캐드 단면을 한 번에 해석 모델과 연동하는 방법

아래 다운로드 폼에서는 아래 설명될 SPC기능을 직접 진행해볼 수 있는 캐드 파일과 
마이다스 캐드가 없이도 SPC 기능을 체험해볼 수 있는 .sec 파일이 제공됩니다. ( MIDAS CIVIL NX Import 용 )

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캐드 단면을 한 번에 해석 모델과 연동하는 방법?!

가지고 있는 도면의 단면이 별도 작업 없이 해석 프로그램과 연동 될 수 있다면 얼마나 편할까요?

단면 추출과 단면 계산 등 부가 작업 없이 기능 하나로 해결하는 비정형 단면의 구조 해석모델 연동!
이번 컨텐츠에서는 구조해석 모델 생성 시 비정형 단면의 단면 계산을 CIVIL NX와 CAD를 연동하여 손쉽게 해결하는 방법을 알려드립니다!

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단면 특성 / 단면 특성치란 무엇인가요?

단면 특성이란 구조물의 단면이 외부 하중에 어떻게 반응하는지 해석하기 위해 사용하는 다양한 특성을 의미합니다. 단면 특성은 단면의 형상에 따라 결정이 되는데 형상에 따라 구조물의 강도 또한 크게 달라지게 됩니다. 단면 특성은 구조물에서 작용하는 힘과 응력의 관계를 해석하고 설계하는 데 필수적이기 때문에 토목 구조 설계에서 이를 계산하는 것은 매우 중요합니다.

단면 특성치의 구성 요소에는 어떤 것들이 있나요?

단면 특성에는 주로 다음과 같은 요소들이 포함됩니다:

• 단면적 (Area, A) : 단면의 총 면적으로 구조물의 하중 분포 및 단면의 강도을 구하기 위해 사용합니다.

• 단면 2차 모멘트 (Second Moment of Area, I): 구조물의 휨 강도와 강성을 구하는 데 사용됩니다. 이 값은 하중에 의해 발생하는 단면의 변형률을 계산하는 데 중요합니다.

• 단면계수 (Section Modulus, Z): 단면의 휨 저항 능력을 나타내는 값으로, 단면 2차 모멘트를 극한 섬유까지의 거리(중립축에서 가장 먼 섬유까지의 거리)로 나누어 계산합니다. 이 값이 클수록 단면은 더 큰 휨 하중을 견딜 수 있습니다.

• 단면 직경 (Radius of Gyration, r): 단면의 질량 분포를 나타내며, 구조물의 좌굴에 대한 저항 능력을 구하는 데 사용됩니다. 이는 단면 2차 모멘트를 단면적으로 나눈 후, 제곱근을 취해 계산합니다.

• 중립축 (Neutral Axis): 이 축은 하중을 받는 단면에서 변형이 없는 축을 말합니다. 중립축은 휨 하중에 대한 단면의 반응을 확인하기 위해 사용합니다.

◐ 예시

이러한 단면 특성치는 토목 구조물의 설계, 분석 및 평가에 있어 필수적으로 고려되며, 휨, 압축, 좌굴 등 다양한 하중 조건에서 구조물의 거동을 예측하는 데 매우 중요합니다.

단면 특성 계산을 쉽고 빠르게 할 수 있는 방법 : SPC 기능!

이런 단면 특성치는 복잡한 계산식을 통해서 구해야 합니다.

특히 일반적이지 않은 비정형 단면일수록 이런 계산 작업은 훨씬 더 복잡해집니다.

하지만 MIDAS CAD에서는 이런 복잡한 단면 특성을 SPC 기능을 통하여 간편하게 구할 수 있습니다!

기존에는 프로그램의 형태로 제공되던 SPC 기능이 이제는 MIDAS CAD의 기능으로 탑재되어 모든 형상 또는 형태에 대한 강성 데이터를 계산할 수 있습니다.

SPC 기능은 단면 2차 모멘트 뿐 아니라 연단거리 단면 2차반경 등 구조 계산에 필요한 다양한 단면 상수를 포함하여 출력합니다.

• 단면2차 모멘트 : 휨 또는 처짐에 대한 저항을 예측하기 위한 단면의 성질
• 단면2차 반경 : 부재에 대한 좌굴하중을 계산하기 위한 단면의 성질
• 연단거리 : 강재의 가장자리까지의 거리

MIDAS CAD의 SPC 기능의 특장점

MIDAS CAD의 SPC은 다음과 같이 다양한 특징을 통해 더 효율적인 구조 설계를 지원합니다.

이전에는 캐드에서 단면을 추출해서 별도의 프로그램에서 계산다고 내보내고 다시 MIDAS CIVIL NX에서 불러오고….

다시 무의미한 내보내기와 불러오기의 반복

이제는 MIDAS CAD의 SPC 기능으로 더 효율적으로 작업할 수 있습니다.

◐ MIDAS CAD의 SPC 기능의 장점

- 객체 생성부터 단면 생성 및 연동까지 하나의 제품에서 진행할 수 있습니다.

- 단면 형상을 포함한 단면성질을 MIDAS CIVIL NX로 Export 할 수 있습니다.

- 기존 MIDAS CIVIL NX의 SPC 모듈을 MIDAS CAD에 그대로 탑재하여 정보의 유실이 없습니다.

- 여러 단면을 하나의 Dwg에서 관리하여 파일 관리에 용이합니다.

- 단면을 수정했을 경우 MIDAS CIVIL NX에 수정한 단면이 그대로 연동됩니다.

- 입력 단면에 대해 최적의 요소망을 생성하여 단면 성질을 계산합니다.

- 여러 개의 재질로 구성된 복합단면 계산이 가능합니다.

- 시공 단계를 고려하여 Part를 구분한 단면 생성 및 MIDAS CIVIL NX의 시공 단계 해석에 적용할 수 있습니다.

MIDAS CAD - SPC 기능 사용 방법

1. SPC 생성 단면 리스트 진입

SPC 작업을 통해 생성한 단면의 이름과 타입을 확인하고 새로운 단면을 추가하는 작업입니다.

                                                            그림1. SPC 생성 단면 대화상자

• SPC 단면 리스트 : 생성한 단면의 이름과 단면 타입을 보여줍니다.
• 미리보기 : 생성한 단면의 미리보기를 보여줍니다.

TIP💡

주의❗ 이때 단면 특성 계산을 위해서는 객체의 교차점들이 모두 끊겨있어야 합니다.

다음과 같이 단면 특성을 계산할 단면의 전체 객체를 선택하여 교차하는 객체는 나눠줍니다!

1) 추가’ 및 ‘수정' 버튼 클릭

2) 특성을 계산할 단면의 전체 객체를 선택

3) 전체 객체를 선택 완료

2. 단면 특성 계산 기능 대화상자

단면의 이름/Type/단면 정의 등을 설정합니다.

우측의 테이블을 통해서 단면 특성 결과표를 미리 확인 할 수 있습니다.

                                그림2. 단면 특성 계산 대화상자

3. 단면 정의

단면 이름, 타입 정의

                   그림3. 단면 정의

• 단면 이름 : 단면의 이름을 입력합니다.
• 단면 타입 : 단면 Type은 Plane, Line, Composite 3 가지를 제공하며 Type에 따른 단면 정의 방법은 아래에서 설명드리겠습니다.

1) Plane 타입

                 그림4. Plane 타입

• 외부 객체 선택 : 외부 폐합 객체를 선택합니다. 선택된 총 객체의 최외측 폐합 단면만을 인식합니다.
• 내부 객체 선택 : 내부 폐합 객체를 선택합니다. (여러 개인 경우에는 1개씩 차례로 선택)
• Mesh Density : Mesh의 조밀도를 선택합니다.

2) Line 타입

                    그림5. Line타입

• 두께 정의 : 선 객체 선택 후 두께를 입력합니다. 입력한 두께는 선 객체에 적용되며, ‘단면 특성 계산’ 창이 꺼지면 사라집니다. (미리보기는 두께 적용이 유지됩니다.)

• 폐합 단면 설정 : 폐합 객체를 선택합니다. (여러 개인 경우에는 1개의 폐합 단면씩 차례로 선택)

• 곡선 정밀도 지정 : 단면 특성 계산을 위해 Spline, Ellipse를 Line 으로 분할해야 하는데, 곡선 정밀도는 그 때 분할 정도를 뜻합니다.

  
  
  

  ➕ Steel Design 타입으로 생성 : Check On 시 Design Group Setting 탭이 활성화됩니다.

• 
  

  
  Steel Design 타입은 Top-Flange, Bottom-Flange, Left Web, Right Web을 정의할 수 있습니다.
  
  

  ◐  그룹 개수 : 입력한 개수에 따라 우측 선택 버튼 클릭시 명령어에서 개수를 적용해 정의할 수 있습니다.
  객체 선택 시 Stiffner를 고려할 수 있으며, 고려된 객체는 Stiffner의 레이블이 생성되어 구분됩니다.
  
  

   

3) Composite 타입

합성 단면(Composite Type)은 만들어진 Plane Type 단면과 Line Type 단면을 조합하여 생성합니다.

               그림6. Composite 타입

• 재료 설정 : […] 으로 ‘재료 설정’창이 활성화되며, 재료의 이름, 탄성계수, 포아송비 등을 정의할 수 있습니다.

   

   

  

                                                   그림7. Composite 재료 설정
  

   

  Base 옵션은 치환 기준이 될 Base Material을 지정하는 옵션입니다.
  (합성단면은 전체 단면의 단면특성값을 계산을 위해서 재료를 하나로 치환해야 합니다.)

  
  

• Base Material : 재료 설정에서 지정한 Base Material이 연동되어 나타납니다.

• Part 개수 : Part의 개수를 선택합니다.

표 설정 및 옵션

                   그림8. 표 설정 및 옵션

• 단위는 단면 특성 계산 결과표의 수치들을 연동하여 실시간으로 보여줍니다.

• 사용자 지정 : 사용자가 직접 지정한 위치에 표를 생성합니다.
• 선택 객체 아래 그리기 : 단면 특성 계산을 위해 선택한 객체의 하단에 바로 표를 생성합니다.

• Plane Type의 외부객체와 내부객체 사이에 해치를 생성합니다.

• CAD에 직접 단면 결과를 출력하거나 Excel에 결과표를 출력할 수 있습니다.
  
  

                                       그림9. Excel 결과 출력

5. Sec 내보내기로 Sec 포맷을 생성할 수 있습니다.

아래 다운로드 폼에서는 위 SPC기능을 직접 진행해볼 수 있는 캐드 파일과 
마이다스 캐드가 없이도 SPC 기능을 체험해볼 수 있는 .sec 파일이 제공됩니다. ( MIASD CIVIL NX Import 용 )

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