LUSAS 활용
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시공단계별 비선형해석 수렴장애 해결방법
LUSAS 활용
시공단계별해석 수렴 장애 해결방법
시공단계별 해석은 이전 단계의 처짐과 응력상태를 초기조건으로 하여 다음 단계에서 구조물이 추가되거나 하중이 추가되는 형태로 해석을 수행하는 비선형 해석입니다.
현실에서 Stage 1 완성 후 Stage 2 가 시공되는 것을 , LUSAS 모델상으로는 전체 구조물을 표현한 후에 Deactivate / Activate 로 각 단계를 모델링 합니다. 현실에서는 Stage 2를 시공하면서 Stage 1 , 2의 경계는 없어지고 Stage 2의 상면은 처짐이 없는 상태로 시공될 것이지만, 모델링 상으로는 Stage 1 에서 자중이나 외력에 의한 처짐이 발생하면, 아직 시공되지 않은 Stage 2 의 형상에도 영향을 미치게 됩니다.
LUSAS 는 이러한 차이를 극복하고, 실제 시공 과정을 좀 더 엄밀히 표현하기 위해서, 새로운 구조물을 생성 (Activate) 할 때 Displacement Reset (Attribute 메뉴) 을 적용하여 보정하는데, 이 과정에서 지나치게 구조물 형상의 변화가 크거나 하중의 변화가 큰 경우, 비선형 해석의 해를 구할 수 없게 됩니다.
3차원 쉘 모델을 사용하는 LNG 탱크의 단계별 해석 모델에서,, 해석이 최종 단계까지 완료되지 않는 경우, 모델을 보정하여 해석을 완료하는 방법을 정리해 보겠습니다.
(1) 해석 진행 상태 확인
해석이 완료된 시공단계 (하중케이스)에 대해서는 아래 그림에서와 같이 무지개 모양의 아이콘이 표시 되나, 비선형 해석의 해를 구하지 못한 경우에는 표시되지 않습니다.
(2) 하중케이스 복사
해석이 실패한 단계 (하중케이스) 에서 마우스 우측 클릭으로 팝업 메뉴을 열고, Copy & Paste 를 실행하면, 모든 조건을 복제하여 새로운 하중케이스가 생성됩니다.
(3) 변경된 내용 확인
해석이 실패한 하중케이스에서 추가된 구조물 혹은 하중을 확인합니다.
아래 예시에서는 하중조건은 추가된 것이 없고, 구조물만 추가로 Activate 가 된 것으로 확인되며, Select Assignment 메뉴로 추가된 부분을 선택할 수 있습니다.
(4) 이전 단계에서 상속되는 속성 삭제
비선형 해석의 수렴을 위해서, 이전 단계의 해석결과에서 추가된 부분을 한 번에 추가되지 않고 점진적으로 추가되는 형태로 조정합니다. 이를 위해, 해를 구하고자 하는 하중케이스에서 이전 단계부터 있었던 하중들은 모두 제거합니다.
새로운 구조물이 Activate 된 경우에 주의하여야 할 것은, 전체 구조물에 적용되는 자중 (Gravity) 를 삭제하였지만, 이로 인해 현재 하중케이스에서 새로이 생성된 구조물에 의한 자중까지도 삭제되었다는 것입니다. 이 경우에는 Body Force 로 중력방향으로 작용하는 하중을 정의하여, 새로이 생성된 구조물에 다시 적용시켜야 합니다.
(5) Automatic Control 설정
해석이 실패한 하중케이스에 아래와 같이 Automatic Control 을 지정합니다.
이렇게 함으로써, 이전 단계에서 추가된 하중을 Starting load factor 에 지정된 10% 로부터, Max total load factor 에 지정된 100% 까지 점진적으로 증가시켜 적용하면서, 비선형 해를 구하게 됩니다.
이 하중케이스는 비선형 해석을 진행하기 위한 것일 뿐, 굳이 각 하중 크기별로 결과를 볼 필요는 없으므로, Same as previous loadcase 의 체크를 해제하고 plot file = 0 으로 지정해도 좋겠습니다. (결과파일을 생성하는 시간과 결과파일의 크기 절감 목적.)
(6) Manual Control 복원
Nonlinear Control 을 하나의 하중케이스에서 설정하면, 이후의 하중케이스에서는 이를 상속하게 됩니다. 각 하중케이스별로 지정되어 있는 조건에 따라 해석이 진행되도록 하기 위해서, 최초에 복제하여 생성된 하중케이스에서 Manual Control로 다시 지정합니다.
앞 단계에서 plot file = 0 으로 지정하였다면, 다시 1 로 변경해 주어야 결과파일이 저장됩니다.
복제된 하중케이스에서 Activate 항목은 이전 단계 Automatic Control 을 적용한 하중케이스에 이미 반영하였으므로 삭제합니다.
(7) 해석 수행
시공단계별 해석은 이전 단계의 처짐과 응력상태를 초기조건으로 하여 다음 단계에서 구조물이 추가되거나 하중이 추가되는 형태로 해석을 수행하는 비선형 해석입니다.
축대칭 요소는 축대칭 거동을 가지는 구조물 전체를 모델링 하는 대신 한 단면만을 모델링 하여 간편하게 해석을 진행하기 위해 사용합니다. 축대칭 요소를 사용하는 구조해석에서 하중, 경계조건, 결과추출 관련된 내용을 정리합니다.