응력복원 - stress recovery

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유한요소 해석에 있어 응력값은 수치 근사화를 위한 기본 거동인 변위(displacement) 결과로부터 이론적으로 계산된다. 응력 복원이란 요소망(mesh)으로 표현되지 않는 물체 지점에서의 응력값을 계산하거나, 보다 정확한 응력값을 계산하는 것을 통틀어 일컫는 말이다.

형상 그 자체는 3차원이지만 변형 거동의 특성상 2차원으로 요소망을 생성하는 경우가 종종 발생한다. (beam), 기둥(column), 아치(arch), 평판(plate) 및 쉘(shell)이 이에 해당된다. 일반적으로 중립축 혹은 중립면에만 요소망을 생성하게 되고 이 바깥 지점에서의 거동값은 중립축 혹은 중립면에서 구한 값을 토대로 계산해야 하는데 보간(interpolation)이 가장 많이 사용되고 있다.

한편, 물체의 전체 영역을 요소망으로 생성하는 경우에 있어서도, 응력은 기본적으로 각 유한요소 내 적분점(integration point)에서 계산되고 이 지점에서의 값들을 보간하여 물체 전체 영역에서의 응력분포를 구하게 된다. 이렇게 하는 이유는 유한요소 근사화를 위해 사용하는 기저함수(basis function)의 특성에 기인한 것으로, 유한요소 해석으로 구한 변위를 미분하여 응력을 계산하면 요소와 요소 사이에서 불연속을 나타내기 때문이다. 그리고 적분점에서 계산한 응력값이 가장 정확하다는 극도 수렴(super convergence)이라는 이론에 기초하고 있다.

상용 유한요소해석 프로그램에서는 이러한 응력복원 기능을 제공하고 있기 때문에 해석자가 위에서 언급한 위치가 아닌 임의 지점에서의 응력값을 제공받을 수 있다.

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기술용어통 요소망 category-cae 기저함수 보간