NX NASTRAN 구조해석
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| 분야 | 기타 > 과학/IT |
|---|---|
| 작가 | 이 건범, Norizah Hj Redzuan |
| 출판형태 | 종이책 |
| 페이지수 | 258 Pages |
| 인쇄컬러 | 표지-컬러, 내지-흑백 |
| 판형 | B5 |
| 출판사 | 부크크 |
| ISBN | 9791141006877 |
| 출판일 | 2022.12.15 |
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19,100
원
목차
제목 차례
제1편 NX 사용자 매뉴얼 1
NX Nastran Pre/Post User Manual 2
1. 형상 단순화 (Simplifying Geometry) 실습 2
2. 2D 메시 만들기 실습 5
3. 2D 메시를 3D 메시의 시드로 사용 7
4. 빔 및 단면 모델링 9
5. 스파이더 요소로 노드 연결 15
6. 공간적으로 변화하는 온도 구속조건 적용 19
제2편 CAE 이론 및 실습 23
Chapter 1 서론 24
1.1 유한요소 해석 (Finite Element Analysis) 24
1.2 다양한 컴퓨터 지원 해석 도구 중 FEA의 위치는? 24
1.3 FEA의 응용 분야 및 메커니즘 해석 25
1.4 설계자에게 FEA란? 26
Chapter 2. CAD 모델로 유한요소 해석 27
2.1 수학적 모델 생성 27
2.2 수학적 모델을 풀기 위한 수치적 방법 선택 29
2.2.1 컴퓨터 지원 공학에서 선택된 수치적 방법 29
2.2.2 유한요소법이 우세한 이유 29
2.3 유한요소 모델 30
2.3.1 메시 생성 30
2.3.2 유한요소 방정식의 공식화 31
2.3.3 FEA 결과의 오류 32
2.4 FEA 결과의 검증 및 유효성 확인 33
Chapter 3 유한 요소 해석의 기본 개념 35
3.1 유한요소의 공식화 35
3.1.1 유한요소 자세히 살펴보기 35
3.1.2 변위 보간함수를 만족하기 위한 조건 36
3.1.3 인위적 구속 37
3.2 이산화의 선택 39
3.3 유한요소의 유형 40
3.3.1 요소의 차원 (Element Dimensionality) 40
3.3.2 요소 형상 (Element Shape) 44
3.3.3 요소 차수 및 요소 유형 (Element Order and Element Type) 45
3.3.4 일반적으로 사용되는 요소 요약 47
3.3.5 요소 모델링 기능 (Element Modeling Capabilities) 47
Chapter 4 이산화 오류 제어 49
4.1 응력 결과 표시 49
4.2 수렴과정 유형 50
4.2.1 전역 메시의 정교화에 의한 h 수렴 50
4.2.2 지역 메시 정교화에 의한 h 수렴과정 53
4.2.3 적응형 h 수렴과정 54
4.2.4 p 수렴과정 55
4.2.5 수렴과정의 선택 57
4.3 이산화 오류 57
4.3.1 수렴 오류 57
4.3.2 솔루션 오류 58
4.4 수렴 문제 58
4.4.1 응력 특이성 58
4.4.2 변위 특이성 64
예제 4.1 Hollow Plate 해석하기 70
예제 4.2 L Bracket 해석하기 74
예제 4.3 2D Beam 해석하기 77
예제 4.4 3D Beam 해석하기 80
Chapter 5 유한요소 메시 84
5.1 메시 생성 기법 84
5.1.1 수동 메시 생성 84
5.1.2 반자동 메시 생성 84
5.1.3 자동 메시 생성 85
5.2 메시 호환성 87
5.2.1 호환성 있는 요소 87
5.2.2 호환할 수 없는 요소 88
5.2.3 강제 호환성 89
5.3 일반적인 메시 문제 89
5.3.1 요소 왜곡 90
5.3.2 메시 적절성 91
5.3.3 기하학적 형상(Geometry)에 요소 매핑 93
5.3.4 셸 모델로의 잘못된 변환 94
예제 5.1 BRACKET 해석하기 94
예제 5.2 Cantilever Beam 해석하기 96
Chapter 6 모델링 프로세스 100
6.1 모델링 단계 100
6.1.1 해석 목적의 정의 100
6.1.2 측정 단위 선택 101
6.1.3 기하학적 형상 준비 101
6.1.4 재료 속성 정의 102
6.1.5 경계조건 정의 102
6.2 모델링 기법 103
6.2.1 거울면 대칭 및 비대칭 경계조건 103
예제 6.1 BRACKET 전체 모델 해석하기 108
예제 6.2 BRACKET 반 모델 해석하기 109
예제 6.3 BRACKET 반대칭 해석하기 111
예제 6.4 BRACKET 대칭, 반대칭 해석하기 113
6.2.2 축 대칭 115
예제 6.5 축 대칭 RING의 전체 모델 해석하기 117
예제 6.6 축 대칭 RING의 부분 모델 해석하기 120
6.2.3 주기적 대칭 123
6.2.4 자유도의 재정렬 124
Chapter 7 비선형 정적 구조 해석 126
7.1 다양한 유형의 비선형성 분류 126
7.2 대변형 해석 127
예제 7.1 Cantilever Beam 해석 128
예제 7.2 Torsion Shaft 해석 131
7.3 막 응력 강화 133
예제 7.3 Round Plate 해석하기 135
예제 7.4 LINK 실습하기 139
예제 7.5 Sliding Support 실습하기 142
7.4 접촉 146
예제 7.6 CLAMP1 접촉 실습하기 148
예제 7.7 Clamp2 실습하기 152
예제 7.8 Shrink Fit 실습하기 156
Chapter 8 비선형 재료해석 159
8.1 비선형 재료 모델 연구 159
8.2 탄성-완전 소성 재료 모델 159
예제 8.1 BRACKET T_Flat 해석하기 162
8.3 응력의 특이성 제어를 위한 비선형 재료의 사용 164
예제 8.1 U Bracket 해석하기 166
8.4 비선형성의 다른 유형 172
Chapter 9 모드 해석 173
9.1 모드 해석과 정적 해석의 차이점 173
9.2 모드 해석에서 변위 및 응력 결과 해석 174
9.3 강체 모드를 이용한 모드 해석 175
예제 9.1 강체 모드를 이용한 모드 해석하기 1 175
예제 9.2 강체 모드를 이용한 모드 해석가기 2 177
9.4 모드 해석에서 지지의 중요성 179
예제 9.3 힌지로 지지 된 Link 모드 해석하기 179
9.5 모드 해석의 응용 181
9.5.1 모드 주파수 및 관련 진동 형상 찾기 181
9.5.2 구조물의 취약점 위치 182
9.5.3 모드 해석은 진동 해석을 위한 입력을 제공한다. 183
예제 9.4 Box 모드 해석하기 183
9.6 초기응력(prestress) 모드 해석 185
예제 9.5 Tuning Fork 모드 해석하기 185
Chapter 10 좌굴 해석 188
10.1 선형 좌굴 해석 188
예제 10.1 자유 단을 가진 Notched Column의 좌굴 해석하기 191
예제 10.2 미끄럼 지지 된 Notched Column 좌굴 해석하기 193
10.2 선형 좌굴 해석 결과의 수렴 194
10.3 비선형 좌굴 해석 194
예제 10.3 Button의 좌굴 해석하기 195
예제 10.4 예압 효과를 고려한 좌굴 모드 해석하기 198
10.4 요약 200
11.1 모드 중첩법 201
11.2 시간 응답 해석 202
예제 11.1 충격 하중을 받는 Hammer 진동 해석하기 204
11.3 주파수 응답 해석 216
예제 11.2 주파수 응답 해석하기 218
예제 11.3 가변 가진에 대한 주파수 응답 해석하기 227
Chapter 12. 열 해석 234
12.1. 지정 온도에 의해 유도된 열전달 234
예제 12.1 Bracket 열전달 해석하기 235
12.2 열 동력 및 대류에 의한 열전달 236
예제 12.2 Heat Sink의 열전달 해석하기 238
예제 12.3 Channel의 열전달 해석하기 242
12.3 복사에 의한 열전달 243
예제 12.4 Space Heater 열전달 해석하기 244
12.4 열 해석에서의 과제 247
참고 문헌 249
제1편 NX 사용자 매뉴얼 1
NX Nastran Pre/Post User Manual 2
1. 형상 단순화 (Simplifying Geometry) 실습 2
2. 2D 메시 만들기 실습 5
3. 2D 메시를 3D 메시의 시드로 사용 7
4. 빔 및 단면 모델링 9
5. 스파이더 요소로 노드 연결 15
6. 공간적으로 변화하는 온도 구속조건 적용 19
제2편 CAE 이론 및 실습 23
Chapter 1 서론 24
1.1 유한요소 해석 (Finite Element Analysis) 24
1.2 다양한 컴퓨터 지원 해석 도구 중 FEA의 위치는? 24
1.3 FEA의 응용 분야 및 메커니즘 해석 25
1.4 설계자에게 FEA란? 26
Chapter 2. CAD 모델로 유한요소 해석 27
2.1 수학적 모델 생성 27
2.2 수학적 모델을 풀기 위한 수치적 방법 선택 29
2.2.1 컴퓨터 지원 공학에서 선택된 수치적 방법 29
2.2.2 유한요소법이 우세한 이유 29
2.3 유한요소 모델 30
2.3.1 메시 생성 30
2.3.2 유한요소 방정식의 공식화 31
2.3.3 FEA 결과의 오류 32
2.4 FEA 결과의 검증 및 유효성 확인 33
Chapter 3 유한 요소 해석의 기본 개념 35
3.1 유한요소의 공식화 35
3.1.1 유한요소 자세히 살펴보기 35
3.1.2 변위 보간함수를 만족하기 위한 조건 36
3.1.3 인위적 구속 37
3.2 이산화의 선택 39
3.3 유한요소의 유형 40
3.3.1 요소의 차원 (Element Dimensionality) 40
3.3.2 요소 형상 (Element Shape) 44
3.3.3 요소 차수 및 요소 유형 (Element Order and Element Type) 45
3.3.4 일반적으로 사용되는 요소 요약 47
3.3.5 요소 모델링 기능 (Element Modeling Capabilities) 47
Chapter 4 이산화 오류 제어 49
4.1 응력 결과 표시 49
4.2 수렴과정 유형 50
4.2.1 전역 메시의 정교화에 의한 h 수렴 50
4.2.2 지역 메시 정교화에 의한 h 수렴과정 53
4.2.3 적응형 h 수렴과정 54
4.2.4 p 수렴과정 55
4.2.5 수렴과정의 선택 57
4.3 이산화 오류 57
4.3.1 수렴 오류 57
4.3.2 솔루션 오류 58
4.4 수렴 문제 58
4.4.1 응력 특이성 58
4.4.2 변위 특이성 64
예제 4.1 Hollow Plate 해석하기 70
예제 4.2 L Bracket 해석하기 74
예제 4.3 2D Beam 해석하기 77
예제 4.4 3D Beam 해석하기 80
Chapter 5 유한요소 메시 84
5.1 메시 생성 기법 84
5.1.1 수동 메시 생성 84
5.1.2 반자동 메시 생성 84
5.1.3 자동 메시 생성 85
5.2 메시 호환성 87
5.2.1 호환성 있는 요소 87
5.2.2 호환할 수 없는 요소 88
5.2.3 강제 호환성 89
5.3 일반적인 메시 문제 89
5.3.1 요소 왜곡 90
5.3.2 메시 적절성 91
5.3.3 기하학적 형상(Geometry)에 요소 매핑 93
5.3.4 셸 모델로의 잘못된 변환 94
예제 5.1 BRACKET 해석하기 94
예제 5.2 Cantilever Beam 해석하기 96
Chapter 6 모델링 프로세스 100
6.1 모델링 단계 100
6.1.1 해석 목적의 정의 100
6.1.2 측정 단위 선택 101
6.1.3 기하학적 형상 준비 101
6.1.4 재료 속성 정의 102
6.1.5 경계조건 정의 102
6.2 모델링 기법 103
6.2.1 거울면 대칭 및 비대칭 경계조건 103
예제 6.1 BRACKET 전체 모델 해석하기 108
예제 6.2 BRACKET 반 모델 해석하기 109
예제 6.3 BRACKET 반대칭 해석하기 111
예제 6.4 BRACKET 대칭, 반대칭 해석하기 113
6.2.2 축 대칭 115
예제 6.5 축 대칭 RING의 전체 모델 해석하기 117
예제 6.6 축 대칭 RING의 부분 모델 해석하기 120
6.2.3 주기적 대칭 123
6.2.4 자유도의 재정렬 124
Chapter 7 비선형 정적 구조 해석 126
7.1 다양한 유형의 비선형성 분류 126
7.2 대변형 해석 127
예제 7.1 Cantilever Beam 해석 128
예제 7.2 Torsion Shaft 해석 131
7.3 막 응력 강화 133
예제 7.3 Round Plate 해석하기 135
예제 7.4 LINK 실습하기 139
예제 7.5 Sliding Support 실습하기 142
7.4 접촉 146
예제 7.6 CLAMP1 접촉 실습하기 148
예제 7.7 Clamp2 실습하기 152
예제 7.8 Shrink Fit 실습하기 156
Chapter 8 비선형 재료해석 159
8.1 비선형 재료 모델 연구 159
8.2 탄성-완전 소성 재료 모델 159
예제 8.1 BRACKET T_Flat 해석하기 162
8.3 응력의 특이성 제어를 위한 비선형 재료의 사용 164
예제 8.1 U Bracket 해석하기 166
8.4 비선형성의 다른 유형 172
Chapter 9 모드 해석 173
9.1 모드 해석과 정적 해석의 차이점 173
9.2 모드 해석에서 변위 및 응력 결과 해석 174
9.3 강체 모드를 이용한 모드 해석 175
예제 9.1 강체 모드를 이용한 모드 해석하기 1 175
예제 9.2 강체 모드를 이용한 모드 해석가기 2 177
9.4 모드 해석에서 지지의 중요성 179
예제 9.3 힌지로 지지 된 Link 모드 해석하기 179
9.5 모드 해석의 응용 181
9.5.1 모드 주파수 및 관련 진동 형상 찾기 181
9.5.2 구조물의 취약점 위치 182
9.5.3 모드 해석은 진동 해석을 위한 입력을 제공한다. 183
예제 9.4 Box 모드 해석하기 183
9.6 초기응력(prestress) 모드 해석 185
예제 9.5 Tuning Fork 모드 해석하기 185
Chapter 10 좌굴 해석 188
10.1 선형 좌굴 해석 188
예제 10.1 자유 단을 가진 Notched Column의 좌굴 해석하기 191
예제 10.2 미끄럼 지지 된 Notched Column 좌굴 해석하기 193
10.2 선형 좌굴 해석 결과의 수렴 194
10.3 비선형 좌굴 해석 194
예제 10.3 Button의 좌굴 해석하기 195
예제 10.4 예압 효과를 고려한 좌굴 모드 해석하기 198
10.4 요약 200
11.1 모드 중첩법 201
11.2 시간 응답 해석 202
예제 11.1 충격 하중을 받는 Hammer 진동 해석하기 204
11.3 주파수 응답 해석 216
예제 11.2 주파수 응답 해석하기 218
예제 11.3 가변 가진에 대한 주파수 응답 해석하기 227
Chapter 12. 열 해석 234
12.1. 지정 온도에 의해 유도된 열전달 234
예제 12.1 Bracket 열전달 해석하기 235
12.2 열 동력 및 대류에 의한 열전달 236
예제 12.2 Heat Sink의 열전달 해석하기 238
예제 12.3 Channel의 열전달 해석하기 242
12.3 복사에 의한 열전달 243
예제 12.4 Space Heater 열전달 해석하기 244
12.4 열 해석에서의 과제 247
참고 문헌 249
도서 정보
머리말
CAE(Computer Aided Engineering)는 정교한 분석 알고리즘을 사용하여 제품 설계를 개선하거나 광범위한 업계의 엔지니어링 문제를 해결하는 과정을 보조하기 위해 성능을 시뮬레이션할 수 있는 컴퓨터 소프트웨어를 사용하는 것으로 여기에는 제품, 프로세스 및 제조 툴의 시뮬레이션, 검증, 최적화가 포함된다.
CAE는 물리적인 프로토타입 없이 제품의 물리적 특성에 대한 테스트 및 시뮬레이션을 수행할 수 있으므로 제품 설계뿐만 아니라 전반적인 공학 프로세스를 지원한다. CAE가 가장 일반적으로 사용되는 시뮬레이션 해석 유형에는 유한 요소 해석, 전산 유체 역학, 열 해석, 다 물체 역학 및 최적화가 포함된다.
일반적으로 CAE 프로세스는 전처리, 해석, 후처리 단계로 구성된다. 전처리 단계에서 엔지니어는 작용 하중 또는 구속조건 형태로 환경뿐만 아니라 설계의 형상(또는 시스템 표현) 및 물리적 특성을 모델링 한 후 적절한 기초 물리학의 수학 공식을 사용하여 모델을 해석한다. 후처리 단계에서는 해석 결과가 검토를 위해 엔지니어에게 전달된다.
이 책은 제1부와 제2부로 나누어졌으며, 제1부에서는 NX를 활용한 구조 해석을 처음 접하는 독자들도 쉽게 이해할 수 있도록 NX Nastran 활용법과 기본적인 해석 절차를 이해할 수 있도록 예제 기반의 NX Pre/Post Tutorial 일부를 소개하였다.
제2부에서는 단순한 해석 실습만이 아니고 근본적인 해석 원리를 이해하여 정확한 해석 방법을 적용하기를 희망하는 독자를 위해 FEA( Finite Element Analysis) 해석 교재인 Paul M. Kurowski의 “Finite Element Analysis for Design Engineers”, Second Edition, SAE international, 2017의 많은 부분을 인용하였으며, 실습 예제는 위 이론을 적절히 구현할 수 있는 대상을 선정하여 적용하였다.
이 책은 학부생과 대학원생을 위한 교재로 사용하기 위해 저자가 말레이시아 공과대학(UTM)의 방문 교수로 있는 동안 UTM 기계공학부 Norizah Hj Redjuan 교수와 공동 집필한 것이다.
끝으로 이 책이 CAE를 공부하는 학생과 CAE를 실무에 활용하고자 하는 모든 분에게 조금이나마 도움이 되기를 바라며, 이 책이 완성될 때까지 물심양면으로 도움을 아끼지 않은 UTM 기계공학부 학장 Zaini 교수와 기계공학부의 모든 교수에게 감사함을 전합니다.
2023년 1월
UTM 캠퍼스에서 저자 이 건 범
CAE(Computer Aided Engineering)는 정교한 분석 알고리즘을 사용하여 제품 설계를 개선하거나 광범위한 업계의 엔지니어링 문제를 해결하는 과정을 보조하기 위해 성능을 시뮬레이션할 수 있는 컴퓨터 소프트웨어를 사용하는 것으로 여기에는 제품, 프로세스 및 제조 툴의 시뮬레이션, 검증, 최적화가 포함된다.
CAE는 물리적인 프로토타입 없이 제품의 물리적 특성에 대한 테스트 및 시뮬레이션을 수행할 수 있으므로 제품 설계뿐만 아니라 전반적인 공학 프로세스를 지원한다. CAE가 가장 일반적으로 사용되는 시뮬레이션 해석 유형에는 유한 요소 해석, 전산 유체 역학, 열 해석, 다 물체 역학 및 최적화가 포함된다.
일반적으로 CAE 프로세스는 전처리, 해석, 후처리 단계로 구성된다. 전처리 단계에서 엔지니어는 작용 하중 또는 구속조건 형태로 환경뿐만 아니라 설계의 형상(또는 시스템 표현) 및 물리적 특성을 모델링 한 후 적절한 기초 물리학의 수학 공식을 사용하여 모델을 해석한다. 후처리 단계에서는 해석 결과가 검토를 위해 엔지니어에게 전달된다.
이 책은 제1부와 제2부로 나누어졌으며, 제1부에서는 NX를 활용한 구조 해석을 처음 접하는 독자들도 쉽게 이해할 수 있도록 NX Nastran 활용법과 기본적인 해석 절차를 이해할 수 있도록 예제 기반의 NX Pre/Post Tutorial 일부를 소개하였다.
제2부에서는 단순한 해석 실습만이 아니고 근본적인 해석 원리를 이해하여 정확한 해석 방법을 적용하기를 희망하는 독자를 위해 FEA( Finite Element Analysis) 해석 교재인 Paul M. Kurowski의 “Finite Element Analysis for Design Engineers”, Second Edition, SAE international, 2017의 많은 부분을 인용하였으며, 실습 예제는 위 이론을 적절히 구현할 수 있는 대상을 선정하여 적용하였다.
이 책은 학부생과 대학원생을 위한 교재로 사용하기 위해 저자가 말레이시아 공과대학(UTM)의 방문 교수로 있는 동안 UTM 기계공학부 Norizah Hj Redjuan 교수와 공동 집필한 것이다.
끝으로 이 책이 CAE를 공부하는 학생과 CAE를 실무에 활용하고자 하는 모든 분에게 조금이나마 도움이 되기를 바라며, 이 책이 완성될 때까지 물심양면으로 도움을 아끼지 않은 UTM 기계공학부 학장 Zaini 교수와 기계공학부의 모든 교수에게 감사함을 전합니다.
2023년 1월
UTM 캠퍼스에서 저자 이 건 범