체적력 - body force

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물체에 작용하는 힘은 크게 체적력과 표면력(surface force)으로 구분할 수 있다. 전자는 물체 전 영역에 걸쳐 분포하는 하중인 반면, 후자는 물체의 표면 전체 혹은 일부에 작용하는 하중이다. 체적력으로는 지구 중력에 의한 자중(self weight), 회전 운동에 따른 원심력(centrifugal force)을 예로 들 수 있으며, 표면력으로는 접하고 있는 다른 물체와의 접촉에 의한 반력과 마찰력을 예로 들 수 있다.

체적력과 표면력은 하중에만 한정되지 않고 열전달, 유체유동, 전자기 현상 등과 같이 자연과학이나 공학의 여타 현상에 있어서도 동일하게 적용된다. 따라서 체적력과 표면력을 보다 일반화 시키면 물체 전체에 걸쳐 분포하면서 단위 체적당 크기로 표현이 가능한 자극은 체적력에 해당된다. 반면, 물체의 표면에 작용하는 자극으로서 단위 면적당 크기로 표현이 가능한 자극은 모두 표면력에 해당된다.

유한요소법(finite element method)에서 체적력과 표면력은 서로 다른 방식으로 행렬방정식에 반영된다. 전자는 체적력을 물체 전 영역에 걸쳐 적분을 통하여, 반면 후자는 하중 경계조건(load boundary condition)으로 행렬방정식에 반영된다. 여기서 행렬 방정식이란 물체 거동을 수학적으로 표현한 수식을 컴퓨터를 이용해 근사해(approximate solution)를 구하기 위해 변환시킨 것을 가리킨다.

실제 유한요소 해석 과정에 있어서 체적력은 물체의 밀도와 가속도의 크기 및 방향을 입력함으로써 정의되는 반면, 표면력은 형상 모델의 표면에 표면력이 작용하는 영역과 표면력의 방향 및 성분을 일일이 지정하여 입력시켜야 한다.

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기술용어통 유한요소법 category-cae 근사해

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