질문
경계조건의 부적절한 사용으로 Singular Error가 발생합니다.
답변
구조물을 모델링 할 경우 수치해석 상으로 발생되는 요소의 자유도 에러나 과도한 변위 (Abnormal Displacement)가 발생될 때는 사용자는 각 모델링 단계에서의 항목을 체크해야 합니다.
1. Solid 요소의 회전 구속 조건 부여
Plate 요소와 Solid 요소의 결합을 Rigid Link를 사용하여 연결하는 경우, 위의 사례와 같이 Rigid Link의 회전 구속조건을 포함하면 오류가 발생합니다.
Plate 요소는 이동 및 회전 자유도가 있는 반면 Solid 요소는 이동 자유도만 가지고 있기 때문에 자유도의 충돌에 의해 오류가 발생하므로 위와 같은 경우 이동 자유도만을 구속하여 Rigid Link로 연결해야 합니다.
Solid 요소와 다른 요소를 Rigid Link로 연결 시 이동 자유도만 정의하여야 합니다.
2. Initial Tangent Displacement for Erected Structures
Construction Stage Analysis Control에서 Initial Tangent Displacement for Erected Structures 옵션을 적용한 모델입니다.
초기 접선 변위는 기존에 생성된 Node를 참고로 하여 계산하게 됩니다. 하부구조가 먼저 생성되고 상부구조가 후에 생성될 때 상부구조와 하부구조가 멀리 떨어져 있다면 초기 접선 변위 계산은 실패하게 됩니다.
이 경우 상부구조의 지점 또는 요소의 Node를 하부구조와 같이 생성하면 초기 접선 변위는 문제없이 수행됩니다.
3. Nodal Connectivity
위 모델은 Structure 탭 > Check Structure 그룹 > Display Free Edge에서 구조물의 Free Edge를 확인한 모델입니다.
Free Edge가 발생하지 말아야 할 곳에 Free Edge가 발생하여 그 부분을 확대하면 절점이 떨어져 있는 것을 확인할 수 있습니다. 이와 같이 절점이 붙어있는 것처럼 보여지거나 실제는 미세하게 떨어져 있거나 동일 위치에 절점이 중복 생성된 경우 해석 시 오류가 발생할 수 있습니다. 이 경우 절점을 Merge 해서 하나의 절점으로 만들어 주거나 그 부분의 형상을 수정하셔야 합니다.
오른쪽 상단 그림은 Plate 요소 모델링 시 자주 발생되는 오류입니다. 이 경우도 Free Edge가 발생되지 않도록 수정하여야 합니다.
4. Elastic Link 의 Compression Only Type
위 모델은 가설 벤트의 압축전담 특성을 모델링 하기위해 압축전담 Elastic Link를 사용한 모델입니다.
구조물의 법선 방향으로만 저항하는 가설 벤트의 특성을 고려하여 Elastic Link의 Support를 구조물 법선 방향의 구속조건을 부여하는 경우가 있습니다.
그러나 이 같은 방법은 잘못된 경계조건 정의 방법으로 구속조건 부족으로 해석 시 Singular Error 발생의 원인이 됩니다.
가설 벤트의 압축전담 특성은 이미 압축전담 Elastic Link를 통해 경계조건에 반영이 되었고, Elastic Link 하단의 지점은 가상의 고정점으로 모든 자유도를 구속해야 합니다.