솔리드웍스 정적 구조해석 완벽 가이드: 재료역학과 유한요소 해석이론

1. 공학이론(재료역학)

1.1 재료역학이란?

재료역학(Mechanics of Materials)은 외부 하중이 작용할 때 재료가 어떻게 변형되고 응력을 받는지를 분석하는 학문입니다. 솔리드웍스에서 구조해석을 수행할 때 반드시 이해해야 하는 핵심 이론입니다.

 

1.2 재료역학의 주요 개념

응력(Stress, σ): 단위 면적당 작용하는 내부 저항력으로, 하중을 받으면 물체 내부에 발생합니다.

공식: 𝜎=𝐹/𝐴, ​ (N/m² 또는 Pa)

 

변형률(Strain, ε): 원래 길이에 대한 변형된 길이의 비율로, 재료의 신축성을 나타냅니다.

공식: 𝜀=Δ𝐿/𝐿

 

훅의 법칙(Hooke’s Law): 응력과 변형률이 비례 관계를 가질 때, 탄성계수(Young’s Modulus, E)가 이를 결정합니다.

공식: 𝜎=𝐸/𝜀

 

전단응력(Shear Stress, τ): 재료가 평행한 방향으로 미끄러지는 힘을 받을 때 발생하는 응력입니다.

공식: 𝜏=𝐹/𝐴

 

휨 응력(Bending Stress): 보(Beam) 형태의 구조물이 하중을 받을 때 발생하는 응력으로, 단면이 클수록 강성이 증가합니다.

 

1.3 재료역학 해석의 필요성

구조물의 강도 및 변형 검토

하중에 따른 파손 가능성 예측

최적의 재료 선정 및 설계 개선

 

 

 

2. 유한요소 해석이론(Finite Element Analysis, FEA)

2.1 유한요소 해석(FEA)란?

유한요소 해석(Finite Element Analysis, FEA)은 복잡한 구조물을 작은 요소(Element)로 분할하여 수학적으로 해석하는 기법입니다. 솔리드웍스의 Static Simulation 모듈에서 활용되며, 제품의 응력, 변형, 안전계수를 분석하는 데 필수적입니다.

 

2.2 유한요소 해석의 주요 개념

절점(Node): 요소의 경계점으로 해석의 기본 단위입니다.

 

요소(Element): 모델을 작은 부분으로 나눈 것으로, 삼각형(Triangular), 사각형(Quadrilateral), 육면체(Hexahedral) 등이 있습니다.

 

구속조건(Boundary Conditions): 모델이 실제 환경에서 어떻게 고정되었는지를 정의합니다.

하중(Load): 적용되는 힘, 압력, 모멘트 등 다양한 물리적 조건을 설정합니다.

 

 

 

해석 과정:

3D 모델을 메시(Mesh)로 분할

경계 조건 및 하중 적용

수치 해석(Solver) 실행

결과 분석(응력, 변형, 안전계수 등)

 

2.3 유한요소 해석의 활용 예시

제품 설계 최적화: 불필요한 재료 절감과 비용 절약 가능

 

구조 안전성 평가: 하중에 대한 변형과 파손 가능성 예측

 

실험 비용 절감: 물리적 프로토타입 제작 없이 가상 테스트 가능

 

 

 

3. 결론

재료역학은 구조 해석의 이론적 기반을 제공하며, 유한요소 해석(FEA)은 이를 실무에서 적용하는 강력한 도구입니다. 솔리드웍스를 활용한 정적 구조해석을 통해 안전하고 효율적인 제품을 설계할 수 있습니다.

 

2025.02.24 - [솔리드웍스] - 솔리드웍스 정적 구조해석 완벽 가이드: 해석이론, 단위계, 기본물리량 및 규격 표준화

솔리드웍스 정적 구조해석 완벽 가이드: 해석이론, 단위계, 기본물리량 및 규격 표준화