭 하면해석이중지됩니다. Hanger 4

15 09 해석및결과작업트리 >> Hanger >> 모드해석 ( 필수 ) >> 전체변위. [ ] ( 등각보기) 클릭.. 결과분석 >> 일반 >> 변형형상 >> 변형 + 변형전 ( 특징경계선 ) 선택.. 해석및결과작업트리에서 MODE 전체변위더블클릭. 모드해석에서의변위값은실제값이 아니므로, 각차수에따른고유진동수 와모드형상만을검토하면됩니다. Hanger 5

16 0 해석및결과작업트리 >> Hanger >> 모드해석결과테이블. [ 모드해석결과테이블 ] 더블클릭. 각차수에따른고유진동수를의미합 니다. Hanger 6

17 00 개요 개요 모드해석 - 단위 : N, mm - 기하모델 : Modal.x_t Modal Analysis 재질 - Cast Alloy Steel (DB 사용 ) 경계조건과하중조건 - 고정구속 ( 홀내부 ) 결과확인 - 고유치 - 모드형상 - 모드해석결과테이블 Hanger 7

00 해석개요 따라하기목적 midas NFX를이용한기본적인모드해석의수행및기능이해 - 모드해석은진동이나주기적인하중을받는부품에대한설계검증시에주로이용합니다. - 모드해석에서는특정한구속을받는구조물에대한공진진동수를계산하고모드형상을제공합니다. - 본따라하기에서는파트간의접촉조건을고려하여어셈블리전체의고유진동수와모드형상을확인하도록합니다.

18 00 해석개요 따라하기목적 midas NFX를이용한기본적인모드해석의수행및기능이해 - 모드해석은진동이나주기적인하중을받는부품에대한설계검증시에주로이용합니다. - 모드해석에서는특정한구속을받는구조물에대한공진진동수를계산하고모드형상을제공합니다. - 본따라하기에서는파트간의접촉조건을고려하여어셈블리전체의고유진동수와모드형상을확인하도록합니다. 결론적으로이해석을통하여얻은고유진동수를실제제품의운영진동수에근접하지않도록또는일치시키도록 ( 예 : 초음파용접기의혼 ) 설계에적용할수있습니다. 해석개요 대상모델 구속조건 ( 고정구속 ) 유한요소모델 ( 사면체요소망 ) 고정구속 모드해석에서의경계조건은필수적이지는않지만구속이존재하면경계조건으로반영해야합니다. 모델이완전히구속되지않았을경우 차모드는진동수가 0에가까운강체모드 (Rigid Body Mode) 가나타납니다. Modal Analysis 8

19 0 해석 >> 해석조건설정. [ ] ( 새로만들기 ) 클릭... [차원/ 일반모델 ] 선택.. 단위계 [N-mm-J-sec] 선택. 4. [ 확인 ] 버튼클릭. 5. 작업윈도우에서마우스오른쪽버튼클릭후, [ 모든가이더감추기 ] 선택. 프로그램을실행시킨후 [ 새로만들기 ] 를클릭하면모든메뉴가활성화됩니 다. 5 해석조건설정대화상자는시작과 함께자동으로보여집니다. 4 Modal Analysis 9

$Manuals\Tutorials\Files 폴더안에$

20 0 형상 >> CAD 파일 >> 불러오기. 모델선택 : Modal.x_t 선택. [ 접촉면찾기 ] 체크.. [ 열기 ] 버튼클릭. 프로그램이설치된하위폴더의 Manuals\Tutorials\Files 폴더안에 따라하기의모델들이있습니다. 모델을불러올때 [ 접촉면찾기 ] 를 체크하면, 파트별접촉이 [ 일체거동 접촉 ] 으로자동설정됩니다. 파일형식확인!! Modal Analysis 0

21 0 요소망 >> 재료 / 특성 >> 재료. 생성 >> 등방성클릭. 재료 DB 리스트에서 Steel 선택.. Cast Alloy Steel 선택. 4. [ 확인 ] 버튼클릭. 5. [ 닫기 ] 버튼클릭 선택한재료의물성치가자동으로입 력됩니다. 5 4 Modal Analysis

22 04 요소망 >> 재료 / 특성 >> 특성. 생성 >> D 클릭. [ 솔리드 ] 탭선택... 특성입력번호 이름 재질 Solid : Cast Alloy Steel 4. [ 확인 ] 버튼클릭. 5. [ 닫기 ] 버튼클릭 5 4 Modal Analysis

23 05 정적 / 열해석 >> 경계조건 >> 구속조건. 구속조건입력 이름대상종류대상선택조건 Fix 면 8개선택고정구속. [ 확인 ] 버튼클릭 4 고정구속 : X, Y, Z 병진자유도및 회전자유도구속 핀구속 : X, Y, Z 병진자유도만구속 솔리드모델에서는회전자유도가 없기때문에핀구속조건으로도 모든자유도가구속됩니다. Modal Analysis

24 06 요소망 >> 생성 >> D. [ 자동-솔리드 ] 탭선택.. [ ] ( 전체선택 ) 클릭.. 요소크기설정 : 기본설정값사용. 4. [ 확인 ] 버튼클릭. [ ] ( 전체선택 ) 을클릭하면 화면상에보이는모델이전부선택 됩니다. 전체모델의크기에따라자동으로기본설정값이정해집니다. 이는단순히전체모델크기에따른비율로계산되는값이며, 이값이해석에적합한요소크기를의미하지는않습니다. 따라하기에서는기본요소크기를 사용합니다. 4 Modal Analysis 4

25 07 해석 >> 해석케이스 >> 일반. 해석케이스설정 이름 해석종류 Modal 모드해석. [ 확인 ] 버튼선택 기본적으로현재작업된요소망세트, 경계조건, 하중조건등이모두활성화 됩니다. Modal Analysis 5

26 08 해석 >> 실행. [ 확인 ] 버튼클릭.. 다른이름으로저장 : Modal 입력.. [ 저장 (S)] 버튼클릭. 해석을실행하면 midas NFX 솔버가 작동됩니다. 해석중지! 버튼을클릭 하면해석이중지됩니다. Modal Analysis 6

27 09 해석및결과작업트리 >> Modal : 모드해석 >> 모드해석 ( 필수 ) >> MODE. [ ] ( 등각보기) 클릭.. 결과분석 >> 일반 >> 변형형상 >> 변형 + 변형전 ( 요소망 ) 선택.. 해석및결과작업트리에서전체변위 더블클릭. 모드해석에서의변위값은실제값이 아니므로, 각차수에따른고유진동수 와모드형상만을검토하면됩니다. Modal Analysis 7

28 0 해석및결과작업트리 >> Modal : 모드해석 >> 모드해석결과테이블. 해석및결과작업트리에서모드해석 결과테이블더블클릭. 각차수의고유진동수를의미합니다. Modal Analysis 8

29 00 개요 개요 모드해석 - 단위 : N, m - Bar Stiffened Plate Stiffened Plate 경계조건과하중조건 - 고정구속 ( 홀내부 ) 결과확인 - 고유치 - 모드형상 ( 애니메이션 ) - 모드해석결과테이블 Stiffened Plate 9

00 해석개요 따라하기목적 midas NFX를이용한기본적인모드해석의수행및기능이해

30 00 해석개요 따라하기목적 midas NFX를이용한기본적인모드해석의수행및기능이해 - 모드해석은진동이나주기적인하중을받는부품에대한설계검증시에주로이용합니다. - 모드해석에서는특정한구속을받는구조물에대한공진진동수를계산하고모드형상을제공합니다. - 본따라하기에서는기본적인모드해석수행과함께 D요소와 D요소가혼합된구조물을모델링하는방법을습득하도록합니다. 해석개요 대상모델 구속조건 ( 고정구속 ) 유한요소모델 (D 및 D 사각형요소망 ) 판의외각 4 곳에고정구속 Shrink 형상 Stiffened Plate 0

31 0 해석 >> 해석조건설정. [ ] ( 새로만들기 ) 클릭.. [차원/ 일반모델 ] 선택.. 단위계 [N-m-J-sec] 선택. 4. [ 확인 ] 버튼클릭. 5. 작업윈도우에서마우스오른쪽버튼클릭후, [ 모든가이더감추기 ] 선택. 프로그램을실행시킨후 [ 새로만들기 ] 를클릭하면모든메뉴가활성화됩니 다. 5 해석조건설정대화상자는시작과 함께자동으로보여집니다. 4 Stiffened Plate

32 0 형상 >> 점과선 >> 사각형. 위치 : (0), <0.5, 0.5> 입력.. [ 취소 ] 버튼클릭.. [ ] ( 수직보기 ) 클릭. ( ): 절대좌표 x, y <>: 상대좌표 dx, dy (0) 은 (0,0) 와같은의미입니다. 각위치값을입력한후, [Enter] 키를누 르면그리기작업이진행됩니다. [ESC] 키는 [ 취소 ] 의단축키입니다. Stiffened Plate

33 0 형상 >> 점과선 >> 연결선. 위치 : (0.5), <0, 0.5> 입력.. 작업화면에서마우스오른쪽클릭.. 위치 : (0.5), <0, 0.5> 입력. 4. 작업화면에서마우스오른쪽클릭. 5. 위치 : (0.75), <0, 0.5> 입력. 6. 작업화면에서마우스오른쪽클릭. 7. [ 취소 ] 버튼클릭. 7 연결선의그리기작업을완료하기위해서는 [ 확인 ] 버튼을클릭하거나작업화면에서마우스오른쪽버튼을클릭합니다. Stiffened Plate

34 04 형상 >> 점과선 >> 교차선끊기. [ ] ( 전체선택 ) 클릭.. [ 확인 ] 버튼클릭. 선과선이만나는지점에서의절점공유를위해서와이어형상인사각형을 개의엣지를기준으로끊어주어야합니다. Stiffened Plate 4

35 05 요소망 >> 제어 >> 크기지정. [ 엣지시드 ] 탭선택.. [ O ] 표시된 5개의엣지선택.. 시드방법 : 분할개수 0 입력. 4. [ 확인 ] 버튼클릭. 4 미리지정한시드는요소망생성시 입력하는요소크기보다우선적용됩 니다. Stiffened Plate 5

36 06 요소망 >> 생성 >> D. [ 자동-영역 ] 탭선택.. [ ] ( 전체선택 ) 클릭.. 요소크기설정 : 분할수 입력. 4. [ 확인 ] 버튼클릭. [ ] ( 전체선택 ) 를클릭하면 화면상에보이는모델이전부선택 됩니다. 재료와특성을미리정의하지않더라도요소망생성시특성번호만구분해서입력해주고나중에해당번호의특성을정의할수있습니다. 4 Stiffened Plate 6

37 07 모델작업트리 >> 요소망. 생성된 4개의요소망세트선택.. 마우스오른쪽클릭하여병합선택.. 병합된요소망세트를선택한후, [F] 키누름. 4. Plate 로수정. 4 절점이공유되어있는요소망세트에한하여병합합니다. 만약, 절점이공유되어있지않은요소망세트들을임의로병합하게되면, 접촉조건등의적용이힘들기때문에반드시절점공유여부를확인한후에요소망세트병합을수행해야합니다. Stiffened Plate 7

38 08 요소망 >> 생성 >> D. [ O ] 표시된 5개의엣지선택.. 요소망세트 : Stiffener 입력.. [ 확인 ] 버튼클릭. 엣지에이미시드가부여되어있기때문에별도의요소크기설정을하지않더라도부여된시드에따라요소망이생성됩니다. Stiffened Plate 8

39 09 요소망 >> 재료 / 특성 >> 재료. 생성 >> 등방성클릭.. 재료물성치직접입력. 번호 이름 Matl 탄성계수 e (N/m ) 프와송비 0. 질량밀도 8.45 (kg/m ). [ 확인 ] 버튼클릭. 4. [ 닫기 ] 버튼클릭. 모드해석을수행하기위해서는반드 시질량밀도를입력해야합니다. 4 Stiffened Plate 9

40 0 요소망 >> 재료 / 특성 >> 특성. 생성 >> D 클릭. [ 판 ] 탭선택.. 특성입력. 번호 이름 Plate 면내재료 : Matl 재료좌표계 전체직교좌표계 두께 m ( 균일두께 ) 4. [ 확인 ] 버튼클릭. 4 Stiffened Plate 40

요소망 >> 재료 / 특성 >> 특성. 생성 >> D 클릭. [ 바 ] 탭선택.. 특성정보입력. 번호 이름 Bar 재질 : Matl 4. [ 단면형상...] 에체크한후, 버튼클릭. 5 5. 단면정보입력. 단면형상 I DIM 0.05 DIM 0.

41 요소망 >> 재료 / 특성 >> 특성. 생성 >> D 클릭. [ 바 ] 탭선택.. 특성정보입력. 번호 이름 Bar 재질 : Matl 4. [ 단면형상...] 에체크한후, 버튼클릭 단면정보입력. 단면형상 I DIM 0.05 DIM 0.05 DIM 0.05 DIM DIM DIM 전단중심 : [<] 또는 [>] 버튼을이용하 6 여바닥의중앙으로이동. 7. [ 확인 ] 버튼클릭 [ 닫기 ] 버튼클릭 Stiffened Plate 4

옵션체크 섹션참조점사용옵셋 기준좌표 전체직교좌표계 옵셋 ( 균등 ) Wz: 0.005 m 6 4 5 7. [ 확인 ] 버튼클릭. 8.

42 요소망 >> 요소 >> 파라미터. [D] 탭선택.. [ ] ( 등각보기) 클릭.. 모델작업트리 >> 특성에서 D >> Bar 와 D >> Plate 에체크. 4. [ 추가 : 옵셋 ( 보 / 바 )] 선택. 5. [ ] ( 전체선택 ) 클릭. 6. 옵셋정보입력. 옵션체크 섹션참조점사용옵셋 기준좌표 전체직교좌표계 옵셋 ( 균등 ) Wz: m [ 확인 ] 버튼클릭. 8. 모델작업트리 >> 특성에서 D >> Bar 와 D >> Plate 에체크해제. 모델작업트리의특성에체크하면각요소의단면이그려집니다. 단면이그려진상태에서는다른작업을수행하는데, 용이하지않으므로, 단면상태를확인한후에는체크를해제하는것이좋습니다. Offset 7 6 Stiffened Plate 4

43 정적 / 열해석 >> 경계조건 >> 구속조건. 구속조건입력 이름대상종류대상선택조건 Fix 절점외각의 4개선택고정구속. [ 확인 ] 버튼클릭 고정구속 : X, Y, Z 병진자유도및 회전자유도구속 핀구속 : X, Y, Z 병진자유도만구속 Stiffened Plate 4

44 4 해석 >> 해석케이스 >> 일반. 해석케이스설정 이름 해석종류 Modal 모드해석. 서브케이스설정의 모드해석 ( 필수 ) 를클릭.. 활성화된서브케이스제어버튼클릭. 4. 모드해석설정 모드해석 5 옵션체크 고유치누락여부검토 5. [ 확인 ] 버튼선택 6. [ 확인 ] 버튼선택 4 4 모드해석시누락된고유치를반복작 업을통하여계산합니다. 5 6 Stiffened Plate 44

45 5 해석 >> 실행. [ 확인 ] 버튼클릭.. 다른이름으로저장 : Stiffened Plate 입력.. [ 저장 (S)] 버튼클릭. 해석을실행하면 midas NFX 솔버가 작동됩니다. 해석중지! 버튼을클릭 하면해석이중지됩니다. Stiffened Plate 45

46 6 해석및결과작업트리 >> Modal : 모드해석 >> 모드해석 ( 필수 ) >> MODE. 결과분석 >> 일반 >> 변형형상 >> 변형 + 변형전 ( 특징경계선 ) 선택.. 해석및결과작업트리에서전체변위더블클릭. 모드해석에서의변위값은실제값이 아니므로, 각차수에따른고유진동수 와모드형상만을검토하면됩니다. Stiffened Plate 46

47 7 모델작업트리 >> 특성 >> D. Bar 에체크.. 작업윈도우하단의 [ ] ( 재생 ) 버튼클릭.. [ ] ( 정지 ) 버튼을클릭하여애니메 이션재생중지. 간단한버튼하나로해석결과를애니메이션으로확인할수있습니다. 애니메이션을이용하면모드형상을보다직관적으로확인할수있습니다. Stiffened Plate 47

48 8 해석및결과작업트리 >> Modal : 모드해석 >> 모드해석결과테이블. 해석및결과작업트리에서모드해석 결과테이블더블클릭. 각차수의고유진동수를의미합니다. Stiffened Plate 48

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슬라이드 1 Nonlinear Static Analysis ( 비선형정적해석 ) 00 비선형정적해석개요 응력-변형률곡선 σ True Stress-Strain Curve Ultimate Stress Yield Stress Proportional Limit Elastic Modulus Eng. Stress-Strain Curve Fracture Elasticity Plasticity