Constraints (SPC and MPC)
MSC Nastran 의 constraint(구속) 는 grid point 의 변위(병진 또는 회전 성분)에 주어진 값을 강제하는 것이며, 크게 single point constraint(SPC)와 multipoint constraint(MPC) 두 종류로 나뉜다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.156].
정의
constraint 는 하나 또는 여러 grid point 에 주어진 변위(병진/회전 성분)를 적용하는 것이다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.156]. MSC Nastran 의 기본 구속 유형은 두 가지다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.156]:
- Single point constraints (SPCs): 개별 grid point 에 적용되며, 0 변위(zero displacement) 또는 0 이 아닌 변위(nonzero displacement)를 강제할 수 있다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.156].
- Multipoint constraints (MPCs): 한 grid point 와 다른 grid point(또는 grid point 집합) 사이의 수학적 구속 관계(mathematical constraint relationship)이다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.156].
정적 구조물의 경계조건(fixed, hinged, roller support 등)은 보통 여러 자유도를 0 변위로 구속하는 것을 포함한다. 예를 들어 강체 벽에 고정된 grid point 는 3 병진 + 3 회전의 6 자유도를 모두 0 으로 구속해야 fixed 경계조건을 수학적으로 표현할 수 있다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.156].
핵심 내용
- SPC 적용 카드: single point constraint 는 GRID, SPC, SPC1 Bulk Data entry 를 통해 개별 grid point 의 변위에 적용된다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.157]. SPC1 entry 는 구조물의 구속을 모델링하는 데 사용된다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.254].
- SPC 관련 Bulk Data entry: SPC(Single-Point Constraint), SPC1(Single-Point Constraint, Alternate Form), SPCADD(Single-Point Constraint Set Combination) 등이 정의되어 있다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.2811] [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.2813] [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.2815].
- Case Control 선택: Case Control 의
SPC명령은 적용할 single point constraint set 을 선택한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.622]. 예를 들어SPC = 100은 set ID 가 10 인 SPC1 entry 들을 선택한다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.254]. - 구속 반력: SPC 로 구속된 grid point 에서는 single point constraint force(SPCF)라 불리는 구조 반력을 복원할 수 있다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.156].
- Enforced motion: SOL 400 에서는 SPCD, SPCR 을 통한 enforced motion constraint 가 별도로 다뤄진다 [MSC_Nastran_2022.4_SOL_400_Getting_Started_Guide.pdf p.149].
- AUTOSPC: 특이성(singularity)을 가진 자유도를 자동으로 구속하는 기능으로, 강성비(stiffness ratio)가
EPS값보다 작은 특이성을 single 또는 multipoint constraint 로 자동 구속한다.SPC옵션은 특이 자유도에 single-point constraint 를(기본값), 옵션에 따라 MPC 도 적용 가능하며,PUNCH옵션으로 SPC/MPC Bulk Data entry 를 PUNCH file 에 생성할 수 있다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.262]. - Subcase 와의 관계: SOL 106 같은 해석에서는 정적 하중, 구속(SPC 와 MPC), 비선형 반복 전략의 고유 조합마다 별도 subcase 를 정의해야 한다 [MSC_Nastran_2022.4_Reference_Guide.pdf p.35]. superelement 별로 서로 다른 SPC/MPC set 을 MASTER subcase 에서 지정할 수 있다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.477].
관련 솔루션·항목
- 구속력 출력: SPCFORCE 명령은 single point force of constraint 를, MPCFORCE 명령은 multipoint/RBE constraint force 를 요청하며, EQUILIBRIUM Case Control 명령은 applied load, SPC/MPC 구속력의 요약을 생성한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.342].
- 자유도 집합: USET 의 m-set/s-set 을 통해 MPC, rigid element, SPC 의 존재 여부를 확인할 수 있다 [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.2311].
- 관련 페이지: SPC, SPC1, SPCADD, SPCD, MPC, GRID, SPCFORCE, MPCFORCE, AUTOSPC, Case Control, SOL 106 Nonlinear Static Analysis, SOL 400
참고 매뉴얼
- 구속의 기본 정의와 SPC/MPC 개요 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.156] [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.157] [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.254]
- SOL 400 에서의 constraints 구성 [MSC_Nastran_2022.4_SOL_400_Getting_Started_Guide.pdf p.9] [MSC_Nastran_2022.4_SOL_400_Getting_Started_Guide.pdf p.149]
- Case Control 명령(SPC, AUTOSPC, EQUILIBRIUM)과 Bulk Data entry [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.262] [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.342] [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.477] [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.622]
- Subcase 별 구속 정의 [MSC_Nastran_2022.4_Reference_Guide.pdf p.35]
- 구속력 데이터 블록과 USET 확인 [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.2311] [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.2427]