기술용어통 : CAE 입문자도 쉽게 이해할 수 있는 '알기 쉬운 기술 용어집'

자유물체도 - free body diagram, FBD

작성자: MidasIT 반디통 | 2021. 12. 8 오후 3:00:00

지구상의 모든 물체는 항상 주위의 다른 물체나 매질과 접촉하고 있다. 그리고 주위 물체나 매질로부터 힘, 모멘트, , 전자기력 등과 같은 다양한 유형의 영향을 외부로부터 받고 있다. 예를 들어, 탁자 위에 놓여 있는 한 권의 책은 탁자로부터 수직 저항력이라 불리는 반력과 중력을 받고 있다. 또 다른 예로, 불에 달군 쇳덩이를 집게로 공기 중으로 끄집어 내면 쇳덩이의 열은 집게와 공기를 통해 방출되어 온도가 내려간다.

자유물체도란 관심의 대상이 되는 물체를 접하고 있는 외부의 물체 혹은 매질로부터 분리시키는 대신 외부로부터 받는 영향들을 경계조건(boundary condition)으로 대체시켜 표현한 도식이다. 여기서 외부로부터 받는 다양한 영향들 중에서 경계조건으로 포함시켜야 할 것들은 관찰하고자 하는 물체 거동의 유형이 무엇인가에 따라 결정된다. 그리고 분리시키고자 하는 물체의 대상은 관찰하고자 하는 물체의 범위에 따라 결정된다. 따라서 하나의 물체가 될 수도 있고 여러 개의 부품으로 구성된 조립체가 될 수도 있다.

한편, 경계는 분리시킨 물체 혹은 조립체 전체의 외곽을 의미한다. 자유물체도는 대상이 되는 물체 혹은 조립체의 거동을 효과적으로 분석하기 위해서 필요하다. 왜냐하면 모든 물체는 외부와 접촉하고 있기 때문에 분리시키지 않고는 접촉하고 있는 모든 물체나 매질들을 함께 고려해야 하기 때문이다.

자유물체도를 이용할 때 유의해야 할 점은 외부로부터 받는 영향을 정확하게 경계조건으로 반영해야 한다는 점이다. 이것이 불가능할 경우, 접촉하고 있는 외부 물체의 일부 혹은 전부를 포함시켜 거동을 분석해 한다.

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