해석 유형별 댐핑 적용 가이드: Normal Mode, 주파수 응답, 랜덤 해석

1. Normal Mode Analysis(고유모드 해석)에서 댐핑을 고려하지 않는 이유

Normal Mode Analysis 수행 시에는 일반적으로 댐핑 값을 넣지 않습니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

• 고유진동수 및 모드 형상 확인 목적
  • 이 해석의 주요 목적은 시스템의 고유진동수(natural frequency) 및 모드 형상(mode shape) 을 확인하는 것이므로, 감쇠(damping)를 고려하지 않습니다.
• 고전적인 고유값 문제 해결 방식
  • 해석 과정에서 일반화된 고유값 문제를 풀기 때문에 감쇠 행렬이 포함되지 않습니다.
• 감쇠 효과를 포함하려면 추가적인 해석이 필요
  • 댐핑을 고려해야 한다면, 복소 고유값 해석(Complex Eigenvalue Analysis) 또는 주파수 응답 해석(Frequency Response Analysis) 을 수행해야 합니다.

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2. 주파수 응답 해석에서 댐핑의 역할

• 주파수 응답 해석에서는 외부 하중에 대한 시스템의 응답(진폭, 위상 등)을 특정 주파수 범위에서 분석합니다.
• 이때, 댐핑 값이 없으면 공진 주파수에서 무한대의 응답이 발생할 수 있기 때문에 반드시 고려해야 합니다.

 

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3. 랜덤 해석(Random Response Analysis)에서 댐핑 적용 여부

랜덤 해석에서는 댐핑이 반드시 고려되어야 합니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

• 랜덤 응답 해석은 진동 응답을 스펙트럼 형태(예: PSD, Power Spectral Density)로 분석하는 방식입니다.
• 감쇠가 없으면 시스템의 응답이 비현실적으로 커질 수 있습니다.

✅ 랜덤 해석에서는 반드시 댐핑을 고려해야 합니다.
✅ 일반적으로 "모드 감쇠(Modal Damping)" 형태로 적용되며, 감쇠비는 보통 1~5% 범위에서 설정됩니다.

 

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4. OptiStruct에서 댐핑 설정 방법

OptiStruct에서 랜덤 응답 해석(Random Response Analysis) 시 댐핑(Damping)을 정의하기 위한 주요 키워드 및 명령어는 다음과 같습니다.

(1) TABDMP1 – 주파수별 감쇠비 적용

설명: 주파수에 따라 변하는 감쇠비를 정의할 수 있는 테이블입니다.

용법: 주파수별로 다른 감쇠비를 적용할 때 사용합니다.

예제 1 – 주파수별 감쇠비 적용

TABDMP1, 1, LINEAR, 0.0, 0.02, 100.0, 0.03, 200.0, 0.025

• 0Hz에서 감쇠비 2%, 100Hz에서 3%, **200Hz에서 2.5%**로 설정됩니다.
• 주파수에 따라 선형적으로 보간됩니다.

예제 2 – 특정 범위에서 고정 감쇠비 적용

TABDMP1        1    CRIT                
+           10.0    0.01   400.0    0.01ENDT

• 10~400Hz 사이에서는 선형 보간 수행하지만, 여기서는 두 값이 동일(0.01)하기 때문에 전 주파수 범위에서 감쇠비 1%(0.01)로 유지됩니다.
• 10Hz 이하에서는 10Hz에서 정의된 감쇠비(0.01)가 적용, 400Hz 이상에서는 400Hz에서 정의된 감쇠비(0.01)가 적용됩니다.

예제 3 – 특정 주파수 이후 감쇠비 증가 적용

TABDMP1        1    CRIT                
+           10.0    0.01   
+           400.0    0.01
+           800.0    0.02ENDT

• 400Hz 이후에 감쇠비를 2%로 증가시키는 설정
• 10Hz에서 1%, 400Hz에서도 1%, 800Hz에서 2%로 증가
• 800Hz 이후부터는 2% 감쇠비 유지

 

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5. 결론

✅ Normal Mode Analysis에서는 댐핑을 고려하지 않음 (고유진동수 및 모드 형상 분석 목적)
✅ 주파수 응답 해석에서는 댐핑이 필수적이며, 감쇠비를 적절히 설정해야 함
✅ 랜덤 해석에서도 반드시 댐핑을 고려해야 하며, 일반적으로 모드 감쇠(Modal Damping) 형태로 적용
✅ OptiStruct에서는 TABDMP1을 이용해 주파수별 감쇠비를 설정할 수 있음

OptiStruct 해석 시 댐핑 설정을 정확하게 반영하여 현실적인 응답을 얻는 것이 중요합니다. 실험 데이터를 참고하여 적절한 감쇠비를 적용하는 것이 바람직합니다.