5.1 평면 변형률 지진해석 (MPC 경계)


개요

참조 YouTube Plane Strain Earthquake Analysis with MPC(Multi Point Constraints) 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 MPC 경계 .물성: rho = 1500 kg/m³, E = 60 MPa, nu = 0.3


(1) Part

파트 생성 .Create Part
 -Soil, 2D Planar, Deformable, Shell, 200
 -100 x 30 m
.Translate ~ 좌측 하단점을 원점으로 옮김


(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

또는
.Model > Copy Objects | "EQ2D.cae" 모델 선택 후, Materials/Sections/Amplitudes를 복사해 옴
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

MPC 구속 .Create Constraints
 -MPC Constraint | Tie
  좌측 경계면을 master nodes로 설정
  우측 경계면을 slave nodes로 설정
 (Note: Assembly의 Set를 node로 지정하여 할당)


(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)
.Assign Element Type
 -유한요소영역: Plane Strain(O), Reduced Integration(O): CPE4R
  (Note: Plane Stress가 아닌 Plane Strain을 선정)
.Mesh Part


(8) Job

해석 실행 .Job Manager
 -Create... (Job-1 생성)
 -Submit (Job-1 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