모드해석 또는 고유진동수해석(natural frequency analysis), 자유 진동해석(free vibration analysis)은 구조물이 가진 고유진동수와 각 고유진동수에서의 변형 형상(모드형상, mode shape)을 파악하여 구조물의 공진 여부와 진동에 의한 변형 형상을 예측하는 해석입니다.
본 기술자료에서는 구조물의 동적특성 및 모드해석과 관련된 주요 용어와 개념에 대해 정리해 봅니다.
1. 모드해석에 대한 개념 이해
2. 모드해석의 이론과 의미
3. 강체모드에 대한 이해
4. 모드해석의 수행절차
5. 모드해석 결과 분석 방법
6. 프리스트레스 모드해석 (Prestressed modal analysis)
7. 모드해석의 활용
만약 구조물 자체의 고유진동수와 외부하중의 작동주파수가 일치하게 되면 구조물에 공진(resonance)이 발생하게 됩니다. 구조물에 공진이 발생하면 진동과 소음이 급격하게 커지고 궁극적으로 구조물이 파괴될 수도 있습니다. 그러므로, 진동이나 주기 하중이 지속해서 작용하는 구조물의 경우에는 반드시 모드해석을 수행하여 공진의 발생 가능성을 검토하는 것이 좋습니다.
그리고, 모드해석을 통해 구조물의 공진이 예상되면 구조물의 고유진동수가 작동주파수 대비 1/3 이하로 낮아지거나 3배 이상 커지도록 설계를 변경할 필요가 있습니다. 모드해석은 모든 동해석의 기본이 되는 해석이며, 특히 기계 구조물의 소음 진동 특성(NVH: noise, vibration, and harshness)을 파악하는 데 대단히 중요합니다.
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