다물체 동역학 - multibody dynamics

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용어 자체가 의미하듯이 하나 이상의 물체가 상호 유기적인 관계를 유지하면서 운동하는 경우, 구성 물체들의 상대적인 움직임과 작용력을 연구하는 분야를 일컫는다. 종이를 만드는 제지공정에는 여러 개의 롤러가 특정한 회전속도비를 유지하면서 돌아가지 않으면 롤러들 사이를 통과하는 종이는 찢어지게 된다. 이러한 경우, 각 롤러의 회전속도비와 종이에 작용하는 최적의 장력(tension)을 계산하는 것도 다물체 동역학의 대표적인 예에 해당된다.

다물체 동역학은 자동차, 크레인, 인체 등을 위시하여 모든 동적 시스템의 동적거동 분석과 설계를 위해 필수적인 학문이다. 다물체 동역학에서는 구성요소들의 상대적인 위치, 속도 및 가속도를 계산하는 기구동역학적인 분석뿐만 아니라 각 구성요소에 작용하는 동하중의 시간이력(time history)과 같이 구성요소 설계를 위해 필수적인 물리량들을 계산할 수 있다. 고전적인 다물체 동역학은 구성요소들을 강체(rigid body)로 가정하였으나 최근 들어서는 구성요소들의 동적 변형(dynamic deformation) 까지도 반영하고 있다. 구성요소들을 강체로 가정한 고전적인 다물체 동역학과 구별하기 위해 후자를 유연 다물체 동역학(flexible multibody dynamics)이라고 부른다.

구성요소들의 동적변형을 고려하게 되면 수치기법이 복잡해질뿐더러 계산시간이 급속도로 증가하기 때문에, 이러한 어려움을 해결하는 것이 핵심과제로 대두되고 있다. 유연체 다물체의 컴퓨터 시뮬레이션은 기존의 다물체 동역학과 유한요소법(finite element method)을 병합하는 방식으로 발전하고 있다.

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