하중 스텝 - load step

물체에 가해지는 하중에는 정적(static)인 하중과 동적(dynamic)인 하중으로 대별할 수 있다. 전자는 하중의 크기와 방향이 시간에 따라 변하지 않는 반면 후자는 시간에 따라 지속적으로 변하는 특성을 지니고 있다. 예를 들어 선반 위에 올려 놓은 항아리의 무게가 선반에 미치는 하중은 정적인 예이며, 지면을 통해 고층건물에 가해지는 지진 하중은 동적인 예이다.

하지만 물체에 하중을 0에서부터 임의 크기까지 서서히 가하는 경우를 생각해 보자. 이러한 경우를 특별히 준정적(quasi-static) 하중이라고 부른다. 유한요소 해석(finite element analysis)에 있어서 이러한 준정적 하중을 반영하는 방법에는 크게 두 가지 경우로 분류할 수 있다. 정해석 (static analysis)에 적용하는 경우와 동해석(dynamic analysis)에 적용하는 경우이다.

동해석에 적용하는 경우에는 준정적 하중의 변화를 시간함수로 표현하여 입력하면 간단히 처리된다. 하지만 정해석 의 경우에는 비선형 해석(nonlinear analysis)에 해당되기 때문에, 그 결과 뉴튼-랩슨법(Newton-Raphson method)과 같은 반복계산 기법을 사용해야 한다.

이러한 반복계산을 위하여 준정적 하중이 가해지는 시간적 구간을 유한 개로 나누어 각 시간 내 하중의 증가를 비선형 해석을 통하여 구현한다. 이 때 시간간격으로 나눈 세분화 된 하중 증가의 크기를 하중 스텝이라고 부른다. 하중 스텝의 크기는 비선형 해석의 정확도와 해석에 걸리는 시간과 직결된다. 다시 말해, 하중 스텝을 크게 하면 해석 시간은 감소하지만 해석 결과의 정확도는 떨어진다.