UC-win시리즈 동적 비선형 해석
 
Engineer's Studio   3차원 플레이트 동적 비선형 해석
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  프로그램 개요
라인

 Engineer's Studio는, 당사가 프레 처리~계산 엔진~포스트 처리까지의 모두를 자사 개발한 3차원 유한요소법(FEM)해석 프로그램입니다.
토목•건축 구조물의 부위를 1개봉으로 선정한 보요소나 평면적으로 연속한 평판요소로 모델화하여, 구조물의 비선형 거동을 해석하는 툴입니다.

관련 정보

 ◆관련 제품
  • Engineer`s Studio(R) 슈퍼컴퓨터 클라우드(TM) 옵션(2011.08.24 릴리스)New!
    Engineer`s Studio(R)의 메인 처리부를 FOCUS 슈퍼컴퓨터에 대응한 클라우드 서비스
  • BIM&VR - Allplan ('10.09.03게재)
     BIM에 의한 건축 토목 설계 솔루션

 ◆TOPICS

 ◆프레스 릴리스

 ◆신제품 소개 기사
  ・Engineer's Studio(R) for Students (Up&Coming '11 신춘호 게재) 
  ・Engineer's Studio(R) Ver.1.06(Up&Coming '11 신년호 게재) 
  ・건축 구조 해석 지원 서비스(Up&Coming '11 신년호 게재)  
  ・Engineer's Studio(R) Ver.1.05(Up&Coming '10 가을호 게재)
  ・Engineer's Studio(R) Ver1.03(Up&Coming '10 신춘호 게재)
  ・Engineer's Studio 해석 지원 서비스(지장구조물, 배수지)(Up&Coming '10 신춘호 게재)
  ・Engineer's Studio(R) Ver.1.02(Up&Coming '09 늦가을호 게재)
  ・Engineer's Studio(R) Ver.1.1(Up&Coming '09 가을호 게재)
  ・Engineer's Studio Ver.1 릴리스(Up&Coming '09 이른봄호 게재)
  ・Engineer's Studio 해석 지원 서비스(Up&Coming '09 이른봄호 게재)
  ・Engineer's Studio Ver.1.00(Up&Coming '09 신춘특별호 게재)

 ◆PR페이지

 ◆알림
   ・로고 모집・전형 결과 발표 (Up&Coming '08 한여름호 게재)

 ◆세미나 참가 신청 접수중!
   ・[Engineer's Studio 체험 세미나] ※무상
   ・[VR-Studio/Engineer's Studio 신제품 세미나] ※무상

 ◆세미나 자료 ('09.09.09게재)


Engineer's Studio(R) 관련 서적
[수치 시뮬레이션으로 생각하는 구조 해석] ― 소프트로 배우는 비선형 해석과 응답 해석 ―
■ 2009년 11월 18일 발매 ■ 출판사 建通新聞社
■ 220페이지/올컬러 ■ 본체 가격 2800엔(세금 별도)

구조 해석의 기초부터 실구조물에 대한 파라메트릭 시뮬레이션까지 폭넓은 검토 사례를 알기 쉽게 해설!
파이버 요소를 이용한 선진의 해석 사례를 풍부하게 수록!


  ●목차  ・제1장 구조 해석으로의 권유
 ・제2장 단면의 비선형 해석
 ・제3장 부재의 비선형 해석
 ・제4장 구조물의 지진 응답 해석
 ・제5장 골조 해석의 기초 지식

  Engineer's Studio(R) Ver.1.06.03 (2011년 8월 24일 릴리스)

ライン
  1. 용수철 특성에 [BMR(CD) 댐퍼] 추가
  2. 복수 파일 계산 실행 툴
  3. 단면 등을 복사 기능, 표 형식 입력 화면에서 자동 복제 기능
  4. 플레임 요소, 평판 요소 결과를 텍스트 형식에서 익스포트(csv 파일)
  5. 재료 데이터 베이스를 추가

  Engineer's Studio(R) Ver.1.06.02 (2011년 5월 31일 릴리스)
ライン
  1. 개발킷「Engineer's Studio(R) Plugin SDK 1.06.02」와 연동 가능
  2. 평판 요소 압축측 손상 기분 추가(최고로 일그러진 상태의 3배)
  3. 가속도 파일(*.acc), K-NET 지진파 데이터(*.EW、*.NS、*.UD), JMA 지진파 가져오기 가능
  4. 평판 요소 작성 커맨드 「사갖형 매시 요소」개선

  Engineer's Studio(R) for Students Ver.1.06.00 (2010년 12월 28일 릴리스)
ライン

학생・생도용 전용 버전을 릴리스. 비상용 이용에 한정.

  Ver.1.06.00 리비전업 내용 (2010년 12월 27일 릴리스)
ライン

  1.계산부(솔바)에 Sparse Matrix Solver를 탑재, 대규모 모델, 계산의 고속화에 대응
    대응 모델 예:4만5천 절점 모델(평판요소, 재료비선형, 정적해석, 50스텝)
    메모리 소비량은 20GB에서 3GB로, 계산 시간은 20시간에서 30분으로 개선

  Ver.1.05.00 리비전업 내용 (2010년 9월 13일 릴리스)
ライン

  1.토목 구조 2축 단면 계산 옵션을 추가

  2.착안점 일괄 생성 기능

  3.대규모 모델의 밴드폭 최적화 처리의 스킵 기능


  Ver.1.04.00 리비전업 내용 (2010년 8월 16일 릴리스)
ライン

  1.64bitOS에 대응한 솔바 전환

  2.평판요소로의 면분포하중 입력 대응



  Ver.1.03.01 리비전업 내용(2010년 5월 20일 릴리스)
ライン

  1.솔바와 포스트 처리의 계산 속도 개선(약 20-50%의 속도 향상)

  2.하중 재하 대상(절점, 부재)로의 하중 분해하는 기능에 대응


 Engineer's Studio Ver.1.03.01 해석 속도 개선의 검증 결과 ('10.05.25 게재)

 (1) 단주 실험 모델
■해석 시간
 ・UC-win/FRAME(3D) Ver.4.00.01 9분 41초
 ・Engineer's Studio Ver.1.03.01 7분  6초

>> 약 27%의 개선
■해석 내용
 ・절점수 : 585   ・파이버요소수 : 6
 ・탄성보요소수 : 735   ・3방향동시가진
 ・해석스텝수 : 1801


 (2) 3경간 면진교 모델
■해석 시간
 ・UC-win/FRAME(3D) Ver.4.00.01 7분 40초
 ・Engineer's Studio Ver.1.03.01 6분 54초

>> 약 10%의 개선
■해석 내용
 ・절점수 : 62   ・파이버요소수 : 24
 ・탄성보요소수 : 25   ・교축방향만가진
 ・해석스텝수 : 3001스텝을 3파


 (3) 강아치교
■해석 시간
 ・UC-win/FRAME(3D) Ver.4.00.01 44분 39초
 ・Engineer's Studio Ver.1.03.01 35분 54초

>> 약 20%의 개선
■해석 내용
 ・절점수 : 1730   ・파이버요소수 : 932
 ・탄성보요소수 : 153  ・교축직각방향만가진
 ・해석스텝수 : 3001스텝을 1파




  Ver.1.03.00 리비전업 내용(2010년 3월 17일 릴리스)
ライン

<관련 정보> Engineer's Studio(R) Ver1.03 (Up&Coming '10 신춘호 게재)

  1.평판요소의 계산 결과를 콘타도로 표시(변위・평판요소 단면력・곡률・변형・주응력, 주변형・Mises응력)

▲전체도 ▲전체도(교면 아래에서)


▲변위도 콘타 ▲바닥판 휨모멘트 콘타

  2.원통형에 개구부가 있는 평판요소 모델화 지원 기능

  3.개구가 있는 복잡한 형상으로부터 평판요소를 작성 기능

  4.프레임요소, 스프링요소에 초기단면력을 고려 가능

  5.기하강성을 고려한 고유값 해석

  6.프레임요소가 교차하는 장소에 절점 작성 기능

  7.평판요소의 균열도의 표시를 개선

  8.비선형요소가 항복한 스텝이나 종국에 달한 스텝을 표시

  9.파이버요소의 변형 분포 표시 개선

 10.파이버요소 단면의 종횡 개별 메쉬 분할

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  프로그램의 특징
라인
 해석면에서의 주된 특징은, UC-win/FRAME(3D)에서 높은 평가와 많은 실적이 있는 3차원 파이버요소와 Reissner-Mindlin이론에 기인한 평판요소를 갖추고 있는 것, 그리고 그러한 재료 비선형 및 기하학적 비선형(대변위)을 동시에 고려한 정적 해석 및 동적 해석이 가능한 점입니다.

▲파이버요소의 이미지도(우측이 수학 모델)

 평판요소는 두께 방향으로 복수의 층을 가지는 적층 구조로 할 수 있으며, 각 층에는 다른 재료 종류나 선형•비선형의 설정을 개별적으로 정의할 수 있습니다. 평판요소에 적용할 콘크리트 구성칙에, 동경대학 콘크리트 연구실에서 개발된 세계적으로 평가가 높은 철근 콘크리트 비선형 구성칙(분산 균열 모델)을 채용하고 있습니다. 본 제품의 평판요소는, UC-win/WCOMD의 RC요소를 두께 방향으로 다층으로 확장하여, 면내 변형 뿐만 아니라 면외 변형의 비선형 거동도 해석 가능하게 했다고도 말할 수 있습니다.

▲적층 평판 요소의 이미지도(우측이 수학 모델)


  주된 해석 기능을 다음에 나타냅니다.

항 목 내 용
해석 정적 해석/동적 해석/고유값 해석
비선형 해석 재료 비선형/기하학적 비선형(대변위 이론)/복합 비선형(재료 비선형과 기하학적 비선형을 동시에 고려)
적용 이론 미소 변위 이론/대변위 이론/탄성바닥위의 보 이론/Bernoulli-Euler의 보이론/Timoshenko보이론(전단 변형 고려)/Reissner-Mindlin이론
요소 탄성보요소/강체요소/보요소/M-φ요소/파이버요소/평판요소(적층 플레이트)
경계 조건 절점에 대해서 6자유도의 구속 조건(자유or고정or스프링)/탄성보요소에 대해서 분포스프링(부재축방향+부재축 직각2방향)/연성스프링(절점에 정의)
재료의 종류 콘크리트/철근/PC강재(강연선, 강봉)/강판/탄소 섬유 시트/아라미드 섬유 시트/탄성 재료(탄성계수를 임의로 입력)/비구조 재료(단위체적중량만을 고려한 재료)
정의 가능한 하중 절점하중/부재하중(집중, 분포, 사영장)/온도하중/강제변위
자동 생성하는 하중 사하중/프리스트레스하중/수평 진도 하중
정적 하중 단조 증가/반복(일정, 증가)/반전 반복(일정, 증가)
동적 하중 가속도 파형(연직과 수평 2성분의 개별 또는 동시 입력)
동적 해석 Newmark-β법(β=1/4)에 의한 직접 적분법
감쇠 요소별 강성 비례형(초기 강성, 순간 강성)/Rayleigh형(초기 강성, 순간 강성)/요소별 Rayleigh형(초기 강성, 순간 강성)
질량 매트릭스 Consistent mass matrix/Lumped mass matrix


 평판요소는 FEM에서 자주 이용되는 아이소파라메틱 요소를 채용하고 있습니다. 요소의 형상과 종류를 아래 그림에 나타냅니다.



●입출력 화면의 특징

입출력 화면의 특징은,
  • 메인 화면에 윈도우를 자유롭게 끼워넣기•꺼내기 가능한 Dockable 인터페이스
  • 절점수가 많은 대규모 모델이라도 고속으로 동작하는 언도•리도 기능
  • 복사•붙이기나 데이터 체크가 용이한 표형식 입력
  • 마우스 조작에 의한 연속보요소 작성, 평판요소 작성등
  • UC-win/FRAME(3D)의 데이터 파일 가져오기 대응
  • 3차원 CAD와 같은 사각형 확대•축소•종횡 이동
  • 마우스의 드래그 조작에 의한 요소의 이동•회전
  • 기존 모델에 다른 모델을 간단하게 붙이기 가능
  • 모델 작성 순서를 알 수 있는 트리 구조
  • 모델도의 복수 화면 기동에 대응
  • 고품질의 리포트 출력 기능
  • 강력한 검색 기능

을 들 수 있습니다.

●메인 화면

 Engineer's Studio에서는 [리본]이라고 불리는 새로운 유저 인터페이스를 채용하고 있습니다. [리본]은, 2007 Microsoft Office System에서 도입되어, 종래의 Windows애플리케이션에 있어서 표준이 된다고 하는 기술입니다. [리본]은 종래의 메인 메뉴나 메인 툴바로 치환되어, 복수의 커맨드를 기능마다 정리해서 그룹화하고 있습니다. 이것에 의해, 원하는 커맨드에 간단하게 액세스 할 수 있습니다. 이 새로운 개념을 복잡한 기능을 가진 Engineer's Studio에 도입함으로써 사용하기 쉬운 조작성을 실현했습니다. 우측 그림은 메인 화면의 모습입니다. 화면 상단에 리본이, 화면 좌측에 트리가 줄지어 있습니다.

●화면의 예

<예1>
아래 그림은, 좌측 트리를 [표현 설정]탭으로 전환하여 솔리드 표시나 절점의 비표시등의 설정을 하고, 우측 화면에서는 조감도•평면도•측면도•정면도를 표시시키는 버튼을 눌러서 각 그림을 자유로이 늘어놓은 모습입니다.


<예2>
복수의 표형식 입력 화면을 1개의 윈도우 내에 나란히 한 모습입니다. 몇개라도 동시에 나란히 할 수 있으며, 탭으로 전환하도록 재배치하는 것도 가능합니다. 모델 내를 마우스 조작에 의해 절점을 추가•삭제등을 하면, 자동적으로 표에도 반영됩니다.


<예3>
좌측 그림은 삼각형의 평판요소를 마우스 조작으로 작성한 모습. 공간내의 3장소를 차례로 클릭하여 적용 버튼을 누르면 자동적으로 삼각형의 메쉬 분할이 실행됩니다. 우측 그림의 사각형 요소는, 공간내의 2점을 드래그함으로써 자동적으로 사각형 요소가 생성됩니다. 어느쪽도 메쉬 분할의 사이즈나 요소 종류를 그림에 나타내는 소화면으로 설정합니다.


<예4>
검색 화면을 호출하여 탄성보요소를 검색한 모습. 검색된 요소에 십자선과 교점에 표시가 표현됩니다. 검색한 요소를 선택 상태로 하는 옵션도 있습니다.


<예5>
평판요소가 변형한 상태와 변형에 의한 손상 판정 결과를 동시에 표시시킨 모습입니다. 우측은 층마다 판정한 그림, 좌측은 요소 전체로써 판정한 그림입니다.


<예6>
리포트 출력을 설정하는 화면입니다. 출력했을 때의 목차에 가까운 이미지로 출력 설정을 합니다.


●향후의 예정
  • 도로교시방서등 준거의 단면 검토 기능 서포트
  • Engineer's Studio 해석 지원 서비스 제공 개시 예정


 NEW Engineer's Studio(R) Plugin SDK

Engineer's Studio(R) Plugin SDK Ver.1.06.02 (2011년 5월 31일 릴리스)

이 SDK는 소프트웨어 개발자가 Engineer's Studio(R)의 그래픽유저인터페이스(Engineer's Studio(R) GUI)를 커스터마이즈하기 위한 것입니다. 개발자는 마음대로 독립한 바이너리를 작성할 수 있습니다. 그것을 GUI적인 메뉴와 버튼이 있는 Engineer's Studio(R)에 접속할 수 있습니다. plugin 바이너리는 모델에 있는 데이터를 작성, 변경, 삭제할 수 있습니다. 계산은 통상 어플리케이션을 사용하는 방법으로 합니다. 결과는 GUI 포스트프로세서에 표시됩니다.

Engineer's Studio(R)와 플러그인은 COM에서 연동합니다. 커스텀 COM 인터페이스에 대응합니다. 커스텀 COM 인터페이스에 대응하는 언어이면 어떤 것이라도 사용할 수 있습니다.

  • Plugin SDK는 Engineer's Studio(R)입력 데이터를 직접 작성할 수 있는 개발
  • API는 COM(Component Object Model)
  • COMㅇ[ 대응하는 개발 환경(C、C++,VBA,Delphi 등)이 있으면 마음대로 모델을 작성 가능
  • 개발 환경에서 DLL을 작성하여 OS에 등록 후 Engineer's Studio(R)를 기동해서 이용
  • 개발 환경에서 자유롭게 작성한 입력 화면에서 입력 독자의 파일 저장도 가능
  • 계산과 결과 화면은 Engineer's Studio(R)본체에서 하기 때문에 Engineer's Studio(R)이 별도로 필요함
  • 샘플 프로그램(현재 6 가지 종류)
    1. 방물 선형상 플레임(Parabola)
    2. 박스컬벗 (Box)
    3. 직선 플레임(Line)
    4. 5경관 연속 다리 동적 해석 모델(Bridge)
    5. 사π다리(Shapai)
    6. 4변 고정 비선형 평판 요소 모델(Plate)



Engineer's Studio 해석 지원 서비스
 3차원 적층 플레이트, 분차 균열 모델 입력 데이터 지원 서비스

 <관련 정보> Engineer's Studio 해석 지원 서비스(Up&Coming '09 이른봄호 게재)


1.평판요소를 이용한 해석
  • 평판요소를 이용함으로써, 구조 부재로써 벽을 가진 구조물을 해석하는 것이 가능합니다.
    또한, 세계적으로 평가가 높은 철근 콘크리트 비선형 구성칙, 마에카와 모델(분산 균열 모델)을 채용하고 있으며, 면내 변형뿐만 아니라 면외 변형의 비선형 거동도 해석 가능합니다.
    스텝의 진행에 따라서, 변위와 균열 상황을 표시할 수 있습니다. 교량 상판의 플레이트 모델 해석, 기초 상판의 플레이트 모델화 해석, 지하의 벽구조물등 다양한 모델화를 지원합니다.

2.파이버 요소를 이용한 해석
  • 보요소의 비선형 해석으로써, 파이버 요소를 이용한 해석은 UC-win/FRAME(3D)와 마찬가지로 가능합니다. 교각에 대한 2방향 가진, 강교의 비선형 해석등 축력 변동 또는 2축휨이 생길것 같은 구조물에 대해서 적절한 해석이 가능합니다.
▲장변 단변 동시 재하의 결과 예(평면 표시) ▲RC보를 모방한 평판요소의 결과 예


배수지의 해석 지원 서비스 개시    >> 배수지의 내진 설계 계산

수도 시설 내진 공법 지침・해설 2009년판(사단법인 일본 수도 협회)의 [지장 구조물에 대한 정적 비선형 해석]에 대응한 Engineer's Studio(R) 또는UC-win/FRAME(3D)를 이용한 푸쉬 오버 해석입니다.

▲변형 및 콘크리트의 손상 ▲중간 기둥의 콘크리트 손상 상황
  및 응력 변형 이력
▲설계 사례집 해석 결과와의 비교
▲콘크리트
▲보부재의 단면을 이산화 ▲철근

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