[모달 분석] 강체운동(Rigid body motion, Modal Analysis)이란?

 

목차

 

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강체운동(Rigid body motion)이란?

 

 

Rigid body motion은 강체의 운동을 설명하는 물리학적 개념입니다. 여기서 "강체"란 형태와 크기가 일정한 물체를 의미합니다. 강체는 각 부분이 서로 일정한 거리와 각도로 고정되어 있는 것으로 가정됩니다.

 

Rigid body motion에서는 물체의 전체적인 운동을 나타내기 위해 세 가지 주요 운동 요소를 고려합니다:

 

1. 이동(Translation): 물체의 위치를 변경하는 운동입니다. 이동은 물체의 중심이 일정한 속도와 방향으로 움직이는 것을 의미합니다. 이동은 모든 점들이 동일한 속도와 방향으로 이동하는 것으로 간주됩니다.

 

2. 회전(Rotation): 물체의 방향을 변경하는 운동입니다. 회전은 물체가 중심축을 기준으로 회전하는 것을 의미하며, 회전은 각도, 각속도 및 각가속도로 설명됩니다. 모든 점들은 동일한 각속도와 방향으로 회전하는 것으로 간주됩니다.

 

3. 자유 운동(Free Motion): 물체의 내부 구조를 유지하면서 이동과 회전을 동시에 하는 운동입니다. 자유 운동은 물체의 이동 및 회전에 대한 자유도를 갖습니다. 예를 들어, 공간에서 자유롭게 움직일 수 있는 물체는 이동 및 회전을 독립적으로 수행할 수 있습니다.

 

 

이러한 운동 요소를 사용하여, rigid body motion은 물체의 위치, 속도, 가속도, 각도, 각속도 등을 설명하고 예측하는 데 사용됩니다. 이는 엔지니어링, 물리학, 로봇공학 등 다양한 분야에서 응용되는 중요한 개념입니다.

 

 

 

 

 

강체운동(Rigid body motion) 예제 실습

 

그림1

 

그림1은 팜테크(FAMTECH)에서 판매 중인 Mescope라는 소프트웨어 입니다. FEA(Finite Element Analysis)를 통해 사각형 플레이트의 모달 분석을 실시하였습니다.

 

오른쪽 상단에 "Shape"이 있는데 주파수가 0에 가까운 Shape들이 존재함을 알 수 있습니다. 해당 값들이 앞서 소개한 강체운동(Rigid Body Motion)에 대한 Shape 입니다. 

 

그림2

 

위 그림2와 같이 강체 운동이란 시편이 동일 형태를 유지하면서 움직이는 현상을 얘기 합니다. 

 

 

 

 

 

 

 

강체운동(Rigid body motion) 분석 사례

 

강체운동(Rigid Body Motion)은 일반적인 모달 분석에서는 사용하지 않습니다. 강체운동(Rigid Body Motion)를 분석하는 경우는 크게 2가지가 있습니다.

 

1. Free Free Modal Analysis

 

비행기가 인공위성과 같이 고정되지 않은 시편의 Dynamic 특성 분석을 위해 사용합니다.

 

2. Grounding Analysis

 

강체 운동 분석을 통해 시편에 고정이 필요한 점을 분석할 수 있습니다. 

 

 

 

 

 

강체운동(Rigid body motion)  특성

 

강체바디 운동은 총 6개의 Mode Shape을 가집니다. 그리고 주파수는 0Hz에 가까운 주파수 값을 가집니다. 

 

 

그림과 같이 강체는 6개의 움직임을 가집니다.

 

• Translational Motion : 3개
• Rotational Motion : 3개

 

 

 

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