기하모델링

기하 데이터는 다음 표에 정리된 개체들과 이들의 상호 관계에 의한 조립으로 타입과 형상이 정의됩니다.

• 닫힌 Wire와 Face, 닫힌 Shell과 Solid는 하위 개체의 구성이 동일하므로 서로 자유롭게 타입을 변환시킬 수 있다.

• Face의 경계는 1개의 Wire이고, Solid의 경계는 1개의 Shell이다.

• Edge를 Extrude하면 Face가 되고, Wire를 Extrude하면 Shell이 된다. 이 Shell은 Wire의 각 하위 Edge를 Extrude한 Face의 그룹으로 구성된다.

• Compound는 주로 관리의 편의를 위해 사용된다. (예: 수백개의 Curve로 구성된 AutoCAD DXF 파일을 Import한 후 Curve들을 그룹지정)

몇 가지 간단한 예를 이용하여 개체의 구성과 상/하위 개체의 관계를 정리해 봅니다.

Face의 내/외부 경계는 Edge의 개수와 무관하게 항상 Wire이다.원과 같이 닫힌 Edge의 경우, 시작/끝 Vertex가 동일하다.

인접한 Face를 Shell로 묶으면 공통의 Edge는 각 Face 사이에 공유된다. 오른쪽 그림에서 Shell로 묶기 전에는 모두 8개의 Edge가 존재하지만 Shell로 묶은 후에는 Edge가 7개가 된다.Edge와는 달리 Wire는 공유되지 않는다.

GTS NX의 기하 모델링 기능은 하향식 모델링 방식과 상향식 모델링 방식을 모두 지원하므로 해석 모델 형상의 특징과 사용자의 편의에 따라 자유롭게 모델링 방식을 선택 또는 혼용하여 사용할 수 있습니다.

하향식 모델링 방식  (Top-down Modeling 방식)

직접 상위 개체를 만들면 이 개체를 구성하는 하위 개체들은 프로그램에 의해 자동으로 생성되는 방식입니다. 사용자가 하위 개체의 구성 등에 대해 자세하게 고려하지 않더라도 생성하고자 하는 최상위 개체의 형상에만 집중하면서 작업할 수 있으므로 편리합니다. 모델의 간단한 부분이나 초기의 기본 형상을 작성할 때 주로 사용합니다.

<예> Primitive Box를 사용하여 지반을 표현하는 Solid를 만들면 이 Box를 구성하는 하위 개체인 Face, Wire, Edge 등이 자동으로 생성됩니다.

상향식 모델링 방식 (Bottom-up Modeling 방식)

먼저 모델 형상의 특징을 정의할 수 있는 적절한 하위 개체를 만든 다음에 생성된 하위 개체를 토대로 상위 개체를 모델링하는 방식입니다. 형상이 복잡하여 직접 상위 개체를 만들 수 없는 모델에 주로 사용되며, 하향식 모델링 방식에 비해 상대적으로 작업량은 많지만 하향식 모델링 방식으로 표현이 불가능한 복잡한 형상도 표현할 수 있습니다. 실무 모델링에서는 거의 대부분 이 방식을 이용하여 작업을 수행합니다.

<예> 실제 지표면 또는 지층을 표현하는 곡면은 직접 모델링하는 것이 어려우므로, 먼저 곡면 형상의 특징을 표현할 수 있는 Point, Edge들을 만들고, 이것들을 연결하여 곡면을 생성합니다.

CAD 데이터의 누락된 부분을 복구할 때에는 대부분 이 상향식 모델링 방식을 사용하게 됩니다.

상향식 모델링 방식에 따른 실제 모델링 과정은 다음과 같은 과정으로 이루어집니다.

<GTS에서 기하 모델링 작업의 흐름>

아래 그림과 같은 간단한 예제를 이용하여 위의 기하 모델링 작업 흐름을 보다 자세하게 살펴 봅니다.

GTS NX는 다양한 기하 모델링 기능들을 충실하게 제공하므로, 대부분의 모델링 작업을 마치 실제 시공을 모사(simulation)하듯이 수행할 수 있습니다. 즉, 먼저 기준이 되는 초기 모델을 만든 다음에 이 초기 모델에서부터 불필요한 부분을 제거하고 특정 개체를 기준으로 모델을 분할하는 개념으로 작업을 수행합니다.

이 예제에서는 지반을 초기 기준 모델로 설정합니다.

① 먼저 지반의 단면을 생성합니다. 지표면의 측정 좌표를 이용하여 B-Spline Curve(Edge)를 생성하고, Line(Edge)으로 단면의 나머지 부분을 생성합니다.

② 작성한 단면으로부터 Solid를 Extrude하기 위하여 Edge들을 그룹으로 지정하여 1개의 닫힌 Wire를 생성합니다. 닫힌 Wire는 Face와 하위 개체의 구성이 동일하므로 Shell 또는 Solid로 Extrude할 수 있습니다.

③ 닫힌 Wire를 Extrude하여 초기 지반을 형상화한 최상위 개체 Solid(A)를 생성합니다.

④ ①~③ 의 과정과 동일한 방법으로 갱구부 단면을 Curve(Edge, Wire)로 작성하고, 갱구부에서 제거할 부분의 기본 형상이 되는 Solid(B)를 Extrude합니다.

⑤ ④에서 Extrude한 Solid(B)에서 갱구부 입구면이 경사지도록 Solid(B)에 부분적인 수정을 가합니다.

⑥ 이제 Solid(A)에서 Solid(B)부분을 제거하여 Solid(A)의 형상을 변경합니다.

⑦ Solid(A)를 터널 부분과 지반 부분으로 분리시켜야 합니다. 이를 위해 먼저 두 부분 사이의 경계가 되는 경계면(Surface: Face, Shell)을 생성합니다.

①~②의 과정과 유사한 방법으로 갱구부 입구에 터널 단면(Wire)을 생성한 다음에 이 단면(Wire)으로부터 경계면이 되는 Shell(C)를 추출합니다.

⑧ 터널 부분과 지반 부분을 구분하는 Shell(C)로 Solid(A)를 분할합니다.

⑨ 터널 부분의 Solid인 Solid(A2)를 시공단계 별로 다시 분할시켜야 합니다. 이를 위해 먼저 각 시공단계 사이를 구분하는 경계면(Face)을 생성합니다.

⑩ ⑧의 과정과 유사하게 ⑨에서 생성한 경계면으로 터널 부분 Solid(A2)를 분할하여 최종 기하 모델을 완성합니다.

⑪ 완성된 기하모델에 Auto-mesh 기능을 이용하여 요소망을 생성합니다.