General Link Properties

• 기능

범용연결요소(general link)의 속성을 입력, 수정, 삭제합니다. 범용연결요소는 제진장치, 면진장치, 압축 또는 인장전담요소, 소성힌지, 지반스프링 등을 모델링하는데 사용되는 요소입니다. 범용연결요소는 스프링의 특성을 이용하여 선형 및 비선형 속성을 부여할 수 있습니다.

• 호출

Main Menu에서 Model > Boundaries > General Link Properties

Tree Menu의 Menu 탭에서 Geometry > Boundaries > General Link Properties

• 입력

Define General Link Properties 대화상자

: 범용연결요소 속성을 신규로 입력하거나 추가할 경우

: 이미 입력된 범용연결요소 속성을 수정할 경우

: 이미 입력된 범용연결요소 속성을 삭제할 경우

Name

범용연결요소 속성의 명칭을 입력합니다.

Application Type

범용연결요소의 적용 방식을 선택합니다. 해석에 적용되는 방식은 크게 Element Type과 Force Type로 구분합니다.

Element Type : 범용연결요소는 해석과정에서 요소 강성행렬을 갱신함으로써 요소의 비선형 거동을 직접적으로 반영합니다.

Force Type : 범용연결요소는 요소 강성행렬을 갱신하지 않고 비선형 속성에 따라서 계산된 부재력을 외부하중으로 치환해 줌으로써 간접적으로 비선형성을 고려합니다.

Property Type

적용방식에 따른 구체적인 연결요소를 나타냅니다. Element Type의 범용연결요소에는 Spring, Dashpot 및 Spring and Dashpot의 3가지 타입을 제공합니다.

Force Type의 범용연결요소에는 제진장치로 이용하는 Viscoelastic Damper, Hysteretic System와 면진장치로 이용하는 Lead Rubber Bearing Isolator, Friction Pendulum System Isolator이 있으며, 압축전담요소인 Gap 및 인장전담요소인 Hook로 6가지 타입을 제공합니다.

Element Type
Element Type 범용연결요소에는 Spring, Linear Dashpot 및 Spring and Linear Dashpot의 세가지 Property Type이 제공됩니다. Spring은 6개 성분 별로 선형탄성인 Stiffness만을 가지며 Linear Dashpot은 6개 성분 별로 선형점성인 Damping만을 갖습니다. Spring and Linear Dashpot은 Spring과 Linear Dashpot이 병렬로 연결된 형태입니다.

• Spring

Spring은 직접적분법에 의한 비선형시간이력해석 시에 Inelastic Hinge Properties를 부여( 버튼 클릭)하여 비선형 요소로 사용가능하며, 비선형 해석과정에서 요소 강성행렬을 갱신함으로써 요소의 비선형 거동을 직접적으로 반영합니다. 이는 주로 구조물에 부분적으로 발생하는 소성힌지나 지반의 비선형성을 모델링하기 위해 사용됩니다.  

Note
Pushover해석에서도 General Link의 Spring 타입을 이용하여 비탄성힌지특성을 갖는 경계조건을 입력할 수 있다.

• Linear Dashpot

• Spring and Linear Dashpot

Force Type
Force Type 범용연결요소는 제진장치로 이용되는 Visco-elastic Damper, Hysteretic System, 면진장치로 이용되는 Lead Rubber Bearing Isolator, Friction Pendulum System Isolator, 압축전담요소인 Gap 및 인장전담요소인 Hook 등의 Property Type이 제공되며, 비선형 시간이력해석인 경계비선형해석에 사용됩니다. Force Type 범용연결요소의 각각의 성분은 Linear Properties로서 Effective Stiffness 및 Effective Damping을 가지며, 사용자가 선택한 성분에 대해서 Nonlinear Properties를 입력할 수 있습니다.
Force Type 범용링크요소는 정적해석, 응답스펙트럼해석에서는 Effective Stiffness를 갖는 선형요소로서 해석되며 Effective Damping는 무시됩니다. 선형시간이력해석에서는 Effective Stiffness에 기초한 선형요소로서 해석됩니다. 비선형시간이력해석에서는 Effective Stiffness가 가상의 선형강성 역할을 하며, 요소 강성행렬을 갱신하지 않고, 비선형 속성에 따라 계산된 부재력을 외부 하중으로 치환해 줌으로써 간접적으로 비선형성을 고려합니다.

• Viscoelastic Damper

  Viscoelastic Damper는 6개 자유도별로 선형스프링과 (비)선형점성감쇠가 병렬로 연결된 점탄성감쇠기와 이를 양 절점에 연결하는 스프링으로 구성되어 있습니다. Civil2006 에서는 세가지 타입의 Viscoelastic Damper모델을 제공합니다.

  1. Damper Type= Maxwell Model

  Maxwell Model은 아래 그림과 같이, 선형스프링과 점성감쇠가 직렬로 연결된 모델로서 Fluid Viscoelastic Device의 해석에 사용됩니다.

  Maxwell Model의 힘-변형 관계식은 다음과 같습니다

   

  Damping (Cd) : 점탄성감쇠기의 감쇠 상수 Reference Velocity (V0) : 참조 속도 Note 일반적으로 1.0값을 입력하되, midas Civil 이 제공하는 단위계의 변환시에는 변환된 길이단위에 따라 달라지게 되므로 주의해야 한다. Damping Exponent (s) : 점탄성감쇠기의 비선형점성감쇠 특성을 정의하는 상수 (점성감쇠력은 변형속도의 반대방향으로 작용하고 그 절대값의 s승에 비례) Note 점성감쇠는 변형의 변화율에 비례하는 선형 점성 감쇠(s=1.0) 뿐만 아니라 변형 변화율의 지수승에 비례하는 비선형 점성감쇠(0.0<s>1.0)로 모델링 할 수 있으며, 비선형 감쇠 특성 지수 s는 0.35~1.00범위의 값을 사용하는 것이 일반적이다. Bracing Stiffness (kb) : 연결부재의 강성(Rigid Bracing을 선택하여 연결부재의 강성효과를 무시하거나 사용자 정의값을 입력)

   

  2. Damper Type= Kelvin(Voigt) Model

  Kelvin Model은 아래 그림과 같이, 선형스프링과 점성감쇠가 병렬로 연결된 모델로서 Solid Viscoelastic Device의 해석에 사용됩니다.

  Kelvin Model의 힘-변형 관계식은 다음과 같으며, 우변의 모든 항이 기지값이므로 아래 식를 직접 풀어 점탄성 감쇠기에 작용하는 힘을 구할 수 있습니다.

   

  Damper Stiffness (kd) : 점탄성감쇠기의 강성 Damping (Cd) : 점탄성감쇠기의 감쇠 상수 Reference Velocity (V0) : 참조 속도 Note 일반적으로 1.0값을 입력하되, Civil2006 이 제공하는 단위계의 변환시에는 변환된 길이단위에 따라 달라지게 되므로 주의해야 한다. Damping Exponent (s) : 점탄성감쇠기의 비선형점성감쇠 특성을 정의하는 상수 (점성감쇠력은 변형속도의 반대방향으로 작용하고 그 절대값의 s승에 비례) Note 점성감쇠는 변형의 변화율에 비례하는 선형 점성 감쇠(s=1.0) 뿐만 아니라 변형 변화율의 지수승에 비례하는 비선형 점성감쇠(0.0<s>1.0)로 모델링 할 수 있으며, 비선형 감쇠 특성 지수 s는 0.35~1.00범위의 값을 사용하는 것이 일반적이다.

   

  3. Damper Type= Damper Brace Assembly Model

  Damper Brace Assembly Model은 Kelvin 모델에 스프링이 연결된 모델로서 아래 그림과 같이 제진용 가새 해석시에 사용됩니다.

  Kelvin Model의 힘-변형 관계식은 다음과 같으며, 우변의 모든 항이 기지값(이미 알고 있는 값)이므로 아래 식를 직접 풀어 점탄성 감쇠기에 작용하는 힘을 구할 수 있습니다.

   

  Damper Stiffness (kd) : 점탄성감쇠기의 강성 Damping (Cd) : 점탄성감쇠기의 감쇠 상수 Reference Velocity (V0) : 참조 속도 Note 일반적으로 1.0값을 입력하되, Civil2006 이 제공하는 단위계의 변환시에는 변환된 길이단위에 따라 달라지게 되므로 주의해야 한다. Damping Exponent (s) : 점탄성감쇠기의 비선형점성감쇠 특성을 정의하는 상수 (점성감쇠력은 변형속도의 반대방향으로 작용하고 그 절대값의 s승에 비례) Note 점성감쇠는 변형의 변화율에 비례하는 선형 점성 감쇠(s=1.0) 뿐만 아니라 변형 변화율의 지수승에 비례하는 비선형 점성감쇠(0.0<s>1.0)로 모델링 할 수 있으며, 비선형 감쇠 특성 지수 s는 0.35~1.00범위의 값을 사용하는 것이 일반적이다. Bracing Stiffness (kb) : 연결부재의 강성(Rigid Bracing을 선택하여 연결부재의 강성효과를 무시하거나 사용자 정의값을 입력)

   

• Gap

  Gap은 6개 자유도 별로 N1절점에 대한 N2절점의 상대변위가 스프링 내부의 초기간격보다 큰 절대값의 음수가 되면 해당 스프링의 강성이 발현됩니다. 또한 Gap 스프링과 병렬로 연결되는 부가적인 선형점성감쇠 상수를 입력할 수 있습니다.

  Stiffness (k) : Gap 스프링의 강성

  Open (o) : Gap 스프링 내부의 초기 간격

   

  Gap Type Nonlinear Spring 대화상자

• Hook

  Hook은 6개 자유도 별로 N1절점에 대한 N2절점의 상대변위가 스프링 내부의 초기간격보다 큰 절대값의 양수가 되면 해당 스프링의 강성이 발현됩니다. 또한 Hook 스프링과 병렬로 연결되는 부가적인 선형점성감쇠 상수를 입력할 수 있습니다.

  Stiffness (k) : Hook 스프링의 강성

  Open (o) : Hook 스프링 내부의 초기 간격

   

  Hook Type Nonlinear Spring 대화상자

• Hysteretic System

  Hysteretic System 스프링은 6개 자유도 별로 1축소성(Uniaxial Plasticity)의 특성을 가진 스프링들로 구성됩니다. 또한 Hysteretic System 스프링과 병렬로 연결되는 부가적인 선형점성감쇠 상수를 입력할 수 있습니다.

  Stiffness (k) : 스프링의 항복 전 초기 강성

  Yield Strength (Fy) : 스프링의 항복 강도

  Post Yield Stiffness Ratio (r) : 항복 후 접선강성을 항복 전의 초기강성으로 나눈 비율

  Yielding Exponent (s) : 항복점 부근의 하중-변형 곡선 형상을 결정하는 파라미터

  (큰 값을 가질수록 Bilinear에 가까운 형상을 갖습니다.s값이 너무 크면 수렴성에 영향을 줄 수 있으며,일반적으로 20 이하의 값을 입력합니다.)

  Hysteretic Loop Parameter (α) : 이력곡선의 형상을 결정하는 상수

  Hysteretic Loop Parameter (β) : 이력곡선의 형상을 결정하는 상수

   

    Hysteretic System Type Nonlinear Spring 대화상자

• Lead Rubber Bearing Isolator

  Lead Rubber Bearing Isolator에 포함된 2개의 전단변형 스프링은 상호 연관된 2축소성(Biaxial Plasticity)의 특성을 가지며, 나머지 4개 자유도의 변형에 대해서는 독립적인 선형탄성 스프링의 특성을 갖습니다. 또한 각 자유도의 스프링에 대해서 병렬로 연결되는 부가적인 선형점성감쇠 상수를 입력할 수 있습니다.

  ■  전단변형 스프링(Dy, Dz를 선택한 경우)

  Stiffness (k) : 스프링의 항복 전 초기 강성

  Yield Strength (Fy) : 스프링의 항복 강도

  Post Yield Stiffness Ratio (r) : 항복후 접선강성을 항복 전의 초기강성으로 나눈 비율

  Hysteretic Loop Parameter (α) : 이력곡선의 형상을 결정하는 상수

  Hysteretic Loop Parameter (β) : 이력곡선의 형상을 결정하는 상수

   

   Shear Spring in Lead Rubber Bearing Isolator 대화상자

   

  ■ 축방향 변형 및 3개의 회전 변형 스프링(Dx, Rx, Ry, Rz 를 선택한 경우)

  Stiffness (k) : 스프링의 강성

   

   Axial or Rotational Spring in Lead Rubber Bearing Isolator 대화상자

   

• Friction pendulum System Isolator

  Friction Pendulum System Isolator에 포함된 2개의 전단변형 스프링은 상호 연관된 2축소성(Biaxial Plasticity)의 특성을 가지며, 축방향 변형 스프링은 내부 간격이 0인 Gap 스프링의 특성을 갖습니다. 나머지 3개 자유도의 변형에 대해서는 독립적인 선형탄성 스프링의 특성을 갖습니다. 또한 각 자유도의 스프링에 대해서 병렬로 연결되는 부가적인 선형점성감쇠 값을 입력할 수 있습니다.

  ■ 축방향 변형 스프링(Dx를 선택한 경우)

  Stiffness (k) : 스프링의 강성

   

  Gap Type Axial Spring in Friction Pendulum System Isolator 대화상자

   

   

  ■ 전단변형 스프링(Dy, Dz를 선택한 경우)

  Stiffness (k) : 미끄러짐 발생 이전 초기 강성

  Friction Coefficient, Slow (μs) : 변형 속도가 작을 때의 마찰면 마찰계수

  Friction Coefficient, Fast (μf) : 변형 속도가 클 때의 마찰면 마찰계수

  Rate Parameter (r) : 변형 속도에 대한 마찰계수의 변화율을 결정하는 파라미터

  Radius of Sliding Surface (R) : 마찰면의 곡률반경

  Hysteretic Loop Parameter (α) : 이력곡선의 형상을 결정하는 상수

  Hysteretic Loop Parameter (β) : 이력곡선의 형상을 결정하는 상수

   

  Shear Spring in Friction Pendulum System Isolator 대화상자

   

   

  ■ 회전 변형 스프링(Rx. Ry, Rz를 선택한 경우)

  Stiffness (k) : 스프링의 강성

   

  Rotational Spring in Friction Pendulum System Isolator 대화상자

Description

간단한 설명문을 입력하는 항목입니다.

Self Weight

범용연결요소의 중량을 입력합니다. 입력된 중량은 요소 양단의 절점으로 절반씩 배분되어 구조물 자중에 의한 Static Load(고정하중) 혹은 질량으로의 변환에 사용됩니다.

Use Mass

사용자에 의하여 범용연결요소에 추가적인 질량을 입력할 수 있습니다.

Linear Properties

범용연결요소의 6개 자유도에 해당되는 개별 스프링의 유무와 강성 및 감쇠를 입력합니다.

범용 연결요소의 유효 강성은 고유치 해석에 필요한 강성을 구성하는데에, 그리고 동적해석에서 비례 감쇠 선택시에 감쇠 행렬 구성시에도 사용됩니다.  유효감쇠는  모드중첩법과 직접적분법을 이용하는 선형시간이력해석에서 구조물의 감쇠설정을 Group Damping으로 설정한 경우에만 해석에 적용됩니다. Element Type 범용연결요소는 입력된 강성에 기초하여 초기요소강성을 구성합니다. 그리고 비탄성 힌지속성과 연계되는 경우에는 강성을 갱신하며 해석에 적용됩니다. 반면에 Force Type 범용연결요소는 유효강성에 기초한 요소강성을 가지지만 비선형 속성을 정의하더라도 강성행렬이 갱신되지는 않습니다. 특히 Force Type 범용연결요소을 적용하는 경계비선형 시간이력해석에서 유효강성은 알고리즘 상에서 강체운동을 방지하기 위한 가상의 강성을 의미하며 비선형 해석시에 유효강성 값이 매우 크면 반복해석 과정에서 발산하기 쉽기 때문에 적절한 값을 입력해야 합니다. 제진 및 면진장치의 초기강성을 입력하는 것이 일반적입니다.DOF : 체크박스에 체크함으로써 6개 변형 자유도의 스프링 유무를 입력합니다.

Dx, Dy, Dz : 각각 요소좌표계 x, y, z축 방항의 이동(Translational)변형 자유도

Rx, Ry, Rz : 각각 요소좌표계 x, y, z축 중심의 회전(Rotational) 변형 자유도

Effective Stiffness : 유효강성 값을 입력합니다.

Effective Damping : 유효감쇠는  모드중첩법과 직접적분법을 이용하는 선형시간이력해석에서 구조물의 감쇠설정을 Group Damping으로 설정한 경우에만 해석에 적용됩니다.

Nonlinear Properties

Force Type의 범용연결요소의 6개 스프링에 대해서 비선형 속성의 보유 여부를 입력하고 비선형 특성을 정의하는 파라미터를 입력합니다. 이때 비선형 속성을 입력할 수 있는 스프링은 이미 Linear Spring Property를 가지고 있는 자유도, 즉 Linear Spring Property의 DOF 체크박스가 체크된 자유도로 제한됩니다.

DOF : 체크박스에 체크함으로써 해당 자유도의 비선형 속성 보유 여부를 체크합니다.

체크 시에 바로 우측에 있는 Nonlinear Properties 입력버튼이 자동 클릭되어 해당되는 입력 대화상자가 열립니다.

Nonlinear Properties: 버튼을 클릭하여 해당 되는 비선형 스프링의 속성을 정의하는 파라미터를 입력합니다.

Shear Spring Location

Dz 자유도를 체크하면 활성화되며, 전단스프링의 위치를 입력할 수 있습니다. 이 옵션은 전단변형으로 인하여 발생하는 단부의 추가적인 모멘트를 고려하기 위한 것입니다.

입력 형식은 시작절점(N1)으로부터 전단스프링 위치까지의 거리를 전체 길이로 나눈 비율로 입력하며 Dy, Dz는 각각 요소좌표계 y축 및 z축 방향 전단스프링을 가리킵니다.

전단스프링의 위치를 입력하면 양단에서의 모멘트에는 전단력에 의한 차이가 발생합니다(모멘트의 차이 = 전단력 × 부재길이). 반면에 전단스프링의 위치를 입력하지 않으면 양단의 모멘트는 전단력의 영향을 받지 않고 항상 동일한 값을 갖습니다.