강체운동 - rigid body motion

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아무리 큰 힘을 받더라도 형상이 전혀 변하지 않는, 즉 변형이 전혀 발생하지 않는 물체를 일컫는다. 다시 말해 강한 정도가 무한대인 물체로 엄밀한 의미에서 실제로 지구상에 존재하지 않는 가상적인 물체이다. 왜냐하면 지구상의 모든 물체는 크기의 정도에 차이가 있을 뿐 변형이 전혀 발생하지 않는 물체는 존재하지 않기 때문이다. 변형률(strain)이 발생하지 않지만 강체는 힘을 받게 되면 이에 상응하는 응력이 물체 내부에 발생하게 된다.

모든 강체운동은 병진운동(translation motion)과 회전운동(rotational motion)의 조합으로 표현할 수 있다. 전자는 물체 전체가 하나의 일직선을 따라 회전없이 평행 이동하는 것을 말하며, 후자는 물체가 어느 한 점을 중심으로 이동없이 회전하는 것을 말한다. 1차원 운동에 있어 강체운동은 한 방향으로의 병진운동 성분만 가지며, 2차원 운동에 있어서 강체운동은 두 직교 방향으로 두 개의 병진운동과 하나의 회전운동으로 구성된다. 3차원 운동에 있어서는 세 직교 방향으로 각각의 병진운동과 회전운동, 6개의 성분을 가진다. 물체가 만약 힘을 받더라도 정적 상태(static state), 즉 가속도가 0인 상태에 있다면 강체운동은 발생하지 않는다.

유한요소 해석(finite element analysis)에서 정적 문제를 다룰 때, 조심해야 할 중요한 조건 중의 하나가 바로 강체운동이 발생하지 않도록 해야 한다는 점이다. 유한요소 해석에 있어서 이 조건은 경계조건(boundary condition) 을 통해 만족되어야 한다. 만약 정적 해석에서 경계조건이 이 조건을 만족시키지 않으면 문제를 풀 수 없다. 왜냐하면 물리적으로 하나의 해답이 존재하지 않기 때문이고, 수학적으로 행렬방정식 속의 강성행렬(stiffness matrix)양정치 행렬(positive definite matrix)이 되지 않기 때문이다.

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