MSC Nastran Getting Started User's Guide Chapter 9. 정적 하중 적용(Applying Static Loads)

소개기본적인 정적 하중의 개요MSC Nastran은 광범위한 하중 유형의 라이브러리를 공급합니다. 선형 정적 해석에서 가장 일반적으로 사용되는 하중을 표 9-1에 요약하였슴니다.표 9-1 기본적인 정적 하중

>

>

>

>

>

하중 세트특정 유형 항목들의 세트 개념은 MSC Nastran에 널리 보급되어있습니다.  선형 정적 문제에서의 하중 세트는 Case Control 명령으로 하중들이 모아지거본인 리스트 댑니다. Case Control 명령은 적용되는 하중 유형에 따라 다릅니다. 이 장에서 설명하는 하중의 경우, Case Control 명령의 일반적인 형식은 이강 중 하본인이다.LOAD=n역시는DEFORM=n이곳서 n은 사용자가 정의한 이다의미 세트 식별 번호(SID)로 Load bulk data entry의 두 번째 필드 값이다. 동일한 SID를 갖는 모든 하중들은 하본인의 하중 세트로 합해집니다.각 Case Control 명령의 사용 현실성은 아래의 표에 본인타내었습니다.

>

집중하중힘(FORCE)외팔보에 작용하는 힘 F를 고려해봅시다:

>

집중하중 F는 grid point 1과 2를 연결하는 CBAR element에 작용하고 있습니다. Bulk data entry로 이것을 정의하기 위해서는 FORCE라고 부르는 하중이 필요합니다. 그 포맷은 다음과 같습니다:  

>

필드        이스토리SID           하중 식별 번호 (정수 > 0)G              grid point 식별 번호 (정수 > 0)CID          좌표계 식별 번호 (정수 ≥ 0 ; 기본값 = 0)F               스케일 팩터 (실수)Ni             CID에 정의된 좌표계에서 측정된 벡터 성분 (실수: 최소한 첫쁘지않아의 Ni ≠ 0.0)위 예제의 경우, FORCE entry는 아래와 같이 써집니다:

>

또한는 자유 포맷으로,FORCE,2,2,,10.,0.,-1.,0.하중 세트 식별 번호(두 번째 칼럼의 SID)는 Case Control Section에서 정의된 명령어를 참조한다. (위 예에서는 LOAD=2; 정수값 2는 이다의로 선택)네 번째 컬럼을 공란으로 두는 것은 하중의 오리엔테이션 정의를 위해 기본(default)좌표계가 이용되었음을 의미한다. 여섯, 일곱, 여덟 번째 컬럼 (0.,-1.,0.)은 -Y방향의 벡터를 의미하며, 하중의 방향을 정의한다. Grid point에 적용된 힘은 아래와 같이 주어지고,f = FN이쪽서 N=(N1,N2,N3)즉, 다섯 번째 컬럼 F의 값은 적용된 하중 10 lbf 의 모드 값인데 벡터 N(이 예제에서)가 단위 길이이기 때문이다니다. MSC Nastran은 집중하중을 적용하기 위한 두 가지 다른 방법을 재공한다.FORCE1                 하중 방향을 정의하기 위해 두 개의 grid point를 이용하므로 하중이 적용되는                             grid point와 같을 필요는 없음니다.FORCE2                두 벡터의 외적과 평행한 하중 방향을 정의한다.FORCE1과 FORCE2 entry들의 자세한 스토리은 MSC Nastran Quick Reference Guide 를 참조하세요.사용할 FORCE entry의 유형은 단순한 참조 사고이다니다.모멘트(MOMENT)집중 모멘트의 적용은 FORCE와 대동소이한다. 아래의 단순 지지 빔의 기본 Z축에 작용하는 모멘트 M을 소소견봅시다.

>

이 힘을 적용하는데 사용되는 bulk data entry는 MOMENT이고 포맷은 다sound과 같음니다:

>

필드          스토리SID           하중 식별 번호 (정수 > 0)G              grid point 식별 번호 (정수 > 0)CID          좌표계 식별 번호 (정수 ≥ 0 ; 기본값 = 0)M             스케일 팩터 (실수)Ni             CID에 정의된 좌표계에서 측정된 벡터 성분 (실수: 최소한 하자신의 Ni ≠ 0.0)위의 경우, MOMENT entry는 이후과 같이 쓸 수 있슴니다.

>

역시는 자유 포맷으로,MOMENT,6,2,,-18.6,0.,0.,1.적용된 하중 m은 다음으로 주어집니다.m = MN이쪽서 N은 벡터 (N1, N2, N3)입니다. FORCE entry 입력의 경우와 마찬가지로 M은 단위 길이의 벡터이므로 모멘트의 전체 크기입니다. 적용된 모멘트의 방향은 오른손법칙에 따라 M의 부호로 표시댑니다. 왜냐하면 (0., 0., 1.)은 양의 Z축 방향의 벡터이기 때문입니다. M=18.6 과 N = (0., 0., -1.)을 정의하면 동일한 결과가 댑니다.MSC Nastran은 집중 모멘트를 적용하기 위한 두 가지 다른 방법을 재공할것이다.MOMENT1    방향을 결정하기 위해 두 개의 grid point를 이용할것이다. (m=Mn , 이쪽서 n은 grid 1에                      서 grid 2의 벡터와 평행한 단위 벡터입니다.)MOMENT2    방향을 결정하기 위해 두 개의 grid point를 이용할것이다. (m=Mn , 이쪽서 n은 G1에서                      G2와 G3에서 G3의 벡터의 외적과 평행한 단위 벡터입니다.)어느 entry를 선택할지는 단순한 참조 문제입니다.1-D Element에 분포하중(PLOAD1)PLOAD1 bulk data entry는 균일하게 역시는 선형으로 변화하는 분포하중을 CBAR와 CBEAM element에 적용하는데 사용댑니다. 하중은 전체 요소 길이, 길이의 세그먼트 역시는 길이를 따라 한 점에 적용될 수 있습니다. PLOAD1의 형식은 다음과 같습니다. X1, X2, P1, P2의 의미는 그림 9-1에 과인와있습니다.

>

필드        스토리SID          하중 세트 식별 번호 (정수 > 0)EID          CBAR, CBEAM, CBEND element 의 식별 번호 (정수 > 0)TYPE       하중 유형 (문자: “FX”, “FY”, “FZ”, “FXE”, “FYE”, “FZE”, “MX”, “MY”, “MZ”, “MXE”, “MYE”,               “MZE”)SCALE    X1, X2의 스케일 팩터를 판정 (문자: “LE”, “FR”, “LEPR”, “FRPR”)X1, X2   끝 A에서 CBAR, CBEAM 역시는 CBEND element 축을 따르는 거리(실수; X2는 공란일 수              있sound  0 ≤X1 ≤X2)P1, P2    X1, X2 위치에서의 하중 팩터 (실수 역시는 공란)

>

하중 세트 ID (SID)는 Case Control 명령어 LOAD=SID로 선택댑니다. 가능한 TYPE은 이후과 같습니다:FX            기본 좌표계의 X방향의 힘FY            기본 좌표계의 Y방향의 힘FZ            기본 좌표계의 Z방향의 힘FXE         요소 좌표계의 X방향에서의 힘FYE         요소 좌표계의 Y방향에서의 힘FZE          요소 좌표계의 Z방향에서의 힘MX          기본 좌표계의 X방향의 모멘트MY          기본 좌표계의 Y방향의 모멘트MZ           기본 좌표계의 Z방향의 모멘트MXE        요소 좌표계의 X방향에서의 모멘트MYE        요소 좌표계의 Y방향에서의 모멘트MZE        요소 좌표계의 Z방향에서의 모멘트스케일 팩터의 의미는 이후과 같습니다:LE            LENGTH – Xi의 값들은 요소의 실제 길이.FR            FRACTIONAL – Xi의 값은 끝 A에서 element의 시작되는 곳을 따라 분수 거리               (element 길이의 소수 표현)LEPR       LENGTH PROJECTED – Xi 값은 element 축을 따르는 실제 거리이고 분포된 하중은               element의 투영된 길이로 입력댑니다.FRPR      FRACTIONAL PROJECTED – Xi 값은 element 길이에 대한 실제 거리의 비율이고 분산된 하중은 element의 길이에 투영된 항목에서 정의댑니다. 투영된 하중에 관한 추가적인 설명은 the MSC Nastran Quick Reference Guide의 Bulk Data 아래 PLOAD1에서 찾아볼 수 있습니다. 우리는 길이와 분수 하중에 집중할 것입니다. 이 이야기들이 다소 뒤죽박죽스럽게 보일 수 있지만 실제로는 대단히 간단합니다. PLOAD1의 사용법을 보여주는 가장 좋은 노하우이 이후의 몇 가지 예입니다.예제 1    PLOAD1 entry로 분수(정규화된) 비율을 이용해 CBAR element 의 전체 길이에 균일하게 분포된 하중을 적용해봅니다.

>

예제 2                     예제 1과 동일하지만 길이 스케일링이 있습니다.

>

예제 3   PLOAD1 entry로 길이 스케일링을 이용해 CBAR element의 안쪽에 선형으로 변하는 분포하중을 적용해 봅니다.

>

예제 4    PLOAD1 entry로 분수 스케일링을 이용해 CBAR element의 안쪽 포인트에 집중하중을 적용해 봅니다.

>

압력 하중면에 균일한 수직 압력 하중(PLOAD)PLOAD bulk data entry는 grid point를 이용해 삼각형 또한는 사각형 면에 균일한 수직 정적 압력 하중을 정의하는데 사용됩니다. PLOAD entry는 2-D (Surface) 또한는 3-D (Solid) element에 적용될 수 있으며 형식은 차후과 같슴니다

>

필드        스토리SID          하중 세트 식별 번호 (정수 > 0)P               압력 (실수)Gi             Grid point 식별 번호 (정수 > 0 ; G4는 0 또한는 공란일 수 있슴니다.)Grid point G1, G2, G3, G4는 삼각형 또한는 사각형 면을 정의할것입니다. G4이 0이거나쁘지않아 공백이면 면이 삼각형입니다. 압력 하중의 방향은 면의 grid point의 정렬 순서에 오른손 법칙을 적용하여 판정됩니다. 

>

P값을 sound수로 설정하면 압력이 반대 방향으로 적용됩니다.2-D element에 균일 수직 압력 하중 (PLOAD2)PLOAD2 bulk data entry는 element ID를 이용해 CQUAD4 또한는 CTRIA3 2-D (surface) element에 수직 균일 압력을 적용하는데 사용됩니다. PLOAD2는 두 가지 형식이 있슴니다:

>

대체 형식:

>

필드        스토리SID          하중 세트 식별 번호 (정수 > 0)P               압력 값 (실수)EIDi         element 식별 번호 (정수 > 0 역시를 공란: “THRU” 옵션의 경우 EID 1< EID2)하중 세트 ID (SID)는 Case Control 명령어 LOAD=SID로 선택댑니다. 압력의 방향은 PLOAD와 동일한 오른손 법칙으로 연결된 GRID point를 이용해 결정댑니다. 역시 “THRU”옵션을 쓸 때 모든 관련된 element들은 명확히 실제로 존재해야 할것이다.수직 압력 역시는 경사 압력 하중 (PLOAD4)PLOAD4 bulk data entry는 다양한 surface나쁘지않아 solid element의 면에 압력 하중을 정의할것이다. 압력 하중은 면에 수직이거나쁘지않아 경사(면에 수직이 아닌)성분을 포함할 수 있음니다. 역시 다른 압력값도 각 코댁에 입력할 수 있음니다. PLOAD4 entry는 이 자료에서 설명하는 아래 element에 적용댑니다.

>

>

PLOAD4 entry의 형식은 다음과 같습니다:

>

대체 포맷(surface element에만 가능):

>

필드       예기SID          하중 세트 식별 번호 (정수 > 0)EID, EID1, EID2     element 식별 번호 (정수 > 0; “THRU”옵션의 경우 EID1 < EID2)P1, P2, P3, P4       element의 면의 코당신에서 단위 면적당 하중(압력) (실수 또는 공란; P2, P3, P4의                              기본값은 P1입니다.)G1            면의 코당신와 연결된 grid point의 식별 번호. Solid element의 경우에만 필요                 (정수 > 0 또는 공란)G3            CHEXA 또는 CPENTA element의 동일한 면에 있는 G1에 대각선으로 마주 보는 모서리에                연결된 grid point의 식별 번호. CHEXA와 CPENTA element의 사각형 면에만 필요합니다.                 G3은 CPENTA element의 삼각형 면에 대해서는 생략해야 합니다.G4            코당신에 위치한 CTETRA grid point의 식별 번호; 이 grid point는 하중이 들어가는 면에                 없을 수도 있습니다. CTETRA element에만 사용댑니다. (정수 > 0)CID          좌표계 식별 번호 ( 정수 ≥ 0 ; 기본값 = 0)N1, N2, N3        CID에 정의된 좌표계에서 측정된 벡터 성분. 하중 강도의 방향(크기가 아님)을                          정의하는데 사용댑니다. (실수)하중 세트(SID)는 Case Control 명령어 LOAD = SID로 선택댑니다. P2, P3, P4가 공란이면 하중 강도는 균일하고 P1과 동일하게 댑니다; P4는 삼각형 면을 위해 공란으로 남겨둡니다. 또 면에 수직으로 작용하는 압력의 경우는 연결 entry가 이용되지 않습니다. 면에 수직이 아닌 다른 방향으로 압력 하중 적용하는 비법을 자세히 알고 싶은 경우 MSC Nastran Quick Reference Guide 의 PLOAD4를 참조하세요. Surface element에 대한 양의 압력 방향은 면에 양의 수직이고 하중 받는 면의 grid point의 순서에 오른손 법칙을 적용하여 결정댑니다. 하중 강도 P1, P2, P3(와 P4)는 삼각형(그렇게하여 사각형) element의 각 코당신 포인트 G1, G2, G3 (그렇게하여 G4)에 작용합니다. Solid element의 면에 대한 양의 압력의 기본 방향은 안쪽입니다. 또 “THRU” 옵션을 사용할 때 참조된 모든 요소는 실제로 존재해야 합니다. 예제아래 그림에 표시된 CHEXA solid element에 적용된 균일한 수직 압력 하중에 대한 PLOAD4 entry의 정의 비법입니다.

>

>

이 하중은 Case Control Section에 LOAD=12 명령어로 선택되었슴니다. P2, P3, P4 를 공란으로 두면 균일한 압력 하중값 26.4 lbf/in2 이 됩니다.