멤브레인 요소 - membrane element

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멤브레인(membrane)의 극단적인 예로 비누방울을 생각할 수 있다. 이러한 물체는 기하학적으로 매우 얇은 두께의 막으로 되어 있으며, 역학적으로는 물체 표면을 따라 인장력만 지탱할 수 있는 특징을 지니고 있다. 따라서 이러한 멤브레인의 역학적 거동을 표현하기 위해서는 면과 접선인 방향으로의 병진 자유도(translation degree of freedom)만 필요로 하며, 압축에 대한 강성은 거의 0에 가깝다.

항공기 날개의 외피 역시 멤브레인 거동을 나타내기 때문에 압축력에 대한 저항력은 거의 무시된다. 기하학적 유형으로 본다면 멤브레인 요소는 쉘 요소(shell element)의 특수한 경우로서, 물체의 중립면(neutral plane)을 세분화하기 위해 사용된다. 하지만 쉘 요소와는 달리 굽힘(bending)에 대한 저항력뿐만 아니라 압축에 대한 저항력이 없다. 따라서 요소의 절점(node) 당 자유도는 쉘 요소에 비해 상대적으로 작다. 한편, 멤브레인이라는 용어는 물체의 중립면 상에서의 면내(in-plane) 수직 인장변형률(normal tensile strain)을 의미하기도 한다.

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