질문
Panel zone을 고려하거나 Beam end offset을 적용했을 때, 아래와 같은 경고메시지가 출력됩니다.
출력되는 이유와 결과에 미치는 영향은 무엇인가요?
WARNING : ELEMENT NO. XXX HAS ZERO LENGTH BY OFFSET.
답변
강체거동을 모사하기 위해 Beam end offset을 적용하거나 또는 Panel zone을 고려하는 경우에는 요소의 강성을 계산할 때에는 offset에 의해 줄어든 요소 길이를 사용합니다. 그로 인해 보의 휨강성이 증가하는 효과를 가져올 수 있습니다. 그런데, 요소의 길이가 offset길이보다 짧은 경우에는 요소의 강성을 계산할 수 없는 상황이 발생하게 됩니다. 요소는 정의되어 있고, 절점의 자유도도 살아있으므로, 강성행렬을 구성해야 하는데, 솔버 내부에서 아래와 같은 방식으로 처리하고 있습니다.
우선, 경우에는 ‘WARNING: ELEMENT NO. XXX HAS ZERO LENGTH BY OFFSET.’ 라는 메시지를 출력하여 사용자에게 인지할 수 있도록 합니다. 그리고 경고메시지를 출력하더라도 해석결과에 영향을 미치지 않는 범위내에서 해석을 완성하기 위해서 요소의 남은 길이를
로 가정하여 해석을 진행하게 됩니다.
위의 그림과 같이 rigid offset속에 묻힌 요소와 이웃하는 다른 요소도 rigid offset 구간에 포함되는 경우가 있을 수 있습니다. 즉 두 요소 보두 rigid offset의 영향을 받는 상황입니다. 이런 경우에는 rigid offset 구간 속에 완전히 묻혀버린 요소에 대해서는 앞에서 설명한 바와 같이 1mm의 길이가 남은 보요소로 처리하고, 이웃하는 보요소에 대해서도 해당 구간만큼 offset을 적용하여 해석하게 됩니다.
완전히 묻혀버린 요소의 강성을 계산할 때에는 보요소 길이로 0.001m로 계산되기 때문에 보요소의 휨강성은 1m 보요소 길이에 비해 길이비의 세제곱배 또는 제곱배로 증가하기 때문에 상대적으로 강체거동에 가까운 효과를 기대할 수 있습니다. 따라서 해석결과에 있어서 문제가 발생할 가능성은 낮다고 판단할 수 있습니다. 하지만 경고 메시지가 나오지 않도록 모델을 변경하려고 한다면 rigid offset 영향을 받는 두 요소를 병합(merge)하여 하나의 요소로 정의하면 됩니다. 하나의 요소의 한쪽 단부에 rigid offset이 적용되는 것이므로 경고메시지가 출력되지 않도록 할 수 있습니다. 아래 그림을 보시면, 병합여부에 따른 휨모멘트의 분포를 비교한 것을 뵤면 거의 유사한 결과를 보여주는 것을 알 수 있습니다. 다만, 병합하지 않은 경우에는 1mm의 길이로 가정한 보요소에서의 부재력이 계산되어 출력되는 것만 차이가 있습니다.
[병합하지 않은 경우: Zero Length 경고메시지 출력]
[병합한 경우: Zero Length 경고메시지 미출력]
한편, Beam end offset과 Panel zone offset에 대한 자세한 내용은 온라인매뉴얼 또는 Analysis Reference를 참고해 주시기 바랍니다.