5.1 평면 변형률 지진해석 (무한요소 경계)


개요

참조 YouTube Plane Strain Earthquake Analysis with Infinite Elements using Abaqus, 2023
cae inp 입력 자료
목차 (1) Part  (2) Property  (3) Assembly  (4) Step
(5) Interaction  (6) Load  (7) Mesh  (8) Job  (9) Visualization


예제

문제 다음 지반에 대해 평면 변형률 (탄성) 지진해석을 수행하라.
.단위: m, N → Pa .형상: 100 x 30 m, 양쪽에 50 m 길이의 무한요소 .물성: rho = 1500 kg/m³, E = 60 MPa, nu = 0.3


(1) Part

파트 생성 .Create Part
 -Soil, 2D Planar, Deformable, Shell, 200
 -200 x 30 m
.Translate ~ 좌측 하단점을 원점으로 옮김
.Tools > Partition... > Create Partition > Face | Sketch | Offset Curves
 (제대로 되었는지 flip으로 보정)


(2) Property

재료 및 단면 .Create Material
 (Note: Rayleigh Damping: T₀의 25%, 90%에 5%의 댐핑 추가 | α = 1.36591, β = 0.00125)
.Create Section (Solid, Homogeneous; default thickness = 1)
.Assign Section
Rayleigh Damping 설정


(3) Assembly

인스턴스 생성 .Create Instance
 -part를 instance(실체)로 작성, Dependent(mesh on part)


(4) Step

해석 단계 생성 .Step-1: Static, General
(Note: 일반적으로 자중의 영향 등 정적 해석을 수행한 후에 동적 해석을 수행하여야 한다. 이 예제는 정적 해석을 수행할 필요가 없기에 바로 동적 해석을 수행하였다.)

.Step-1: Dynamic Implicit : T = 40 sec, Fixed, nt = 2000, dt = 0.02 sec
출력 설정 .Field Output Manager
 -Frequency: Every x units of time, x: 0.02
.History Output Manager
 -Frequency: Every x units of time, x: 0.02
 -Displacement/Velocity/Acceleration (O)


(5) Interaction

개요 건너 뜀


(6) Load

경계조건 및 하중 .BC Manager
 -BC-1: 정지상태 + 바닥면 롤러 경계 ~ 내부영역(Near Field)에 대해서만 적용
  ~Initial | Mechanical | Displacement/... | 고정 (U1=U2=UR3=0)
  ~Step-1 | U1을 풀어줌
 -BC-2: 바닥면 가속도 가진 ~ 내부영역(Near Field)에 대해서만 적용
  ~Step-1 | Mechanical | Acceleration/... | A1(9.81), Amplitude(지진가속도 엑셀 Amp-1으로 호출)


(7) Mesh

메쉬 생성 .Object: Part | Soil 선택
.Seed Part
 -Approximate global size (2)
.Seed Edges
 -Method (By Number): 1 ~ 무한요소영역의 수평방향 seed를 1개로 통합
.Assign Element Type
 -유한요소영역: Plane Strain(O), Reduced Integration(O): CPE4R
 -무한요소영역: Plane Strain(O), Reduced Integration(X): CPE4
  (Note: Plane Stress가 아닌 Plane Strain을 선정)
.Mesh Part


(8) Job

입력파일 수정 .Job Manager
 -Create... (Job-1 생성)
 -Write Input
  ~작업폴더(C:\Temp)에 inp 파일 생성
  ~inp 파일을 에디터로 열고, 무한요소영역 수정: CPE4 → CINPE4
CPE4 = Four-node plane strain element CINPE4 = 4-node linear, one-way infinite element
.File > Import | Model
 -기존 작업 파일을 닫고, 수정된 inp 파일을 불러온다.
Step 재확인 inp를 불러왔기에 Step의 출력 시간을 재확인/보정한다.
.Field Output Manager: Frequency - Every x units of time, x: 0.02
.History Output Manager: Frequency - Every x units of time, x: 0.02
 -Displacement/Velocity/Acceleration (O)
해석 실행 .Job Manager
 -Create... (Job-2 생성)
 -Submit (Job-2 제출)
 -Results


(9) Visualization

결과 시각화 .Deformed shape (예: Primary|U|U1)
.Create XY Data
 -ODB field output: Position(Unique Nodal), A(A1) ~ 가속도응답 시간이력으로 그리기
.Animate: Time History
 -변위가 너무 크게 나올 때, Scaling 함
  ~Options > Common... > Uniform | Deformation Scale Factor(default: 1)

.View > Graphic Options: Background = White ~ 배경 흰색으로 변경
.Viewport > Viewport Annotation Options ~ (compass, title block 등) 지우기
.View > ODB Display Options > Mirror/Pattern: 1/4분면을 XZ, YZ축 미러링(Mirroring) 하기