보의 끝단부 해제 - beam end release

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일반적으로 보(beam)라고 하면 사각단면을 지니고 있고 이 단면의 크기가 길이에 비해 상대적으로 작은 부재를 일컫는다. 그리고 역학적인 측면에서 인장과 압축 그리고 굽힘 및 비틀림에 대하여 저항하는 성질을 지니고 있다. 이러한 기하학적 특성과 역학적 거동을 반영하여 유한요소법(finite element method)에서는 보 요소(beam element)라고 불리는 1차원 선 요소(line element)를 정의하고 있다. 보 요소의 각 절점(node)에는 3개의 병진 자유도와 3개의 회전 자유도를 가지고 있다.

그런데 보와 같은 부재가 다른 구조물에 핀이나 슬라이딩으로 연결되는 경우가 종종 있다. 이러한 경우, 연결부에서 보는 굽힘 그리고 슬라이딩 방향으로의 저항력을 나타내지 않는다. 물론, 연결부를 제외한 보의 나머지 부분은 위에서 말한 인장 및 압축 그리고 굽힘 및 비틀림 저항력을 모두 나타낸다. 따라서, 이러한 경우에 보 부재를 보 요소로 모델링하기 위해서는 연결점에 해당하는 보 절점의 회전자유도 그리고 병진 자유도 일부를 제거하여야 한다.

이와 같이 보 요소의 끝단 절점에서 일부 자유도를 제거시키는 것을 보의 끝단부 해제라고 부른다. 특정 절점에서 이 절점이 표현할 수 있는 자유도의 일부를 제거하는 것은 비단 보 요소에만 한정되지 않고 거의 모든 유형의 유한요소(finite element)에서도 가능하다.

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