경계요소 - boundary element

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물체의 외곽 가장자리를 그 물체의 경계(boundary)라고 부른다. 예를 들어 1차원 직선의 경우에는 직선의 양 끝점이 경계가 되고 2차원 정사각형의 경우에는 4개의 변이 경계에 해당된다. 한편 3차원 구(sphere)는 구의 최 외곽 표면이 경계에 해당된다. 굽힘변형이 지배적인 박판 구조물(thin-walled structure)에서는 이 경계에서 거동의 특이성(singularity)이 발생하여, 경계부근에서 응력(stress)이 매우 큰 값으로 급격히 증가한다. 그 결과, 주의를 기울이지 않고 요소망(mesh)을 생성하여 유한요소 해석(finite element analysis)을 수행하게 되면 엉터리 결과를 구하게 되는 경우가 허다하다. 이렇게 물체의 경계 부근에서 발생하는 거동의 특이성을 경계층 효과(boundary effect)라고 부른다.

이러한 경계층 효과를 효과적으로 그리고 정확하게 모사하기 위해서는 물체의 경계에서 법선방향으로 폭이 매우 좁은 유한요소(finite element)를 사용하면 되는데, 이 유한요소를 특별히 경계요소라고 부른다. 경계요소의 특징은 경계에서 수직한 방향으로는 그 폭이 물체 두께보다 현저히 작은 반면, 경계에 접선 방향으로는 크기가 작아야 할 필요는 없다. 다시 말해, 경계에 수직한 내면방향으로 편향 요소망(gradient mesh)을 생성하면 효과적이다.

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