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시간스텝 Home > GTS NX > 해석 > 해석케이스 > 시간스텝

개요

  • 압밀, 침투(비정상류), 동적해석(선형/비선형 시간이력) 해석에서 시간에 따른 결과 검토를 위해 시간스텝을 설정합니다. 설정한 시간간격에 따른 해석결과를 확인할 수 있으며, 동적해석의 경우 시간이력에 따른 결과그래프를 제공합니다.

방법

압밀(단일)해석, 응력침투 완전연계 - 하중재하/하중유지

  • 재하되는 시간스텝 및 하중팩터를 정의합니다. 압밀해석에서 시공단계를 구성하지 않고도 초기단계-하중재하-방치를 모사하여 해석할 수 있습니다. 해석에 반영한 자중을 포함한 모든 하중은 '하중재하'에 사용자가 입력한 시간과 하중 계수에 따라 해석을 진행됩니다. '하중재하' 해석이 완료된 이후 '하중유지'에 정의된 시간 정보에 따라 과잉간극수압이 소산되는 등의 방치단계를 모사하는 해석이 진행됩니다. 이로 인해 '하중유지'에서는 하중 계수를 입력할 수 없고, 시간 정보는 '하중재하'의 마지막 시간에서 부터 더해지며 계산 됩니다.

  • 자동시간스텝은 사용자가 적절한 시간스텝을 예측하지 못하는 경우 솔버 내부적으로 수렴도를 향상시키기 위해 시간을 조장하는 기능으로 일반적으로 하중 재하가 짧은 시간에 가해졌을 때 간극수압 결과가 튀는 양상을 저감시키는데 이용됩니다.

  • 초기시간스텝 : 초기 시간스텝을 사용자가 직접 입력하거나 솔버에서 자동으로 계산하도록 선택합니다. 자동계산식은 아래와 같습니다.

    \[ \Delta t_{initial} = \frac{\gamma_w \Delta h^2}{\alpha K} \left(\frac{1}{K_{bulk}} + A\right), \quad A = n\left(\frac{1}{K_{water}} - \frac{\partial s}{\partial p}\right) \]

    • 여기서, \(\gamma_w\)= 물의 단위중량, \(\Delta h\)= 요소의 길이, \(\alpha\)= 정상계수(≈1/3), \(K\)= 투수계수, \(K_{bulk}\)= 재료의 체적탄성계수, \(n\)= 공극률, \(s\)= 포화도, \(K_{water}\)= 물의 체적탄성계수, \(p\)= 간극수압을 의미합니다.

  • 스텝당 최대 간극수압 : 한 스텝 당 간극수압의 최대 변화량을 입력합니다. 한 스텝에서 간극수압의 변화량이 최대값보다 크면 자동으로 스텝의 크기를 작게 해서 해석합니다.

  • 초기 최대시간 스텝 비율 : 초기 한계시간스텝(Initial Critical Time Step) 대비하여 최대로 커질 수 있는 시간스텝 비를 입력합니다.

  • 스텝 저장 : 결과를 출력하는 방식을 선택합니다. 마지막 증분/모든 증분이 있습니다.

시공단계 압밀해석 - 시간 및 하중의 입력

  • 압밀 해석을 수행할 때 추가 하중이 재하되는 적절한 시간과 하중의 분배는 다음과 같은 시간과 하중계수의 입력으로써 이루어집니다.

<초기상태>

<성토하중재하>

<방치기간>

초기상태 (좌) 성토하중재하 (중) 방치기간 (우)

  • Modified Cam-clay 재료 모델을 사용하는 경우, 초기응력(in-situ stress)이 정의 되어야합니다. 따라서 초기 응력 계산을 위한 배수해석이 필요하며, 이 경우 하중이 가해지는 시간은 해석에 무의미하게 됩니다.

  • 시공단계 압밀과 같은 추가 하중이 재하되는 경우 위 그림의 ‘성토하중재하’와 같이 재하되는 총 시간에 걸쳐서 적절한 간격으로 하중을 재하하게 됩니다. 위 그림의 예시는 추가하중이 10일에 걸쳐서 10단계의 등간격으로 재하되는 것을 나타내고 있습니다. 여기서 총 하중계수의 합은 1.0이 됩니다.

  • 성토가 완료된 후에는 하중증가가 없이 시간만 경과하는 방치해석을 수행할 수 있습니다. 위 그림 ‘방치기간’에 나타낸 바와 같이 방치시간을 정의하게 됩니다. 압밀해석의 특성상 해석 초기의 응력변화가 급격하기 때문에 위 그림과 같이 처음의 시간 스텝은 작게 시작하고 시간이 지날수록 큰 시간 간격을 주어 수렴성과 해석의 속도를 동시에 추구할 수도 있습니다.

비정상류해석 - 시간스텝정의

  • 해석수행 및 결과를 저장할 시간스텝을 설정합니다. 설정한 시간스텝에 대응되는 침투경계 시간함수값 (열, 수두, 유량 등)을 이용하여 해석을 수행하고, 결과를 검토할 수 있습니다. 침투경계 시간함수에서 시간범위밖의 값은 선형보간하여 자동적용 합니다.

동적해석 - 목표 시간스텝 정의

  • 불균일 간격으로 시간스텝을 정의할 수 있어 이름으로 구분하여 목표시간스텝을 정의합니다.

    • 전체시간 : 시간 기간을 입력합니다.

    • 시간간격 : 입력된 시간 기간 내에서 계산될 시간간격을 입력합니다.

    • 중간결과 출력 : 해석결과를 출력하기 위한 간격을 입력합니다. 시간간격x 중간결과 출력간격 마다 결과가 출력됩니다.

  • ※ 이 때 정의된 간격 모두 결과 트리에 출력되므로 많은 양의 데이터를 출력하고자 할 때, 결과 출력 시간에 많은 시간이 소요될 수 있으며, PC 메모리가 부족한 경우 결과 파일을 생성하지 못할 수도 있습니다.

  • 설정된 목표시간스텝에 따라 총 지속시간 (시간스텝에 정의된 전체 해석기간), 총 시간 스텝 개수 (전체 해석기간 동안 계산되는 시간스텝 개수) 를 보여줍니다.

  • 특정시간 결과 출력은 목표시간스텝에서 정의한 중간결과출력에서 출력하지 못한 시간스텝에서 결과를 출력하고자 하는 경우 해당 시간을 입력하면 됩니다.

최종 수정일: 2026-03-19