OptiStruct에서 볼트 구현 방법

OptiStruct의 CBAR 설명

CBAR은 OptiStruct에서 사용되는 1D 요소 중 하나로, 보(Beam) 요소의 일종이다. 
일반적으로 구조 해석에서 가볍고 효율적인 모델링을 위해 사용되며, 다음과 같은 특징이 있다.

1. 두 개의 노드로 정의됨
CBAR 요소는 두 개의 노드(N1, N2)를 사용하여 선형적으로 연결됨.
길이 방향으로 인장/압축, 굽힘, 비틀림을 포함한 다양한 하중을 받을 수 있음.

2. 단면 정의 (PBAR, PBARL)
CBAR 요소 자체는 단면 정보를 포함하지 않으며, PBAR 또는 PBARL 프로퍼티 카드에서 단면 형상을 정의해야 함.
PBAR: 일반적인 빔 요소의 강성 값을 입력하여 정의.
PBARL: 형상 기반으로 단면을 직접 입력하여 정의(사각형, 원형, H형 등).

3. 좌표축 방향 설정
CBAR의 국부 좌표계를 정하기 위해 X, Y, Z 방향을 정의하는 방법이 필요함.
이를 위해 기본적으로 X1, X2, X3 값을 사용하거나, GRID의 방향성을 이용할 수 있음.

4. CBAR vs CBEAM
CBAR은 단순하고 빠른 해석을 위해 사용됨.
CBEAM은 더 정교한 단면 해석과 자유로운 회전 강성(6x6 강성 행렬)을 설정할 수 있음.
특별한 이유가 없다면 CBAR을 사용하고, 보다 정밀한 해석이 필요할 때 CBEAM을 고려하는 것이 일반적임. 

 

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OptiStruct에서 볼트 구현 방법

1. CBAR 또는 CBEAM을 이용한 단순 볼트 모델링
볼트를 단순히 CBAR/CBEAM 요소로 모델링하는 방식.
한쪽 끝은 볼트 머리, 다른 쪽 끝은 너트에 해당하도록 고정.
PBAR을 이용하여 볼트 직경, 탄성계수(E), 전단계수(G) 등을 입력.
단순한 연결부 해석에 적합하지만, 프리텐션 효과는 고려되지 않음.

2. CBUSH 요소를 사용한 볼트 연결
볼트 체결부에서 상대적인 변형을 고려하려면 CBUSH(점탄성 요소) 사용 가능.
Translational, Rotational 강성을 적절하게 조절하여 실제 볼트 조인트의 거동을 반영.
PBUSH 프로퍼티를 사용하여 강성을 조정하고, 회전 자유도를 제어할 수 있음.

3. PRETENSION 볼트(프리텐션 적용)
실제 볼트 체결력을 고려하려면 OptiStruct의 PFAST 또는 Pretension 기능을 사용해야 함.
PFAST는 볼트의 고유한 강성을 설정하여 체결 상태를 반영하는 기능을 제공.
Pretension 해석을 수행하려면 PRETENS 카드를 사용하여 초기 축력을 적용한 후, 풀림 해석 등을 진행 가능.
실제 볼트 체결력을 반영해야 하는 경우 유용함.

4. 솔리드 요소(CHEXA, CTETRA)로 볼트 모델링
볼트를 실제 형상 그대로 모델링하여 해석할 경우 사용됨.
볼트와 접촉하는 부품 사이의 접촉 조건(Contact)을 설정하여 해석 가능.
가장 정확한 결과를 제공하지만, 계산 비용이 많이 듦.