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복잡한 구조 설계 검증, SDC Verifier로 간단하게 해결하세요
- 권순재 매니저
- 태성에스엔이
- sjkwon@tsne.co.kr
복잡한 구조 설계 검증, SDC Verifier로 간단하게 해결하세요!
Introduction
■ 구조 설계의 혁명, SDC Verifier
SDC Verifier는 구조 해석과 설계를 위한 혁신적이고 고급화된 소프트웨어로, 복잡한 구조물의 안전성과 성능을 효율적으로 검증할 수 있는 필수적인 도구입니다. 이 솔루션의 강점은 설계, 시뮬레이션, 유한요소 분석, 검증, 최적화, 자동 보고서 생성 기능을 통합하여 엔지니어링 워크플로우를 크게 간소화합니다. 엔지니어링 분야의 전문가들에게 정확하고 신뢰할 수 있는 결과를 제공함으로써, SDC Verifier는 설계 과정의 효율성과 품질을 극대화하며, 구조 해석을 수행하는 전문가들에게 필수적인 도구로 자리잡고 있습니다.
■ SDC Verifier 소개
그림 1. SDC Verifier 설계 과정
1. 개발 배경 및 목적
SDC Verifier는 엔지니어들이 규칙과 규정에 따라 설계를 검증하는 데 도움을 주기 위해 개발되었으며, 복잡한 구조 설계 과정을 단순화하고 효율성을 높이는 것이 주요 목적입니다.
2. 주요 특징과 장점 *
1. All-in-one 솔루션으로 여러 소프트웨어 도구 사이를 오가는 번거로움 제거
2. Ansys, Femap, Simcenter 3D 등 주요 FEA 소프트웨어와 원활한 통합
3. 자동화된 코드 검증 시스템으로 시간 절약 및 오류 최소화
4. 45개 이상의 산업별 표준 지원으로 글로벌 적용 가능
■ 핵심 기능 탐구
1. 자동화된 코드 검증
- 다양한 국제 표준(Eurocode, AISC, NORSOK 등)을 기반으로 구조물의 안전성과 규정 준수 여부를 자동으로 검증합니다.
그림 2. SDC Verifier에서 지원하는 다양한 국제 표준
2. 피로 해석
- 반복 하중에 대한 구조물의 피로 수명을 예측하고, 피로 손상을 평가하여 구조물의 장기적인 신뢰성을 보장합니다.
그림 3. SDC Verifier 피로 손상 결과 출력
3. 하중 조합
- 다양한 하중 조건을 조합하여 가장 불리한 하중 상황을 식별하고, 이에 대한 구조적 안전성을 평가합니다.
그림 4. 하중 조합
4. 자동 보고서 생성
- 클릭 몇 번으로 완전한 엔지니어링 보고서 생성합니다. 보고서에는 상세한 계산 과정과 결과가 포함되어 있어, 검증의 투명성과 신뢰성을 높여줍니다.
그림 5. 자동 보고서 생성 및 출력 가능 파일
5. 통합 환경
- FEA(Finite Element Analysis) 소프트웨어와 완벽하게 통합되어, Ansys, Femap, Simcenter 등의 시뮬레이션 도구와 연동하여 사용 가능합니다.
그림 6. Ansys, Simcenter, Femap Add-in tool
6. 다양한 하중 조합을 통한 표준(Standards) 코드 평가
ASCE 7-10 (LRFD 및 WSD), Eurocode 0, EN 13001 등 다양한 표준(Standards)에 따른 자동 하중 조합 기능을 제공합니다.
그림 7. 다양한 표준의 자동화 조합 스크립트
7. 사용자 친화적 인터페이스
현대적이고 사용자 친화적인 그래픽 인터페이스를 통해 설계 프로세스를 간소화합니다.
그림 8. SDC Verifier interface – Standard alone
■ 산업 표준 코드 평가
SDC Verifier는 다양한 엔지니어링 표준과 안전 코드를 지원하고 있습니다. 주요 지원 코드 규격은 다음과 같습니다 :
- ABS (American Bureau of Shipping)
- AISC (American Institute of Steel Construction)
- API (American Petroleum Institute)
- ASME (American Society of Mechanical Engineers)
- DNV (Det Norske Veritas)
- Eurocode 3
그림 9. 주요 산업 표준 코드
이외에도 SDC Verifier는 45개 이상의 다양한 표준을 내장 라이브러리로 제공하고 있으며, 이는 지속적으로 확장되고 있습니다.
최근 출시된 SDC Verifier 2024 R2 버전에서는 다음과 같은 새로운 표준들이 추가되었습니다:
- ASME BTH-1 (2017, 2020, 2023): 크레인 등 중장비의 인양 장치 설계 및 검증을 위한 지침
- DNV CG-0128 (2015, 2023): 압축 하중 하의 판 구조물 안정성 평가를 위한 규정
SDC Verifier는 이러한 다양한 코드 규격을 지원함으로써 사용자가 구조물을 직접 검증하고 FEA 소프트웨어와 연동하여 사용할 수 있도록 합니다. 또한, 사용자는 이러한 표준들을 커스터마이즈 하거나 수정할 수 있으며, 필요한 경우 자체 공식을 작성할 수도 있습니다.
■ 설계 최적화
SDC Verifier의 최적화 모듈은 코드 검사 결과를 바탕으로 최상의 설계 결정을 내릴 수 있도록 도와줍니다.
- 이 모듈은 다음과 같은 장점을 제공합니다:
1. 다양한 매개변수 최적화: 단면, 용접 유형, 항복 응력, 판 두께 등의 매개변수를 기반으로 최적화를 수행합니다.
2. 비용 효율성 향상: 구조물의 특정 사용 조건에 맞춰 기존 모델 부품을 조정하여 비용 효율성을 높입니다.
3. 시간 절약: 다양한 설계 입력 조합을 계산하여 반복적인 작업에 소요되는 시간을 줄입니다.
4. 자동화된 최적화 프로세스
SDC Verifier의 최적화 도구는 다양한 설계 입력 조합을 평가하여 특정 사용 조건에 대한 구조물을 최적화합니다.
5. SDC Verifier의 최적화 기능은 엔터프라이즈 버전에서 더욱 강화되어 있어, 설계 최적화와 자동화에 대한 추가 기능을 제공합니다. 이를 통해 설계 엔지니어들의 요구사항을 충족시키고 더욱 효율적인 구조 설계를 가능하게 합니다.
■ 자동 최적화 도구 소개
단면, 용접 유형, 항복 응력, 판 두께 등의 매개변수를 기반으로 최적화를 수행합니다.
1. 자동 최적화 도구 : 다양한 설계 변수(부재 크기, 재료, 형상 등)를 자동으로 조정하여 최적의 설계 솔루션을 도출합니다.
코드 검사 결과를 바탕으로 최상의 설계 결정을 내릴 수 있도록 지원합니다.
그림 10. 최적화에 사용되는 부재 형상 변수
2. 매개변수 기반 최적화
단면, 용접 유형, 항복 응력, 판 두께 등의 매개변수를 기반으로 최적화를 수행합니다
각 부재에 대해 가장 경제적인 선택을 자동으로 결정합니다
그림 11. 최적화 수행 Case
3. 비용 효율성 향상
구조물의 특정 사용 조건에 맞춰 기존 모델 부품을 조정하여 비용 효율성을 높입니다.
무게와 비용을 절감하면서도 구조적 무결성을 유지합니다.
4. 시간 절약 기능
다양한 설계 입력 조합을 자동으로 계산하여 반복적인 작업에 소요되는 시간을 줄입니다.
Governing Load Tool을 사용하여 중요한 하중 조건만을 추출하고 계산 시간을 대폭 단축합니다.
5. 통합 환경에서의 최적화
FEA 소프트웨어와 통합되어 Ansys, Femap, Simcenter 등의 시뮬레이션 도구와 연동하여 최적화를 수행합니다.
그림 12. Simcenter for SDC Veriefier
그림 13. Femap for SDC Veriefier
■ 사용 사례 연구
다양한 산업 분야에서의 적용 사례해양 및 해상, 석유 및 가스, 중장비, 기계, 장비, 토목 공학, 항공우주, 파이프 및 석유화학, 재생 에너지, 철도 등 다양한 산업 분야에 적용됩니다.
Beam 모델로 구성되며 표준 규격 평가와 최적화 과정을 사례로 다루겠습니다.
이번 사례에서는 10m x 5m x 13m 크기의 일반적인 강 구조 프레임 구조물을 AISC 360-10 Members(14th, 2010)로 평가합니다.
그림 14. SDC Verifier로 AISC 360-10 Members 평가 절차
1. 모델링 및 FEM 변환
먼저 Ansys Design Modeler에서 라인으로 구성된 빔 모델을 생성하고, 각 부재에 단면을 적용했습니다. 이후 Ansys Mechanical에서 유한요소모델로 변환하여 총 11,265개의 노드와 5,727개의 요소로 구성된 모델을 생성하였습니다.
그림 15. Ansys Mechanical Model view
2. SDC Verifier 실행 및 하중 조건 설정
SDC Verifier는 별도의 시스템으로 구성되어 있으며 모델 및 유한요소 시스템의 "Model" 셀에 연결하여 하여 실행할 수 있습니다.
그림 16. SDC Verifier for Ansys 구동 방법
하중 조건은 중력, Force down, Force middle, Force top , 풍 하중(Wind Z, X)으로 되어 있으며, SDC Verifier API에서 하중조건 확인 가능합니다.
그림 17. SDC Verifier GUI
3. 적용된 부재 자동으로 Joint 및 Member 인식
SDC Verifier의 강력한 기능인 자동 부재 연결 인식(Joint Recognition)을 통해 1D, 2D, 3D Joint 등 다양한 연결 상태를 자동으로 식별했습니다. 또한 Beam Member Finder를 사용하여 부재의 종류, 길이, 연결 각도 등을 자동으로 인식 가능하며, 확인이 가능합니다. 최종적으로 표준 규격 평가에서 사용됩니다.
그림 18. SDC Verifier에서 인식 가능한 Joint
그림 19. 자동 인식 된 Member 확인 방법
4. AISC 360-10 Members(14th, 2020) 평가
LRFD(하중저항계수설계법)를 기반으로 AISC 360-10 Members 평가를 수행했습니다. 평가 결과, 대부분의 부재가 안전한 것으로 나타났으며, 일부 부재에서 안전계수(Uf) 값이 0.9로 평가되었습니다.
그림 20. AISC 360-10 Members 평가를 위한 초기 설정
그림 21. AISC 360-10 Members 안전계수(Uf) 평가 결과
그림 22. 안전계수(Uf) 결과 컨투어
그림 23. 특정 Member 안전계수(Uf) 확인
5. 최적화 해석
모든 부재가 안전하지만 안정성을 더 높이기 위해서 안전계수가 가장 낮은 부재를 선택하여 최적화를 수행했습니다. 안전계수의 범위를 0.7 ~ 0.8로 제한하고, SDC Verifier에 내장된 표준규격 부재 중에서 적합한 대안을 선택했습니다. 최적화 결과, 선택된 부재의 안전계수가 0.72로 개선되어 목표 범위 내에서 최적화가 완료되었습니다.
그림 24. 최적화 수행을 위한 조건 설정 – 안전계수(Uf) 범위
그림 25. 부재 형상에 따른 최적화 결과 확인
■ 보고서 자동 생성 기능
템플릿 기반 보고서 시스템으로 Report Designer 도구를 사용하여 템플릿 기반의 자동 보고서 생성이 가능합니다/
1. 클릭 몇 번으로 완성되는 보고서
SDC Verifier를 사용하면 복잡한 구조 해석 결과를 단 몇 번의 클릭만으로 완전한 엔지니어링 보고서로 만들 수 있습니다. 이는 보고서 작성에 소요되는 시간과 노력을 크게 줄여줍니다.
2. 상세한 계산 과정 포함
자동 생성된 보고서에는 상세한 계산 과정과 결과가 포함되어 있습니다. 이를 통해 검증의 투명성과 신뢰성을 높일 수 있습니다. 엔지니어는 필요한 경우 계산 과정을 쉽게 확인하고 검토할 수 있습니다.
3. 강력한 보고서 생성 기능
SDC Verifier의 보고서 생성 기능은 매우 강력하며, 다양한 형식과 내용을 포함할 수 있습니다. 구조 해석 결과, 코드 검증 결과, 피로 해석 결과 등 다양한 정보를 체계적으로 정리하여 제공합니다.
4. 맞춤형 보고서 템플릿
사용자의 요구에 맞는 맞춤형 보고서 템플릿을 만들 수 있습니다. 이를 통해 회사나 프로젝트의 특정 요구사항에 맞는 일관된 형식의 보고서를 쉽게 생성할 수 있습니다.
5. 시간 절약 및 효율성 향상
자동 보고서 생성 기능은 엔지니어가 반복적이고 시간 소모적인 보고서 작성 작업에서 벗어나 더 중요한 설계 및 분석 작업에 집중할 수 있게 해줍니다. 이는 전체적인 프로젝트 효율성을 크게 향상시킵니다.
SDC Verifier의 자동 보고서 생성 기능은 구조 해석 및 설계 과정에서 시간을 절약하고, 결과의 신뢰성을 높이며, 전문적이고 일관된 보고서를 쉽게 만들 수 있게 해주는 강력한 도구입니다.
그림 26. 보고서 자동 생성 템플릿
■ 미래 전망: SDC Verifier의 발전 방향
SDC Verifier는 지속적인 발전을 통해 구조 해석 및 설계 분야에서 더욱 강력한 도구로 자리매김할 것으로 전망됩니다. 향후 발전 방향은 다음과 같습니다 :1. 새로운 표준 및 코드 지원 확대
- ASME BTH-1에 대한 S-N 피로 평가 기능 추가
- ISO 조인트 검사 및 FKM 가이드라인 업데이트
- 추가 DNV 코드, Lloyd's Register, 판 좌굴에 대한 공통 구조 규칙 통합
- API RP 2A 업데이트 및 IIW 피로 설계 권장 사항 포함
2. 용접 강도 검사 개선
- 다양한 용접 유형 및 구성에 대한 강도 검사 기능 강화
3. 단면 라이브러리 확장
- AISC 및 Eurocode 부재 검사를 위한 비대칭 및 특수 형상 단면 지원
4. 클라우드 기반 라이센싱 모델 도입
- 2025년부터 SDC Verifier는 로그인 기반 라이센싱 모델로 전환할 예정입니다. 이를 통해 다음과 같은 이점을 제공할 것입니다
- 라이센스 파일 관리 필요성 제거
- 인터넷 연결이 가능한 모든 기기에서 소프트웨어 접근 가능
- 실시간 라이센스 사용 현황 확인 가능
5. 인공지능(AI) 및 예측 분석 기술 통합
* 향후 SDC Verifier는 AI와 예측 분석 기술을 통합하여 다음과 같은 기능을 제공할 것으로 예상됩니다,
- 반복적인 작업 자동화
- 설계 최적화
- 잠재적 문제 사전 식별
6. 가상현실(VR) 기술 활용
*3D 모델링 및 시각화 향상을 위해 VR 기술을 도입할 것으로 예상됩니다. 이를 통해 엔지니어들은 구조적 문제를 더욱 쉽게 식별하고 해결할 수 있을 것입니다.
이러한 발전 방향을 통해 SDC Verifier는 더욱 효율적이고 정확한 구조 설계 및 검증 도구로 진화할 것으로 기대됩니다.
■ 맺음말
구조 설계의 새로운 패러다임
SDC Verifier는 구조 설계 및 검증 프로세스를 혁신적으로 변화시키고 있습니다. 자동화된 검증, 다양한 표준 지원, 최적화 기능을 통해 엔지니어들은 더 빠르고 정확하며 비용 효율적인 설계를 수행할 수 있게 되었습니다. 지속적인 개발과 사용자 피드백 반영을 통해 SDC Verifier는 앞으로도 다양한 분야의 엔지니어들에게 필수적인 도구로 자리매김할 것입니다. 또한 SDC Verifier는 구조 엔지니어링 분야에 새로운 패러다임을 제시하며, 다음과 같은 중요한 변화를 가져오고 있습니다.
1. 자동화와 효율성
SDC Verifier의 자동화된 검증 프로세스는 설계 시간을 크게 단축시킵니다. 복잡한 구조물의 안전성과 성능을 신속하게 평가할 수 있어, 엔지니어들은 더 창의적인 설계에 집중할 수 있게 되었습니다.
2. 정확성과 신뢰성 향상
다양한 국제 표준과 규정을 자동으로 적용하여 인적 오류를 최소화하고, 설계의 정확성과 신뢰성을 크게 향상시킵니다. 이는 구조물의 안전성 확보에 큰 도움이 됩니다.
3. 통합 설계 환경
설계, 시뮬레이션, 유한요소 분석, 검증, 최적화, 자동 보고서 생성 기능을 하나의 플랫폼에서 제공함으로써, 엔지니어링 워크플로우를 크게 간소화합니다. 이는 프로젝트의 전체적인 효율성을 높이는 데 기여합니다.
4. 최적화 중심의 설계
SDC Verifier의 최적화 기능은 구조물의 성능을 극대화하면서 비용과 재료 사용을 최소화할 수 있게 해줍니다. 이는 지속가능한 설계 실현에 큰 도움이 됩니다.
■ 참고자료
- SDC Verifier를 이용한 코드 평가 사례 및 소개 (태성포털)
- ANZINE Vol.59 SDC Verifier의 최적화 기능 및 소개 (태성포털)
- ANZINE Vol.51 강구조 해석 프로그램 SDC Verifier 소개 (태성포털)
- SDC Verifier for Ansys (SDC)
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