지반 및 구조물 모델링

LUSAS Civil & Structural(및 LUSAS Bridge) 제품은 적절한 Geotechnical, Nonlinear, Dynamic 및 Thermal/Field 소프트웨어 옵션과 함께 사용될 때 지반(ground)과 구조(structure)를 하나의 모델 내에서 2D 또는 3D 유한요소법(FEM)으로 동시에 해석할 수 있는 지반(토양) 특화 및 일반 구조 해석 도구를 제공합니다

단일 모델 내에서 해석 조건을 다르게 지정한 여러 종류의 분기형(branched) 해석을 수행할 수 있으며, 최첨단 선형·이차 요소 라이브러리, 고급 재료 모델, 선형 및 비선형 조인트 모델을 활용하여 광범위한 지반(토양)-구조 공학 문제를 해결할 수 있습니다

모델 생성(Model Building)

LUSAS 모델은 feature-based 기하학 방법(점, 선, 면, 체적) 으로 생성됩니다.
LUSAS Modeller의 핵심 기능인 내장 연관성(associativity) 덕분에, 모델 기하형상이 수정될 경우 할당된 하중, 경계조건, 메시(mesh) 및 기타 속성이 자동으로 갱신됩니다.

• CAD 가져오기/내보내기 기능은 DXF 파일에서 점/선 데이터를, IGES/STEP을 통해 점/선/면/체적 데이터를, STL을 통해 삼각형 표면 데이터를 불러올 수 있습니다. CAD 스타일의 드로잉 도구로 복사, 회전, 스케일, 변환, 돌출(extrude) 등을 수행할 수 있습니다.

• 2D 모델링에서는 지형 포인트 데이터를 기반으로 스플라인을 생성해 지층(strata)을 만들고, 경계점과 선을 이용해 면을 정의하며 토양 덩어리를 생성할 수 있습니다. 구조 요소와 토양 요소를 목적에 따라 그룹화할 수 있습니다.

• 3D 모델링에서는 평면 또는 곡면을 스윕(sweep)하여 다수의  Volume 을 생성할 수 있으며, Volume 을 겹쳐지게 작도한 후 교차되는 부분을 합치거나 제거하는 형태로 쉽게 모델링 할 수 있습니다.

• 자동 메시 생성 기능은 2D(사각형/삼각형 요소)와 3D(사면체/오면체/육면체 요소)를 지원하며, 다양한 메시 정교화(mesh refinement) 옵션을 제공합니다

지반/토양 모델링 및 해석 기능(Capabilities)

LUSAS Civil & Structural의 지반 및 토양-구조 상호작용 모델링은 다음과 같은 기능을 포함합니다:

지반 재료 모델

• 토질 구성 모델: Tresca, Von Mises, Drucker-Prager, Duncan-Chang, Hoek-Brown, Mohr-Coulomb, Modified Cam Clay 등

• 이상 유체(two-phase) 속성을 포함한 재료 설정으로, 불포화/포화 토양의 비배수/완전배수 상태를 모델링하고 천천히 진행되는 조절 현상(consolidation) 을 반영할 수 있습니다.

지층 특성 변화

• 토양 특성이 깊이에 따라 변화하는 경우, 깊이별 토양 프로파일 변화를 정의하고, LUSAS가 지정 위치 간을 자동 보간하여 적용합니다.

초기 응력 상태

• K₀ 데이터를 사용해 초기 응력 상태를 계산하고, 어떤 지반 단면에도 적용할 수 있습니다.

비선형 스프링/인터페이스

• 비선형 스프링으로 능동/수동 토압(active/passive earth pressure) 거동을 모델링할 수 있으며,
  인터페이스 메시를 통해 토양과 구조체를 연계하여 접촉/분리 및 마찰(skin friction) 거동을 고려할 수 있습니다.

파일럿캡 재료 특성

• 파일럿캡(pilecap) 이 3D 말뚝군 모델 위에 놓인 경우, 관련 속성 행렬을 지정하여 거동을 모델링할 수 있습니다.

Phi-c 축소 안정성 평가

• 해석 중 분기(branch) 해석 기능을 사용해 Mohr-Coulomb 또는 Hoek-Brown 모델 기반에서 Phi-c 축소 안정성 검사를 수행할 수 있습니다.

Tri-linear Earth Pressure Joint Material Wizard

• 여러 토양-구조 상호작용 문제를 단순화하는 Tri-linear earth pressure 재료 위자드가 제공되며,
  깊이에 따라 속성이 변화하는 비선형 토압 특성을 조각별(linear segment)로 정의할 수 있습니다.

• 삼선형(능동/수동) 지반압력 조인트 재료 마법사를 사용하여 다양한 지반-구조 상호작용 문제 모델링을 간소화할 수 있으며, 깊이에 따라 특성이 변하는 조각별 선형 조인트 재료 속성을 생성할 수 있습니다. 여러 개의 속성을 정의하여 물의 존재로 인한 지반의 변화를 나타낼 수 있습니다.

지반/토양-구조 상호작용 적용 분야(General Geotechnical and Soil-Structure Interaction)

LUSAS는 다음과 같은 지반/토양-구조 문제에 대해 강력한 해석 기능을 제공합니다:

• 굴착/시공 중 단계별 구성(construction sequence) — 지지대 및 잭킹(jacking) 등을 삽입 및 제거

• 제방/사면 안정성 평가 및 인접 구조물에 대한 안정성 검사

• 굴착 복토(backfilling) 및 덮개형 터널(cut-and-cover tunnel) 구조

• 정착(settlement) 및 조절(consolidation) — 공극수압(pore water pressure) 모델링 포함

• 탈수(dewatering) 및 침투/투수(seepage) — 예: 토댐 근처에서의 지하수위(phreatic surface) 변화

• 모달 및 시간이력 동역학(modal & time history dynamics) — 재료 감쇠(material damping), 비선형 거동, 토양 소성, 경계 거동, 스프링/댐퍼 포함

• 토양-구조 상호작용 해석 — 예: 말뚝 타격(pile driving) 영향으로 인한 진동이 인근 건물에 미치는 영향

• 말뚝 및 말뚝군의 횡변위 해석

• 일체형(integral) 교량 구조 해석

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