3

0100111000110100000010001110001101000000111000110100000

10000001000111000110100111000110100000010001110001101000000111000110100000

모델링

3.1 솔리드 모델과 유한요소 모델

솔리드 모델 유한요소 모델

솔리드 모델은 우리가 일반적으로 생각하는 수학적이고 기하학적인 형상

을 표현한 방법이고, 유한요소 모델은 솔리드 모델의 형태를 절점과 요소

로써 생성한 형태이다.

솔리드 모델은 상향식·하향

식 모델링이 가능하고, 유한요

소 모델 또한 가능하다.

48 제3장 모델링

(1) 모델링의 계층도

ANSYS 솔리드 모델 기타 솔리드 모델(AUTO-CAD 등)

ANSYS 유한요소 모델 유한요소 모델러

(FEMAP)

ANSYS 해석기(SOLVE)

(2) 두 가지 방법으로 모델 생성 가능

1) 상향식 모델링(bottom-up modeling)

keypoint lineareavolume의 순서로 하위 모델부터 모델링하는

방법

2) 하향식 모델링(top-down modeling)

프리미티브(primitive, volume 또는 area) 등을 이용하여 최상위의 모델

을 생성함으로써 그 아래 계층의 기하요소(area, line 또는 keypoint) 등

이 자동적으로 생성되도록 하는 방법

※ 하향식 모델은 많은 솔리드 모델을 가능하게 한다. 이 기능은 간단해서

초보자도 쉽게 3D 모델을 생성할 수 있다. 2D에서는 사각형 그리고 3D

에서의 실린더, 콘, 구 등을 ANSYS 프로그램에서 쉽고 빠르게 정의할

수 있다. 즉, 한 번에 기하학적인 형태를 생성할 수 있다.

493.1 솔리드 모델과 유한요소 모델

(3) 하향식·상향식 구조에 대한 모델의 계층도

한 모델의 형상을 살펴보면 ⓐ → ⓑ → ⓓ → ⓒ의 순서로 된 하향식과 ⓒ

→ ⓓ → ⓑ → ⓐ으로 된 상향식으로 구성되어 있다. 이 점을 이용하여 사

용자가 모델링을 할 때 상향식으로 할 것인지, 하향식으로 할 것인지를 결

정해야 한다(즉 쉬운 방법으로).

ⓐ volume ⓑ area

ⓒ keypoint ⓓ line

상향식이건 하향식이건 중간

의 엔티티를 임의적으로 제거

할 수 없다. 예를 들면 ⓐ의

volume에서 임의 면(area)을

제거할 수 없다는 것이다. 모든

엔티티는 상위 모델에 결합한

것이기 때문이다. 이것을 명심

하자.

50 제3장 모델링

(4) Main Menu：Preprocessor＞Modeling＞Create(상향식)

항상 작업 중간 중간에 Input 화면을 보면 그에 따른 설정이 표시되므로

사용자가 알맞게 Input Menu를 보고 참고할 수 있다.

어떠한 작업을 하든지 ANSYS는 사용자에게 요구하는 다음 작업의 내용

을 명령어 입력창(input) 중간에 표시하게 된다. 따라서 사용자는 이 메시

지를 확인하면서 작업을 해야 한다.

keypoint, line, area, volume

등의 기하적인 엔티티들은 각

각의 알맞은 하위 메뉴가 설정

되어 있다.

작업 입력 지시 문구

513.1 솔리드 모델과 유한요소 모델

기하요소 모델의 생성● ● ● ● ● ●

(1) 점의 생성

1) 작업평면상에 점 생성하기

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞On Working Plane

마우스를 이용하여 직접 작업평면상에서 드래그를 하여 점, 선, 면, 체적

을 생성하는 방법이다.

2) 전체좌표계상에서 점 생성하기

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞In Active CS

현재의 활성된 좌표계를 기준으로 점을 생성하는 것이다. 활성된 좌표계

의 위치좌표를 입력하여 점을 생성한다.

3) 임의 선상에서 점 생성하기

Peprocessor＞Mdeling＞Ceate＞Kypoints＞On Line

화면상에서 선을 선택하고 Apply를 클릭한 후, 새롭게 선택한 대화상자에

서 점의 위치를 선택한다(여기서는 이미 형성된 점 주위의 법선 방향으로

작용한다).

새로운 점

마우스 포인트

52 제3장 모델링

(2) 선의 생성

1) 직선 생성하기

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Straight Line

점을 생성하는 것이 가장 기본적인 모델링이다. 두 점 사이에 선을 생성하

는 것으로 두 점을 선택한 후에 OK를 클릭한다.

2) 활성좌표계를 이용하여 선 생성하기

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞In Active Coord

활성좌표계를 이용하여 선을 생성하는 것도 위와 같은 방법으로 두 점 사

이에 선을 생성하는 것으로 기본값은 직교좌표계로 되어 있다(CSYS〓0).

이런 경우는 위와 같이 직선으로 생성이 되지만, 원통좌표계나 구형좌표

계에서는 선이 다르게 생성된다.

실린더좌표계(CSYS=1)

직교좌표계(CSYS=0)

위 그림은 직교좌표계와 실린더좌표계상에서 두 점 사이를 연결한 모양

이다.

3) 같은 접선의 기울기를 가진 곡선 생성하기

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Tan to 2 Lines

2개의 다른 교차하지 않는 선에서의 접선의 기울기가 같은 새로운 곡선을

￭ 직교좌표계(CSYS=0)

￭ 실린더좌표계(CSYS=1)

￭ 구형좌표계(CSYS=2)

작업평면 좌표계나 사용자가

직접 정의한 좌표계는 4에서부

터 10보다 작은 값으로 정의할

수 있다.

Utility Menu : Work Plane＞

Change Active Cs To＞Global

(cartesian, cylindrical, sphe-

rical 등) 등으로도 정의할 수

있다.

533.1 솔리드 모델과 유한요소 모델

생성한다.

L1

K1L3

K2

L2

위 그림에는 2개의 사각형이 있다. 물론 사각형은 4개의 선과 4개의 점

으로 구성되어 있다. 여기서 L1과 L2 사이에 접선의 기울기가 같은 곡선을

생성하는 것이다. 먼저 L1을 선택하고 점 K1에 대해 Apply를 클릭하며,

L2를 선택하고 점 K2에 대해 OK를 클릭한다. 그러면 새로운 접선의 기울

기가 같은 L3가 생성된다.

4) 기존의 선에 대한 법선 생성하기

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Normal to Line

기존의 선에 법선으로 선을 생성하는 것이다. 즉 접선과는 수직이 되는

선을 말한다.

K2

L1

K1

L3

접선

54 제3장 모델링

앞의 그림에서 기존의 선 L1에서 접선과 수직인 법선 L3을 생성하기 위해

기존의 선 L1을 선택하고 점 K1을 선택한 후 Apply를 클릭하고, 다음으로

법선의 끝점인 K2를 선택한 후 OK를 클릭한다. 그러면 다음과 같은 새로

운 L1의 법선 L3가 생성된다.

5) 기존의 선에서 접선 생성하기

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞At angle to line

4)번에서 법선을 생성했다. 그러면 접선을 생성해 보자.

L1

K1

L2

K2

위 그림은 기존의 선 L1에 접선을 생성하는 것이다. L1을 선택하고 다시

접선이 생성될 지점 K2를 클릭한다. 그리고 OK를 클릭하면 K2에서 L1의

선에 접하는 접점 K1이 생성되고 L2 또한 생성된다.

6) 스플라인 사용하기

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Spline＞Spline thru Locs

이 기능은 2개의 점을 임의의 완만한 곡선으로 연결하는 것이다.

끝점

K2K1

K3

시작점

553.1 솔리드 모델과 유한요소 모델

위 그림에서 시작점과 끝점을 지정하고 새로운 점 K1, K2, K3을 선택한

후 Apply를 클릭하면 세 점을 지나는 스플라인이 생성된다.

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Spline＞Spline thru KPs

이 기능은 기존의 모든 점을 지난다는 것이다. 즉, 이미 생성되어 있는

점을 지정하여 스플라인을 생성하는 것이다.

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Spline＞Segmented Spline

이 기능은 이미 지정되어 있는 점에 대해 스플라인을 형성하는 방법은

같지만 등간격으로 분할할 수 있다.

K1

L1

K2

K4

L4

K5

L3

K3

L2

7) 모 깎기

Prerocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Line…

기존의 2개 선이 끝점의 각을 이루어 접하고 있을 때 부드럽게 반지름을

주어서 모를 깎는 기능이다. 여기서 두 가지의 경우로 나눌 수 있는데, 기

준선만 존재하는 경우와 기준선이 면이나 체적의 한 부분인 경우이다. 이

때 다르게 적용을 해야 하는데, 먼저 기준선만 있는 경우를 알아보자.

그림에서 K1, K2, K3, K4, K5

는 기존의 점들이다. 이 점들을

순서대로 선택하면 다음과 같

이 하나의 스플라인이 생성되

는 것이 아니라 4개의 선이 생

성된다(이 기능은 타원을 생성

할 때 아주 유용하다).

56 제3장 모델링

L1 L1 L3

L2L2

모 깎기 전 모 깎기 후

위 그림과 같이 모 깎기 전에는 2개의 선과 3개의 점으로 구성되어 있

지만, 모 깎기 후에는 3개의 선과 4개의 점으로 구성되어 있다. L1과 L2를

선택한 다음 Apply를 클릭하고 Fillet Radius를 입력한다. 그리고 OK를 클

릭한다.

다음으로 기준이 상위 엔티티와 같이 있을 경우를 알아보자. 필자는 면

으로 하겠다.

L4

L2L2

L5

A1 A2

(3) 면의 생성

ANSYS에서 면이나 체적, 선을 생성하는 방법은 상당히 많다. 그중에서 초

급 사용자들이 가장 손쉽게 사용하는 방법을 알아보자.

면이나 체적은 생성방법이 상당히 비슷한 경우가 있다. 일반적으로

Modeling-Create에서 사각형, 원, 다각형 메뉴를 이용하여 직접 생성하는

경우와 다른 기하요소를 이용하는 방법이 있다. 먼저 직접 면을 생성하는

방법을 알아보자.

여기서 선만이 생성되었다. 이

선은 면적으로 보이지만 면적

이 아니라 단지 선이다.

573.1 솔리드 모델과 유한요소 모델

1) 사각형 면 생성하기

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Rectangle＞By 2 Corners

시작점

끝점

처음 시작점을 마우스 포인트로 지정하고 대각선의 점에서 클릭하면 면이

생성된다.

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Rectangle＞By Dimensions

이 기능은 네 점의 좌표를 입력하여 사각형을 생성하는 것이다.

2) 원 생성하기

Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Circle＞Solide Circle

솔리드 원은 속이 채워진 원형 면이다. 외경의 값을 입력하고 내경의 값을

입력하지 않으면 완전한 면이 되고, 내경을 입력하면 도넛 모양이 생성된다.

생성된 면적

드래그 경로