[구조 해석] 구조 검토 독학하기(an unofficial method)

라이노3D로 구조해석 하는 법을 공부하려고 한다.

 

Why?

예전부터 재직중인 회사에서 제품 구조 검토를 진행하는 경우가 꽤 있었고

1년에 몇 번 밖에 안했다가 최근에는 건설사나 건축 감리사 사이에서 유행처럼 번졌는지 구조검토서를 요구하는 일이 많아졌는데, 직접적인 요구에 대해서는 전문 기술사 통해 발급하되, 사내 안전성 검토용으로 자체판단을 하기 위함.

 

 

 

정식 구조 검토 기술사 자격을 따려면 관련 학위 또는 전공자여야 하거나 실무 경력이 어마어마하게 필요하고 시험도 어렵다고 하니... 내 머리로는 안 될 것 같고.

그나마 해외에서는 구조해석을 하기 위해 3d프로그램으로 구현하려는 여러가지 노력의 결과물들이 있는데

몇 가지 설명해 보도록 하겠다.

 

 

 

1. Karamba(둥지. 인도네시아어)

Karamba Grasshopper Plugin

카람바는 가장 많이 쓰이는 구조해석 플러그인으로,

그래스호퍼로 구현하는것으로 앎.

빔(beam), 쉘(shell), 하중(load), 지지조건(support), 단면검토(section forces) 등 다양한 구조 요소를 분석할 수 있음.

응력 분포 시각화도 가능해서 직관적이고

통상 우리가 상상하는 구조해석의 그 자체임.

다만 엔지니어링 수치 기반이라는 점.

유료와 무료버전이 있음.

 

 

2. Millipede(노래기)

Millipede Grasshopper Plugin

밀리피드도 그래스호퍼용 플러그인인데

그래스호퍼 종특인가 왜이렇게 알고리즘 이름들을 벌레로 짓는지 참 -_-

그래스호퍼: 메뚜기

밀리피드: 노래기

헤테롭테라: 소금쟁이?

암튼 밀리피드 이것은 구조응력(Stress), 변형(Deformation) 분석이 가능하고

디자인 초기 단계에서 어디를 어떻게 해야 강성을 유지할 수 있을지 분석하는 데 유리함.

큰 프로젝트 보다는 소규모 구조검토에 적합.

 

 

3. Peregrine(이번엔 송골매 ;;)

Peregrine Grasshopper Plugin

송골매는 구조 최적화 + 경량화 플러그인이다.

디자인 단계에서 채용하는 듯.

복잡한 구조를 단순화하고 싶을 때 유용함.

 

 

4. FEM-Design Grasshopper API + SOFiSTiK

이건 외부 고급 구조해석 소프트웨어를 그래스호퍼와 연결하는 방식임.

라이노 > 그래스호퍼 > FEM 프로그램

설치가 복잡하고 라이선스도 비싸고 완전 전문 구조 엔지니어링 수준을 다루고 싶은 사람 추천.

 

 

 

 

위 4개 말고도 더 있긴 한데 좀 모델링 서폿 툴 같은 느낌이라 생략.

 

그래서 나의 픽은?

 

무료이면서 진짜 구조 공학적 검토 결과를 낼 수 있는

 

Millipede(밀리피드)와 Kiwi3D(키위3D) 이다.

키위3d는 위에서 설명이 없었는데

Kiwi3D Grasshopper Plugin

이런 모습이고, Isogeometric Analysis(IGA) 기반이라 고급 구조해석이 가능.

FEM(유한요소해석) 보다 더 정밀한 수학적 모델을 쓰는게 특징이고

결과도 응력분포, 변형형상, 처짐량 이런걸 계산 가능.

라이선스가 GPL 오픈소스라 무료이고 심지어 논문 쓸 때도 많이들 씀.

 

Millipede 보다 더 진짜 구조공학에 가까운데

일단 밀리피드랑 키위 둘 중에 사용성이 좋고 결과물도 좋은 걸로 비교해서 하나를 배울 예정.

 

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추가적으로,

안전율을 설정할 수 있는지가 가장 중요하다.

 

구조 검토 기술사가 구조해석 결과를 안전하다고 줬는데,

내가 했는데 완전 새빨갛게 나오면 안되기 때문.

 

진짜 안전한 정도가 아닌 영점 맞추기 용으로 안전율을 조정해야할 필요성이 있는데

 

밀리피드와 키우3D는 안전율 직접 설정 기능이 없다.

 

그럼 어떻게 하느냐

 

밀리피드는 재료 강도(Material Strength)랑 응력 결과(Stress Result)를 수동으로 조정하면 된다.

예시: 최대 응력이 150MPa 나왔는데, 허용 응력을 300MPa로 잡으면 안전율 2.0 이런 식.

 

키위3D는 허용 응력과 허용 변형을 직접 설정해야 함.

구조해석이 끝나고 "이 값이 넘으면 불합격" 으로 설정하는 식으로 안전율 적용 가능.

안전율을 자동으로 곱해서 계산해주지는 않기 때문에 내가 안전율을 고려한 허용응력값을 넣어야 한다.

예시: 원래 재료 항복응력이 250MPa 라면, 안전율 2를 적용해서 125MPa로 허용응력을 넣고 검토.