초록
유한요소법은 수학과 공학을 비롯한 다양한 분야에서 활용되고 있으나 해석대상을 유한 개의 다각형 요소로 분할하여 모델링하기 때문에 기하학적인 형상을 정확하게 기술하지 못하는 어려움이 있다. 그러나 최근에는 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)를 기저함수로 사용하는 아이소-지오메트릭 해석법(Isogeometric analysis)이 개발되었는데 NURBS는 기하학적 모델을 정확하게 표현할 수 있을 뿐만 아니라 해석의 기저함수로서 응답해석에 사용될 수 있다. 그러나 NURBS 기저함수를 해석에서 따로 구성하는 일은 유한요소해석에서 요소망을 구성하는 만큼 시간과 노력이 많이 요구된다. 아이소-지오메트릭 해석법은 CAD(Computer-Aided Design)와 기하학적 정보를 공유할 수 있기 때문에 CAD 코드로 부터 해석모델의 정보를 직접 얻는 것이 가능하다. 본 논문에서는 상용 CAD 코드인 Rhinoceros 3D를 이용하여 CAD 모델을 작성하고 이를 STEP 파일로 출력하여 NURBS의 노트벡터와 조정점 등의 정보를 아이소-지오메트릭 해석법에 활용하는 기법을 소개한다. 몇몇 수치예제를 통하여 아이소-지오메트릭 해석법의 정확도를 유한요소해석 결과와 비교하여 검증하고, 상용 CAD와 CAE(Computer-Aided Engineering)가 결합된 아이소-지오메트릭 해석법의 효율성을 입증한다.
The finite element method (FEM) has been used for various fields like mathematics and engineering. However, the FEM has a difficulty in describing the geometric shape exactly due to its property of piecewise linear discretization. Recently, however, a so-called isogeometric analysis method that uses the non-uniform rational B-spline(NURBS) basis function has been developed. The NURBS can be used to describe the geometry exactly and play a role of basis functions for the response analysis. Nevertheless, constructing the NURBS basis functions in analysis is as costly as a meshing process in the FEM. Since the isogeometric method shares geometric data with CAD, it is possible to intactly import the model data from commercial CAD tools. In this paper, we use the Rhinoceros 3D software to create CAD models and export in the form of STEP file. The information of knot vectors and control points in the NURBS is utilized in the isogeometric analysis. Through some numerical examples, the accuracy of isogeometric method is compared with that of FEM. Also, the efficiency of the isogeometric method that includes the CAD and CAE in a unified framework is verified.
