PyFE: 4 절점 선형 유한요소 개발
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2021
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Korean
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학술저널
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4-4(1쪽)
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유한 요소 해석(FEA; Finite Element Analysis)은 FEA 결괏값 확인을 통해 제품의 요구 특성을 명확히 할 수 있어 개발 기간 단축과 생산성 향상을 확보할 수 있다. 유한 요소 상용 프로그램은 열, 전자기, 유체 그리고 강성 환경 등에 대한 솔루션을 가지고 있어 산업분야에서 널리 이용된다. 유한 요소 상용 프로그램은 사용 가격이 매우 높고 사용자가 프로그램을 수정할 수 없어 유연성이 떨어진다는 문제를 보유하고 있다. 이 문제를 극복할 수 있는 방법으로 오픈소스 FEM 코드를 이용하는 방법이 있다. 하지만 오픈소스 FEM 코드는 지속적인 개발로 많은 서브루틴이 존재해 사용하려면 방대한 구성을 이해해야 하므로 사람들이 이용하는 데에 어려움을 안겨준다. 본 연구에서는 오픈소스 FEM 코드의 단점을 보완하기 위해 파이썬 기반 누구나 쉽게 사용 가능한 4절점 2차원 솔리드 유한 요소 코드 PyFE를 개발하여 소개한다. 파이썬은 가독성이 좋고 가장 널리 사용되는 언어로 확장성이 뛰어나며 유연성 있는 프로그램이다. 따라서 사용자들이 PyFE를 활용하여 수정하고 이용한다면 유한 요소 상용 소프트웨어가 해석하지 못하는 특수한 상황에서의 문제들도 해결할 수 있을 것이다. 또한 PyFE는 Linalg 솔버를 사용해 직접 강성행렬법(Direct Stiffness Matrix)을 직관적으로 이해할 수 있어 교육용 소프트웨어에도 적합하다. MatPlotLib를 통해 응력분포 결과를 쉽게 가시화할 수 있어 해석 결과를 한눈에 시각적으로 볼 수 있다. PyFE를 활용하여 Cook’s skew beam problem에 적용하였고, ADINA를 통해 얻은 해석 결괏값과 비교하여 100% 일치함을 확인했다.
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