구조해석을 진행하다 보면 메시(Mesh)를 아무리 촘촘하게 나누어도 응력 값이 줄어들기는커녕 무한히 치솟는 당혹스러운 경험을 하게 됩니다. 이를 '응력 특이성(Stress Singularity)'이라고 하는데요.이번 포스팅에서는 솔리드웍스 시뮬레이션(SOLIDWORKS Simulation)을 활용해 응력 특이성의 정의와 확인 방법, 그리고 이를 스마트하게 관리하는 기능들을 정리해 보겠습니다. 1. 응력 특이성이란 무엇인가?일반적인 구조해석에서는 메시를 조밀하게 할수록 결과값이 특정한 값으로 수렴(Convergence)합니다. 하지만 응력 특이성은 유한요소법(FEM)의 구조적 한계로 인해 특정 위치에서 응력이 무한히 발산하는 현상을 뜻합니다. 발생 원인: 주로 날카로운 모서리(Sharp Corner), 점 하중(Point Load), 혹은 점 고정 조건에서 발생합니다. 특징: 메시 사이즈를 줄일수록 해당 지점의 응력은 계속해서 증가하지만, 실제 물리적인 변위(Displacement)는 일정 값으로 수렴하는 양상을 보입니다. FEA와 CFD 비교▶ 2. 응력 특이성 확인 및 진단해석 결과의 신뢰도를 높이기 위해서는 현재 발생한 높은 응력이 실제 설계상의 문제인지, 아니면 수치적인 특이성인지 구분해야 합니다. ① 변위와 응력의 수렴 비교영상에서 볼 수 있듯이, 메시를 12mm부터 2mm 간격으로 조밀하게 수정하며 반복 해석을 수행했을 때 변위(Ures): 그래프가 일정 수준에서 평탄해지며 수렴합니다. 응력(von Mises): 그래프가 꺾이지 않고 계속 위로 향하며 발산합니다. 이 경우 해당 지점은 응력 특이성일 확률이 매우 높습니다.② 에너지 NORM 오차 플롯 활용솔리드웍스에서는 '에너지 NORM 오차(Energy NORM Error)' 플롯을 통해 해석의 정확도를 시각화할 수 있습니다. Tip: 오차율이 지나치게 높게 나타나는 구역(예: 195% 이상)은 수치적으로 결과를 신뢰하기 어렵다는 신호입니다. 3. 솔리드웍스의 스마트한 해결책: '응력 핫스팟'매번 수동으로 메시를 조절하며 그래프를 그릴 필요는 없습니다. 솔리드웍스의 응력 핫스팟(Stress Hot Spot) 기능을 활용하면 훨씬 간편합니다. 응력 핫스팟 진단: 해석 결과에서 마우스 우클릭 후 '응력 핫스팟 진단'을 실행합니다. 자동 감지: 소프트웨어가 모델 전체를 훑어 응력 특이성이 의심되는 모서리나 지점을 찾아냅니다. 별도 플롯 생성: 특이성 지점만 따로 분리하여 플롯을 만들 수 있어, 설계자가 무시해도 되는 영역과 보강이 필요한 영역을 명확히 구분하게 도와줍니다. 4. 실무에서의 대처 방법응력 특이성을 확인했다면 어떻게 조치해야 할까요? 라운드(Fillet) 처리: 날카로운 모서리에 실제 가공되는 수준의 필렛을 추가하면 응력이 특정 값으로 수렴하게 됩니다. 영역 제외: 설계상 치명적인 위치가 아니라면, 특이성 지점을 제외한 나머지 영역의 평균 응력을 기준으로 안전율을 검토합니다. 메시 컨트롤: 관심 영역에만 국부적으로 메시를 조절하여 수렴 여부를 최종 확인합니다. 유동해석은 메시에 따라 결과가 차이가 있을까?▶
