유연 다물체 동역학 - flexible multibody dynamics

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우리 주위에는 하나 이상의 물체들이 특정한 관계를 가지면서 운동하는 조립체들이 많이 존재한다. 자동차 본체, 현가장치 그리고 타이어로 구성된 동적 시스템에 있어서 각 구성요소의 운동은 결코 독립적이지 않고 서로 특정한 구속조건 하에서 운동하게 된다. 이와 같이 특정한 관계를 가지면서 운동하는 시스템에 대한 속도, 가속도, 힘 그리고 모멘트 등을 다루는 학문을 다물체 동역학(multibody dynamics)으로 분류하고 있다.

지금까지 다물체 동역학은 각 구성요소의 변형(deformation)을 무시하고 강체(rigid body)로 가정하였다. 그 주된 이유는 각 구성요소의 변형을 함께 고려하게 되면 이론적 분석이 매우 복잡해져 그 해답을 구하기가 매우 힘들어 지기 때문이다. 하지만 최근 들어 컴퓨터의 활용과 수치기법의 급격한 발달로 각 구성요소의 변형을 반영한 유연 다물체 동역학으로 발전하고 있다. 수치기법에서는 시스템의 동적 거동(dynamic behavior)을 행렬방정식으로 전환하여 해답을 구하기 때문에 아무리 복잡하고 대형인 경우라도 근사적인 답을 구할 수 있다.

엄밀한 의미에서 지구상의 모든 물체는 정도의 차이는 있을지라도 외부로부터 힘이나 가속도를 받게 되면 모두 변형을 일으키는 유연체(flexible body)이다. 따라서, 구성요소들의 변형을 반영하지 않고서는 각 구성요소의 동적 거동을 정확히 분석할 수가 없다. 유연 다물체 동역학에서는 각 구성요소 내 모든 점에서의 상대적인 운동을 묘사해야 하기 때문에 종래의 강체 기반의 다물체 동역학에 비해 엄청나게 많은 자유도(degree of freedom)를 가진다는 특징을 지니고 있다. 그리고 이러한 본질적인 특성 때문에 이론적인 방법보다는 유한요소법(finite element method)을 접목한 수치적 접근방식이 주류를 이루고 있다.

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기술용어통 자유도 유한요소법 category-cae

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