좌굴모드 - buckling mode

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주로 얇은 부재로 만들어진 물체가 외부로부터 압축력을 받아 갑작스러운 횡방향 변형(deformation)을 일으켜 구조적 안정성을 상실하는 거동을 좌굴(buckling)이라고 부른다. 이러한 좌굴이 발생하였을 때 물체의 변형된 형상을 좌굴모드라고 정의하고 있다. 예를 들어 가느다란 금속 봉에 축 방향으로 압축력을 가하면 어느 크기 이상의 압축하중이 가해졌을 때 갑자기 싸인파(sine wave) 형상의 횡방향 변형을 나타낸다. 이러한 사인파 형태의 변형이 가느다란 금속 봉의 좌굴모드 중의 하나이다.

한 물체에 있어 좌굴모드는 한 개만 존재하는 것이 아니라 작용하는 압축력의 크기와 물체를 구속하는 경계조건(boundary condition)에 따라 각기 다른 형태가 된다. 위에서 예를 든 가느다란 금속 봉의 경우에 있어 압축력의 크기 그리고 금속봉의 끝 단 구속조건에 따라 사인파 형상의 파장이 달라지게 된다.

좌굴모드는 모드해석(modal analysis)에서 구하게 되는 고유모드(natural mode)와 그 형상과 특성이 동일하다. 다시 말해 물체에 가하는 압축력을 서서히 증가시키면 변형되기 쉬운 순서로 좌굴모드 형상이 순차적으로 나타난다. 따라서 좌굴모드는 모드해석을 통해서도 그 형상을 파악할 수 있다.

모드해석에서는 고유모드와 고유진동수(natural frequency)를 구하는 반면, 좌굴해석에서는 좌굴모드뿐만 아니라 해당 좌굴모드를 발생시키는 압축력의 크기, 임계하중(critical load)을 계산한다는 차이가 있다. 좌굴모드의 파악은 구조물 설계에 있어서 압축력에 대한 구조 안전성 확보 측면에서 대단히 중요한 의미를 지닌다.

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기술용어통 모드해석 고유모드 category-cae 경계조건 좌굴 임계하중

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