ANSYS를 이용한 외팔보 응력해석 (2D,3D)

Ⅰ. 서론
ANSYS는 1970년 공학분야의 모든 문제를 컴퓨터를 이용하여 해석하기 위해 John Swanson박사가 개발한 범용 유한요소해석 프로그램으로 구조해석, 열해석, 열구조해석, 진동모드해석 등 많은 엔지니어링 분야에서 활용되고 있다. 프로그램의 활용은 제품의 제작 기간이 단축되고 있는 상황에서 더욱 그 가치를 발휘하고 있다. 또한 실제 물건을 만들기 전에 그 설계의 타당성을 검증할 수 있으므로 자원절약, 설계시간 단축 등 장점이 있다.
구조물의 응력집중이라는 것이 화제에 많이 오르게 된 것은 비교적 최근의 일이다. 항공기의 기계부품 등, 충분한 강도가 있다고 생각되는 것이 가끔 파손되는 경우가 있다. 그래서 강도를 늘리기 위해 치수를 크게 하면 되지 않겠느냐고 생각하기 쉽다. 그러나 크게 하면 중량이나 관성력이 증가하여 곤란하다는 딜레마 때문에, 소위 설계의 합리화, 다시 말해서 강도상 모든 요소를 상세하게 검토하게 되었으며, 그 중요한 요소로서 응력집중이 어떤 곳에 어떻게 일어나고 있는가, 또 이 응력집중을 완화하기 위해서는 어떻게 해야 하는가에 대해 조사하거나 연구하는 것이 필요하게 되었다.
예전에는 구조물의 설계가 매우 대범하게 취급되었다. 예컨대, 볼트의 인장강도는 나사산의 높이를 뺀 나사골(root) 지름의 단면적을 유효 단면적으로 하고, 이것과 재료의 인장력에서 간단히 계산할 수 있었고, 또 리벳(rivet)에서는, 리벳의 전단강도왿� 리벳 구멍을 연결하는 판의 최소 단면의 인장강도를 같다고 보고, 리벳의 굵기나 배열이 정해지는 것처럼, 대부분의 경우 최소 단면적 또는 유효 단면적이 목표로 되어 부탁되었다. 그리고 응력의 분포 상태에 관해서도, 또 재료의 강도나 하중의 변화에 관해서도, 이것들을 전부 함께 묶어 안전율이라는 막연한 숫자로 처리하는 방법이 사용되었던 것이다. 그 당시는 노치(notch) 대신 돌기부가 존재하는 것도 응력집중의 요인이라는 것 등도 상상을 못하였을 것이다. 그러나 현재의 빈틈없는 설계는 도저히 이러한 생각으로는 할 수 없게 되었다.