NASTRAN CBAR, CBEAM Element

CBAR : Simple Beam Element

CBEAM : Beam Element

CBEAM으로 모델링하면 입력값도 더 많고 출력값도 더 많은 듯함.

CBEAM은 시작점과 끝점에서의 물성치를 다르게 지정하여 중간을 Interpolation하는 것 같기도 함.

 

그리고 일단 단면의 COG(도심)에 맞추어 Element가 생성됨.

 

 

PBARL이나 PBEAML을 이용하면 1D Element의 형상을 확인하면서 모델링할 수 있다.

하지만 이론적인 근거와 실제 해석 결과를 알아야 좋을 것 같아서 비교스터디를 좀 해본다.

 

모델링 프로그램으로는 FEGate for Ship을 사용함.

 

위 그림은 아래와 같이 모델링된 것임.

 

PBARL로 모델링된 물성치를 비교하기 위해 T2 형상으로 비교해보자.

이건 DNV 3D Beam에서 가져온 값임.

Area는 알겠고, y축과 z축은 두 프로그램(FEGate & 3D Beam) 사이에서 바뀌었기 때문에 Izz, Iyy가 바뀌었다.

Iyz도 뭔가 모르겠지만 0이다.

C, D, E, F도 뭔지 알겠다.(1은 local y좌표, 2는 local z좌표, COG(도심)이 원점)

eZ, eY는 Shear center라 한단다. ^^(일단 개무시)

Ay, Az도 Beam의 Shear Stress 구할 때 쓰는 Shear Area란다.(재료역학책 보면 S구하고 그러잖아. Shear Force / Shear Area하면 해당 Beam에서의 최대 전단응력이 나온대)

K1과 K2는 합하면 1인데, K1은 y축의 면적비(T1 형상의 경우 Web면적비), K2는 z축의 면적비(T1형상의 경우 Face 면적비) 꼭 그런 건 아니다. (나중에 뭔지 알아볼 필요있겠다.)

참고로 3D Beam 단면 물성치 정보

 

다음과 같이 BAR를 Offset하면 CBAR의 입력도 바뀐다.

 

그런데 위의 것들은 나에게 다 쓸데없는 잡설이고 내게 중요한 것은 눈치와 효과이다.

3D Beam의 결과와 NASTRAN 결과를 비교하고자 한다.

 

Beam의 길이는 5000mm이다. 중간에서의 변위가 3.7168mm이다.

 

 

CBAR, PBARL로 모델링했더니 변위는 3.862mm, 응력은 3D Beam과 동일하다.

하중을 줄 때는 PLOAD1로 3D Beam과 동일하게 N/mm단위로 주면 되더라.(f06에서 OLOAD 확인하면 하중이 제대로 들어갔는지 알 수 있음.)

 

PBAR로 직접 물성치를 입력한 것이다. 변위가 3.71mm로 나왔다. 응력은 동일.

변위가 차이나는 것은 K1, K2 입력값의 차이로 생각된다. 참고로 K1, K2 값을 입력 안하면 변위가 더 작다. 아마 전단변형 고려여부의 차이인 듯 싶다.

 

Attached plate를 2D판으로 모델링하였다. 변위는 4.187mm.

또한 Beam을 Offset하여 실제 형상과 비슷하게 하였다.

 

PBAR로 단면특성치를 숫자로 입력하여 비교해보았다. (이때 Area는 stiffener 자체의 면적만 입력, 나중에 모델의 무게를 알아보기 위해서인 듯)

위에 입력한 값, Izz를 1.337e8로 해석하니 중간 변위가 5.342mm.

Stiffener 자체의 도심에서의 값에 평행축이동정리(Ad^2 더함)를 이용하여 Izz를 새로 구하면 1.688e8, 이때 중앙부 변위는 4.73mm.(K1=0.18, K2=0.68)

하지만 위 그림에서 보듯 Attached Plate의 응력분포는 제대로 모사가 안되는 듯하다. J(Torsional Constant)값을 입력해도 마찬가지임.

 

여기서 K1, K2값을 없애니 중앙부 변위는 2.338mm(많이 작아지네?)

여기서 K1, K2값을 각각 0.58, 0.42로 하면 중앙부 변위는 3.111mm.

 

Stiffener를 2D Element로 모델링해보았다. 중앙의 최대변위는 4.056mm로 Stiffener의 단면특성치를 PBARL로 입력하고, Offset을 준 것과 유사하게 나왔다. Attached Plate의 응력 분포도 유사하다.

Stiffener Offset을 안하면 중앙부 변위가 13.559mm로 Offset을 꼭 주어야 한다.

 

마지막으로 PBAR로 입력할 때 Offset 여부에 따른 효과가 있는지 살펴보았다.

Stiffener에 해당하는 단면특성치만 입력했으므로 Offset 안한 경우 Izz = 3.1e7으로 입력.

Offset 안 한 경우 중앙부 변위 13.575mm.

 

Offset을 주니까 중앙부 변위 4.203mm, Attached Plate의 응력분포도 실제(모두 2D Element로 모델링)와 비슷하게 나왔다. 이때 K1=K2=0.5 적용.

K1=K2=0을 주면 중앙부 변위 3.314mm, Attached plate의 응력분포는 위와 비슷하게 나옴.

K1=0.5, K2=0을 하면 위의 것과 거의 동일.