좌굴은 독립된 부재 하나의 특성인 경우가 드뭅니다. 좌굴은 주변 구조의 강성, 경계 조건, 하중 위치, 초기 결함, 그리고 무엇보다 연결의 실제 거동에 따라 달라집니다.
Stability 애플리케이션 은 이러한 요소를 모두 하나로 통합합니다. 엔지니어는 구조의 해당 부분을 모델링하고, 정적 시스템을 검증하고, 연결을 설계 및 검토하고, 임계 좌굴 형상을 파악하고, 초기 결함을 도입하고, 초기 결함을 포함한 기하학적·재료적 비선형 해석(GMNIA)을 수행할 수 있습니다. 이 모든 과정이 하나의 연계된 워크플로 안에서 이루어집니다.
엔지니어는 독립된 부재의 좌굴 길이를 추정하는 대신, 부재가 구조의 일부로서 실제로 어떻게 좌굴하는지 해석할 수 있습니다.
이 솔루션은 다음과 같은 주요 작업을 지원합니다.
- 강도가 아닌 좌굴이 설계를 지배하는 강재 부재를 검토합니다.
- 해당 부재의 연결을 동일한 작업 안에서 설계하고 검토합니다.
- 부재와 부분 구조의 안정성 저항을 검토합니다.
- 구조와 해당 연결을 모두 포함하는 단일 보고서를 생성합니다.
빠른 탐색:
해석 대상 부재 주변의 구조 모델링 (부재)
신뢰할 수 있는 안정성 해석은 올바른 구조 모델에서 시작됩니다.
- Stability에서 엔지니어는 독립된 부재가 아닌 부분 구조를 대상으로 작업합니다. 부재, 노드, 지점, 힌지, 편심, 하중 및 하중 조합은 3D 장면에서 직접 정의하며, 설계 과정 전반에 걸쳐 수정할 수 있습니다.
- 프로젝트는 빈 모델, 준비된 템플릿 또는 FEA 도구에서 가져온 데이터로 시작할 수 있습니다. 전체 프로젝트를 다시 만들지 않고도 부재를 추가, 삭제, 분할 또는 재배치할 수 있습니다.
- 트레이싱 및 직교 가이드를 사용하면 장면에서 구조 형상을 직접 작성할 수 있습니다. 반복되는 거리는 배수를 사용하여 입력할 수 있습니다.
- 우연히 중복된 노드는 자동으로 병합되어 구조 모델의 연결 상태가 유지됩니다.
지점과 부재 단부 힌지는 장면에서 바로 확인할 수 있으며, 각각의 자유도를 편집할 수 있습니다. 따라서 고급 안정성 해석을 수행하기 전에 모델을 점검할 수 있습니다.
선형 해석은 반력, 단면력 및 변형을 제공하므로, 엔지니어는 워크플로의 다음 단계로 진행하기 전에 구조 거동을 공학적 예상치와 비교할 수 있습니다.
이를 통해 엔지니어는 해석 중인 정적 시스템이 의도한 대로 작성되었는지 확인할 수 있습니다.
Stability 애플리케이션에서 구조 모델을 작성하는 방법은 이 문서에서 자세히 확인하세요.
구조 모델에 실제와 같이 적용되는 하중
Stability는 자중 자동 계산을 포함하여 하중 케이스와 하중 조합을 사용합니다. 조합은 ULS 또는 SLS로 정의합니다.
사용자는 부재에 적용할 점하중과 선하중 중에서 선택합니다.
쉘 기반 부재에서는 하중의 위치가 중요합니다. 따라서 하중은 편심과 재하 폭을 포함하여 부재 축 또는 부재 면 중 하나에 작용할 수 있습니다.
부재 형상에도 동일한 원칙이 적용됩니다. 시작 편심과 끝 편심을 각각 독립적으로 정의할 수 있으므로, 양 단부 사이에서 실제 정렬이 달라지는 부재도 표현할 수 있습니다.
그 결과, 익숙한 선형 해석 결과로 먼저 검토한 다음 이어지는 고급 해석에 일관되게 사용할 수 있는 구조 모델이 만들어집니다.
Stability에서 하중을 정의하는 방법은 이 문서에서 단계별로 확인하세요.
임계 부재를 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 모델로 전환
부분 구조의 모든 부재에 상세한 유한요소 모델이 필요한 것은 아닙니다.
Stability는 주변 구조를 1D 부재로 유지하면서, 엔지니어가 임계 부분을 선택하여 쉘 유한요소로 모델링된 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 부재로 변환할 수 있게 합니다.
모델의 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 부분은 하나 또는 여러 부재로 구성될 수 있으며, 이 선택은 언제든지 수정할 수 있습니다. 모델링된 나머지 구조는 1D 부재로 유지되며, 연결 설계에 필요한 스터브만 포함됩니다. 이를 통해 중요한 부분은 상세하게 모델링하면서 나머지 구조계는 단순하게 유지할 수 있습니다.
Stability CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 부재 정의에 대한 자세한 내용은 이 문서를 참조하세요.
실제 연결이 안정성 모델의 일부가 됩니다
CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 부재를 생성하면 해당 노드가 자동으로 연결로 인식됩니다.
독립형 Stability 프로젝트에서는 이러한 연결을 IDEA StatiCa 연결 모듈에서 바로 열 수 있으며, 플레이트, 볼트, 용접, 스티프너 및 기타 연결 구성 요소에 대한 익숙한 작업을 사용하여 설계할 수 있습니다.
연결 검토에는 Stability의 선형 1D 해석에서 계산된 ULS 하중 효과가 사용됩니다. 구조 모델과 연결 모델 간에 힘을 별도로 전달할 필요가 없습니다.
1D 해석이 아직 수행되지 않은 경우, 사용자에게 결과가 없다는 알림이 표시됩니다.
접합부가 반복되는 구조에서는 이미 설계된 연결을 최근 연결 목록을 통해 재사용할 수도 있습니다.
이를 통해 부재 안정성과 연결 설계 사이의 중요한 간극이 해소됩니다. 실제 연결이 다른 곳에서 설계되는 경우에도, 해석이 더 이상 이상화된 접합부 가정에만 의존할 필요가 없습니다.
대신 힘을 전달하는 연결을 설계 및 검토한 다음, 안정성 해석에서 해당 연결의 실제 강성으로 표현할 수 있습니다.
불안정성을 검토하기 전에 구조를 검증
안정성 해석에 앞서 재료 비선형 해석(MNA)을 수행합니다. 목적은 명확합니다. 설계된 연결을 포함한 구조가 작용 하중의 100%를 지지할 수 있는지 검증하는 것입니다.
이를 통해 다음과 같은 논리적인 검토 순서가 만들어집니다.
구조 모델 → 하중 전달 → 연결 설계 → MNA → 안정성 해석
따라서 엔지니어는 형상, 하중, 경계 조건 및 연결이 이미 검증된 구조계를 바탕으로 안정성 평가를 시작합니다.
Stability 애플리케이션에서 연결을 설계하는 방법은 이 문서에서 확인하세요.
좌굴 형상 - 구조가 어떻게 좌굴하는지 확인
다음 단계는 선형 좌굴 해석(LBA)입니다.
Stability는 엔지니어가 좌굴 모드를 미리 예측하거나 유효 좌굴 길이를 먼저 산정하도록 요구하는 대신, 모델링된 부분 구조의 좌굴 형상을 계산합니다.
각 형상은 임계 하중 계수 αcr와 함께 구조 위에 직접 시각화됩니다.
이를 통해 불안정성에 대한 수치 결과와 공학적 형상을 모두 확인할 수 있습니다. 엔지니어는 지배적인 거동이 전체 거동인지, 부재 거동인지, 국부 거동인지, 그리고 주변 구조가 여기에 어떻게 관여하는지 파악할 수 있습니다.
해석은 모델링된 부분 구조를 대상으로 수행되므로, 실제 지점 조건과 설계된 연결의 강성이 반영됩니다.
따라서 임계 하중 계수를 사용하여 전체 구조 모델에 적용할 Ncr, Mcr 및 이에 상응하는 시스템 길이를 구할 수 있습니다. 또한 전체 해석에서 2차 효과를 무시할 수 있는지 판단하는 데에도 도움이 됩니다.
임계 하중 계수가 1.0 미만으로 떨어지면 작용 하중이 이미 해석 대상 시스템의 탄성 임계 하중을 초과한 것이며, 이 상태는 결과에 명확하게 표시됩니다.
좌굴 형상에서 초기 결함으로
완전한 수치 모델은 실제 구조처럼 좌굴하지 않습니다. 따라서 고급 안정성 해석에는 초기 결함이 필요합니다.
Stability는 초기 결함의 정의를 추상적인 수치 입력으로 남겨 두지 않고 시각적으로 확인할 수 있게 합니다.
전체 초기 결함은 기울기로 도입하거나 LBA에서 계산된 좌굴 형상으로부터 도출할 수 있습니다. 사용 가능한 형상에는 임계 계수와 함께, 엔지니어가 해당 형상의 관련성을 평가하는 데 도움이 되는 지표가 제공됩니다.
선택한 좌굴 형상은 사용자가 정의한 가중치 및 진폭과 조합할 수 있습니다.
무엇보다 GMNIA를 시작하기 전에 결과로 얻어진 초기 결함 형상이 3D 장면에 mm 단위로 바로 표시됩니다.
따라서 엔지니어는 초기 결함의 크기뿐만 아니라 방향과 조합된 형상도 확인할 수 있습니다.
이는 여러 초기 결함이 상호작용하는 경우에 특히 중요합니다. 좌굴 형상 자체에는 양(+) 또는 음(-)의 방향이 없지만, 선택한 방향에 따라 최종 저항이 달라질 수 있습니다. 계산 전에 결과 형상을 확인하면 이러한 공학적 판단을 명확하게 내릴 수 있습니다.
Stability 애플리케이션의 초기 결함에 대해 자세히 알아보세요.
좌굴 길이를 도출하지 않는 GMNIA
초기 결함이 정의되면 Stability는 초기 결함을 포함한 기하학적·재료적 비선형 해석(GMNIA)을 수행합니다.
이는 안정성 평가를 위한 고급 해석 방법입니다. 좌굴 길이를 도출한 다음 부재 안정성 공식을 적용하는 대신, 초기 결함이 있는 구조의 비선형 거동을 직접 계산합니다.
결과에는 변형률 검토, 응력, 변형률 및 변형 성분이 포함됩니다.
또한 선택한 설계 규정에 따른 강성 저감 설정과 횡비틀림 좌굴에 대한 회전 한계 설정도 제공됩니다. 강성 저감은 GMNIA에만 영향을 미치며, MNA와 LBA에는 영향을 주지 않습니다.
따라서 이 워크플로는 세 가지 서로 다른 공학적 질문을 구분합니다.
MNA: 상세 구조와 그 연결이 작용 하중을 지지할 수 있는가?
LBA: 구조는 어떻게 좌굴하려는 경향이 있으며, 임계 하중 계수는 얼마인가?
GMNIA: 초기 결함이 있는 구조가 고급 해석 방법을 사용한 안정성 평가를 만족하는가?
각 해석에는 고유한 결과와 명시적인 OK / NOT OK 상태가 있으므로, 여러 결과 표를 보고 결론을 추론할 필요가 없습니다.
최종 보고서는 구조 해석을 포함할 수 있으며, 필요한 경우 연결 검토도 동일한 문서에 포함할 수 있습니다.
Stability의 모든 해석 유형에 대해서는 이 문서에서 자세히 확인하세요.
전체 FEA 모델에서 Checkbot을 통해 바로 진행
많은 프로젝트에서 안정성 검토가 필요한 부재는 이미 전체 FEA 모델에 존재합니다.
이를 다시 작성할 이유가 없습니다.
따라서 Stability는 IDEA StatiCa Checkbot과 통합되어 있습니다. 가져온 전체 모델에서 해당 부분 구조를 추출하여 형상, 단면 정렬, 부재 편심, 하중 케이스, 하중 조합 및 연결과 함께 Stability에서 바로 열 수 있습니다.
모델링 단계는 생략되며 Stability 프로젝트는 Design 단계에서 바로 열립니다(1D 구조의 모델링이 필요하지 않으므로 Model 탭은 표시되지 않습니다).
이를 통해 전체 해석과 상세 안정성 평가 사이의 수작업 입력이 줄어들며, 검토 대상 모델이 하중을 산출한 모델과 달라질 위험도 줄어듭니다.
사용자가 직접 입력해야 하는 중요한 공학적 입력값이 하나 있습니다. 바로 추출한 부분 구조 경계의 지점입니다. 이러한 경계 조건은 주변 구조가 제공하는 구속을 나타내며 안정성 결과에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 엔지니어가 직접 정의하고 검증해야 합니다.
먼저 연결, 그다음 안정성
Stability를 Checkbot에서 실행하는 경우, 연결 설계는 Checkbot에서 관리합니다.
연결은 먼저 Checkbot에서 설계되며, 연결 그룹과 가져온 구조 모델과의 관계가 유지됩니다. 이후 Stability는 이러한 설계를 수정하지 않고 읽어 와서 안정성 평가에 해당 강성을 사용합니다.
따라서 워크플로는 의도적으로 단순하게 구성되어 있습니다.
전체 FEA 모델 가져오기 → Checkbot에서 연결 설계 → 부분 구조 선택 → Stability 열기 → 경계 지점 정의 → 안정성 검토 실행.
Checkbot은 MNA, LBA 임계 계수, GMNIA, 플레이트 검토를 포함한 해석 상태를 유지하므로, 엔지니어는 어떤 안정성 프로젝트가 이미 검증되었는지 한눈에 파악할 수 있습니다.
가져온 부분 구조가 작업에 충분하지 않은 경우에는 프로젝트를 독립형 Stability로 내보낼 수 있습니다. 독립형 Stability에서는 전체 Model 탭을 다시 사용할 수 있으므로, 엔지니어가 구조를 확장하거나 수정하고 해석을 독립적으로 계속할 수 있습니다.
독립된 부재에서 실제 구조계로
Stability는 부재 안정성 검토의 기본 질문을 바꿉니다. 다음과 같이 묻는 대신,
"이 부재에 어떤 좌굴 길이를 가정해야 하는가?"
...엔지니어는 다음과 같이 검토할 수 있습니다.
"이 부재는 실제로 이를 구속하는 구조의 일부로서 어떻게 좌굴하는가?"
편집 가능한 부분 구조 모델링, CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 부재, 규정 검토를 거친 연결, 실제 연결 강성, LBA 좌굴 형상, 시각적으로 확인 가능한 초기 결함, GMNIA가 구조 모델에서 최종 보고서까지 하나의 워크플로로 통합됩니다.
이것이 IDEA StatiCa 26.1의 새로운 Stability 애플리케이션의 목적입니다. 좌굴이 발생하기 쉬운 부재를 해당 부재가 실제로 속한 구조의 일부로서 해석하는 것입니다.