Ansys 블로그
April 28, 2020
독특한 텐세그리티 구조를 설계하고 이해하는 방법
엔지니어는 직관적이지 않고 대단히 흥미로운 물리적 시스템을 설명하는 비디오를 서로 공유하고 싶어 하는 경향이 있습니다. 최근에 가장 인기 있는 비디오는 텐세그리티 구조의 특이한 특성을 보여주는 The Action Lab의 플로팅 테이블입니다.
The Action Lab의 플로팅 테이블은 어떻게 작동합니까?
텐세그리티(즉, 인장 결합)는 연속적인 장력을 받는 코드 네트워크 내에서 격리되고 압축된 컴포넌트 시스템을 나타냅니다. 순수한 텐세그리티 구조에서는 이러한 구성 요소가 접촉하지 않지만 압축이 가해집니다.
압축 하중을 지탱하는 스트링을 만들 수 있다는 것이 믿어지십니까? 기존 크레인과 같은 인장 강도를 사용하여 하중을 지탱한다고 생각하면 됩니다. 그러나 현부재 자체로는 압축을 지탱할 수 없습니다. 올바른 설정 및 균형 조정을 통해 압축이 가해지는 컴포넌트 시스템을 지탱할 수 있는 것입니다.
크레인의 현부재는 장력을 받는
대표적인 시스템입니다. 자체적으로는 압축 하중을 지탱할 수
없지만 적절한 텐세그리티
설정을 사용하면 가능합니다.
이러한 형태의 부동 압축을 경험하는 구조는 압축된 컴포넌트를 지탱하는, 장력을 받는 현부재를 통해 강도를 얻습니다. 따라서 이러한 시스템에서는 현부재가 압축이 가해지는 시스템을 지탱할 수 있습니다.
텐세그리티는 어떻게 작동합니까?
크레인은 압축 하중을 자체적으로 지탱할 수 없지만 텐세그리티 구조 제작의 비법입니다.
플로팅 테이블 시뮬레이션
예를 들어, 플로팅 테이블 예에서 하단과 상단을 구성하는 두 개의 플라스틱 조각에는 크레인 같은 구조가 포함되어 있습니다. 이러한 구조는 중간 스트링의 장력을 통해 서로를 지탱합니다. 안정성을 높이기 위해 하단 및 상단 섹션의 각 코너에 세 개의 스트링이 추가되어 있습니다.
무게 중심을 잡는 것이 전부입니다. 크레인과 같은 빔에 부착된 현부재는 한 방향으로만 무게를 지탱할 수 있습니다. 완벽한 환경에서 시스템에 작용하는 유일한 힘은 중력이며, 시스템은 이 중간 스트링만으로 모든 힘을 버틸 수 있게 무게 중심을 잡습니다.
그러나 실제로는 스트링이 하나만 있으면 진자 같은 불안정한 시스템이 만들어집니다. 다른 스트링은 무게 분포에 따라 장력을 변경하여 안정성을 더합니다.
오스트레일리아 퀸즐랜드주 브리즈번의
브리즈번 강을 가로지르는 쿠릴파 브리지(원래 명칭은 탱크 스트리트 브리지)
이 서스펜션 구조의 응용 분야는 교량 건설에 실용적입니다. 예를 들어, 호주 퀸즐랜드주 브리즈번의 쿠릴파 브리지는 사람들이 수로를 횡단하는 데 사용할 수 있는 가장 유명한 하이브리드 텐세그리티 구조 중 하나입니다. 이는 현부재로 구조를 지탱하는 일련의 크레인 같은 기둥에 매달려 있습니다.
그러나 플로팅 테이블과 마찬가지로 이 구조가 어떻게 그대로 있는지 이해하기 어려울 수 있습니다. 더 나은 아이디어를 얻기 위해 엔지니어는 스트링 및 3D 인쇄 부품을 사용하여 교량 또는 플로팅 테이블의 모델을 만들 수 있습니다. 3D 프린터를 사용할 수 없는 경우 Lego 또는 Popsicle 스틱으로 현수식 구성 요소를 만들어 볼 수 있습니다.
텐세그리티 구조 설계 및 시뮬레이션 방법
이러한 구조를 설계하고 모델링하는 방법을 배우기 위해 플로팅 테이블과 같은 간단한 예로 시작하는 것이 좋습니다.
플로팅 테이블 시뮬레이션은 일부 플라스틱 빔은 압축되고
일부는 장력을 받는 방법을 보여줍니다.
중간 스트링이 대부분의 힘을 받습니다.
계산을 단순화하기 위해 엔지니어는 모델의 복잡성을 줄일 수 있는 방법을 찾아야 합니다. 이 경우 하단, 크레인 같은 구조 및 현부재를 각각 표면, 빔 및 스트링으로 모델링할 수 있습니다. 따라서 솔리드 모델링은 필요하지 않습니다.
최근 Ansys Mechanical 2020 R1에 케이블 요소 기능이 추가되었습니다. 이는 이전 링크 요소에 대한 업그레이드입니다.
이러한 케이블 요소는 장력으로만 작동하며 케이블 끝은 자유롭게 회전할 수 있습니다. 이는 장력, 압축을 받을 수 있고 제자리에 용접되는 빔 요소와는 다릅니다.
시뮬레이션이 생성되면 엔지니어는 이를 사용하여 케이블 배치를 최적화하여 무게를 더 잘 분산하고, 고유 주파수를 고려하며 구조물을 안정화할 수 있습니다. 또한 케이블 중 하나가 고장 나면 현수 요소 중 하나가 구부러지거나 파손될 수 있다는 우려가 있는 경우 좌굴 시뮬레이션을 실행할 수 있습니다.
이 시뮬레이션 개념을 교량 설계로 확장하려면 가변 중량 분포, 강풍, 지진 및 기타 조건에 맞게 최적화해야 합니다. 이러한 시뮬레이션을 사용하여 하단, 크레인 같은 구조 및 케이블이 모두 현장에서 받는 힘을 지탱할 수 있는지 확인할 수 있습니다.
따라서 엔지니어는 설계의 아킬레스건을 찾아서 실제 환경에서 구조가 존속할 것이라는 확신이 들 때까지 최적화에 집중할 수 있습니다. 일반적으로 이 최적화는 현수 개체와 현부재의 형상, 단면, 재료 및 배치의 변경으로 이루어집니다.
자세한 내용은 다음 웨비나를 참조하십시오. Ansys Structures 2020 R1 업데이트.
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