[머리말]
해석논리의 수립에 대한 고찰
해석유형에 따라 해석이론과 전산이론을 포함하여 해석논리를 접근시키는 기술적인 방
법과 도구가 서로 확연한 차이점이 있기 때문에, 공학해석 논리를 수립하기 위해서는 우선
해석하려는 유형(구조, 유체유동, 열 유동)을 분명하고 타당성 있도록 결정해야 한다.
단위계는 모든 해석유형에서 공통으로 설정해야 하므로, 현재 대부분의 공학교육에서 일
반적으로 통용되고 있는 국제 표준 단위계인 SI 단위계에 대한 정의를 확실하게 숙지해야
하는 공학적인 기반이 중요하다고 판단된다.
해석유형에 따라 필요한 후처리과정을 제외하면 각 과정에서 해석논리를 수립하기 위하
여 요구되는 차이점은 다음과 같이 요약된다.
목차
1. 구조해석에서는 역학적인 평형과 구조의 미소변형 및 거동에 관한 사항의 해석이 중요하므로 정역학 과 재료역학의 공학이론이 필요하며, 특히 소성변형과 탄성변형의 경계조건을 정의하는 응력-변형율 선도의 이해가 필수적인 선행과정이다.
또한, 유한요소 해석에 관한 전산이론을 숙지하기 위해서는 3-D 모델의 재질 설정, 메시 구조유형, 부품 또는 assembly의 구속유형, 다양한 하중유형의 적용, 부품연결 유형, assembly 부품간의 접촉유형의 설정 및 이해가 체계적으로 숙지되어야 할 것이다.
이 외에, 비선형 해석, 사용자 정의 재질의 적용과 해석에 적합한 설계치수의 결정, 해석에 적합한 메시구조의 선택 및 해석에 필요한 기술적인 가정을 적용한 구조의 단순화 등의 기법이 추가적으로 요구된다.
2. 유체 유동해석에서는 유동의 가시화가 기본적인 사항이므로 이 목표를 구체화하기 위한 모델의 준비 작업과 유동을 생성하는 물리적 물성 값의 정확한 설정, 유동저항과 관련되는 인자의 설정, 초기조건 및 경계조건의 적절한 적용에 대한 이해가 필요하므로 정적 및 동적 유체역학에 관한 공학이론의 선행학습이 요구된다.
또한, 유한체적요소의 해석에 관한 전산이론을 숙지하기 위해서는 메시의 유형(기본 메시, 초기 메시, 국부초기 메시 등), 해상도, 메시생성을 위한 참조치수의 적용, 수동적인 메시인자를 적용한 메시생성 기법, 좁은 통로 세분화(NCR) 기법, 컨트롤 평면 기법 등과 같은 메시생성논리 알고리즘의 이해 및 생성된 메시의 확인절차가 필요하다.
이 외에, 해석의 신뢰성을 확보하기 위한 메시의 최적화 접근과정과 가시화 인자로 활용될 수 있는 입자스터디의 선행 학습과정이 요구된다.
3. 열에너지는 난방용도를 포함하는 열기관에서의 이용목적 외에는 에너지 변환을 적용하는 대부분의 실무 산업현장에서 회수될 수 없는 최종적인 에너지 형태이므로 일반적으로는 생성 mechanism을 분석하여 효과적으로 제거시키고 있으며 특히, 반도체 산업분야의 전기전자 부품에서 발생하는 열에너지는 부품의 오작동 및 고장과 각종 산업재해가 발생하는 원인이 될 수 있으므로 제거의 필요성이 가중된다.
한편, 열 유동 해석은 열역학적 평형을 기반으로 하고 있으므로 열역학과 열전달 mechanism에 관한 이론의 선행학습이 필수사항이다.
열 유동 해석도 유한체적요소를 해석에 이용하고 있으므로 전산이론은 유체 유동해석과 기본적으로는 동일하며 대부분 동시에 수행되고 있으나, 열 해석을 위해서는 열전달 및 3-D 모델의 열적인자가 추가되어야 하므로 구성하는 솔리드 재질에 대한 공학 데이터베이스의 활용이 필수사항이다.
또한, 열전달 특성과 관련되는 종속성 및 구성부품 솔리드의 열적 속성에 대한 학습과정과 이해가 추가적으로 필요하며, 다른 해석과 비교하여 해석 결과의 비교분석 및 검토가 특히 중요한 과정이 될 것으로 판단된다.
주요 해석결과의 가시화는 온도플롯으로 단순화되는 반면, 전처리의 설정은 가장 다양하고 복잡하기 때문에 해석논리 수립의 최종단계가 된다.
본 교재는 다양한 해석모델을 이용하여 해석논리에 단계적으로 익숙해 질 수 있도록 함
으로써 실무 산업현장에서 접하게 될 업무에 활용할 수 있는 해석능력을 습득하는 것을 목
적으로 저술되었으므로, 지면의 제한조건을 고려하여 공학이론의 수록은 최소화 하였으며
독자의 의도에 따라 필요한 역학 관련서적을 추가적으로 참조하기 바란다.
수록된 예제 과제들을 동영상 강좌를 참조하면서 순차적으로 수행하다 보면 자신도 모르
게 해석논리들이 자연스럽게 이해될 수 있도록 구성하였으며, 3절의 구조해석 참조플롯과
부록에 수록된 해석과정의 요약 및 해석모델 전처리 유의사항 등을 이용하여 해당 과제들
을 수행할 수 있을 정도의 능력에 도달하면 업무에 활용하기에 충분할 것으로 사료된다.
3-D 모델링 과정이 설계의 완성과정이라 한다면 모의해석 과정은 완성된 설계의 검증을
위한 독립적인 과정이므로, 미리 습득해 두면 도움은 될 수 있지만, 3-D 모델링 과정이 모
의해석 과정을 위하여 필수적으로 선행되어야 할 요건은 아니며 따라서 모델링 과정에 정
통하지 않은 경우에도 무관하다.
다만, 해석 중에 필요에 따라 모델링에 관련되는 사항이 나타나기도 하지만 해석논리를
수립하는 접근과정의 수준에 불과하다.
본 교재의 해석에 활용된 3-D 모델의 많은 부분은 비교적 해석논리 수립에 적합한
SolidWorks의 training 과정 프로그램 또는 Tutorial 등에서 발췌하였으므로 이미 이전에
보았던 경험이 있을 수도 있으나, 다년간의 교육과 응용경험을 토대로 국내 엔지니어 정서
에 적합하도록 해석주제를 선정하고 재편성하면서, 개인적인 연습이 가능하도록 실무적용
에 필요한 모델들을 다량 추가하여 체계적으로 해석논리를 습득할 수 있도록 편집하는데
주력하였다.
특히 목차 또는 본문에서 우측에 ★ 표시한 과제들은 해석논리를 이해하기 위하여 수행
할 수 있도록 선정한 비교적 단순한 모델들이므로, 수학적 모델의 설정사항을 참조하여 개
별적으로 해석하고 그 결과들을 검토하는 과정을 통하여 해석논리의 수립에 도움이 될 수
있기를 기대한다.
각 해석주제 분류의 도입부에는 경험상 실무에서 발생하는 중요한 사항들을 제시하고 관
계되는 참고사항을 서술하고 있으므로 충분히 숙독하여 이해될 수 있어야 하며, 하단부분
에는 해석과정과 관련되는 키워드를 순서에 따라 나열해 두었으므로 학습시에 참조가 되기
를 바란다.
PART 01 정적구조해석
Section 01 단위계와 기본물리량 및 규격의 표준화
Section 02 공학이론(재료역학)
Section 03 유한요소 해석이론
PART 02 해석주제의 분류
Section 01 구조해석 결과의 신뢰성
Section 02 부품해석 vs Assembly 해석
Section 03 구조유형 구분 및 설정기법
Section 04 연결유형 구분 및 설정기법
Section 05 접촉유형 구분 및 설정기법
Section 06 선형해석 vs 비선형 해석
Section 07 쉘 메시 알고리듬 활용기법
Section 08 설계스터디 활용기법(해석변수링크)
Section 09 사용자재질의 정의
Section 10 솔리드-쉘 혼합 메시 적용기법
Section 11 역학이론과의 비교
PART 03 구조해석 참조플롯
Appendix
3D 해석 모델 전처리 설정 및 유의사항
평가항목
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