질문
Rigid Link와 Elastic Link를 사용 시 주의할 점을 알고 싶습니다.
답변
Rigid Link는 임의절점 (종속절점, Slave Nodes)의 자유도를 주절점 (Master Node)에 종속 시킵니다.
1. 시공단계해석에서 경계조건을 구성하는 Node 비활성화
시공단계해석에서 Elastic Link와 Rigid Link를 경계조건으로 정의하는 경우 또는 Elastic Link와 Rigid Link를 구성하는 절점을 Active 시키지 않고 Elastic Link와 Rigid Link만 활성화하여 실제 Elastic Link와 Rigid Link가 활성화되지 않는 오류입니다.
반드시 Elastic Link와 Rigid Link를 구성하는 절점을 Elastic Link와 Rigid Link 동시에, 또는 이전단계에 미리 활성화시켜야 합니다.
2. Rigid Link + Support 관련 올바른 경계조건
첫 번째 모델의 경우, Rigid Link + Elastic Link + Support로서 올바르게 정의한 경계조건 입니다.
두 번째 모델의 경우, Rigid Link의 주절점에 Support 경계조건을 정의한 모델로서 주절점에 정의된 Support의 경계조건에 따라 종속절점의 자유도까지 Support의 경계조건으로 적용된 부적절한 경계조건 입니다.
세 번째 모델의 경우, Rigid Link의 종속절점에 Support 경계조건을 정의한 모델로서 종속절점은 자유도가 주절점에 종속되기 때문에 종속절점에 정의된 Support의 자유도가 해제되는 부적절한 경계조건 입니다.
3. Elastic Link + Support 관련 올바른 경계조건
위 모델은 Elastic Link에 Support 경계조건을 주지 않아서 Singular Error가 발생한 모델입니다. Elastic Link에 Support 경계조건을 주지 않으면 Elastic Link는 동일한 강성을 가지는 Beam으로 인식됩니다.
Elastic Link의 단부에 Support 경계조건을 주거나, Point Spring Supports로 경계조건을 변경해야 합니다.
4. Elastic Link의 Rigid Type과 Rigid Link
Elastic Link의 Rigid Type과 Rigid Link는 강체 거동을 묘사하는 역할을 하지만 프로그램 내부에서 반영하는 방법이 상이하여 사용 시 주의가 필요합니다.
Elastic Link의 Rigid Type은 해당 모델에서 최대강성을 가지는 요소 강성의 100,000 배의 강성이 자동으로 처리됩니다. 따라서 해당 모델에서 어떠한 이유로 Frame 요소에 아주 특별하게 큰 강성을 가진 요소가 있다면 그 강성에 100,000 배를 하므로 과도하게 큰 강성으로 인해 수치해석 상 오류가 발생할 가능성이 있습니다.
따라서, 해당 모델에 Frame 요소에 강체 역할을 위해 큰 강성을 부여한 부재가 있는 경우는 Elastic Link의 Rigid Type보다 Rigid Link를 사용하는 것이 좋습니다.
Rigid Link는 강성의 크기에 관계없이 주절점과 종속절점의 기하학적 상대거동을 상호 구속하는 경계조건 이므로 다른 강체 부재의 사용에 영향을 받지 않습니다.
5. 지진해석 시 Elastic Link의 강성
상부구조와 하부구조를 같이 모델링한 경우 받침의 이동방향을 정의 시 Elastic Link를 사용합니다. 구속방향 Elastic Link 강성은 일반적으로 100,000,000 kN/m과 같은 임의의 큰 값을 입력하지만 구속방향 Elastic Link의 강성은 모델을 구성하는 요소의 강성에 따라 다릅니다.
따라서, 몇 차례의 시행착오를 거쳐 각 방향 고정단 역할을 효과적으로 수행하는 적절한 강성값을 찾아야 합니다.