Superelements
대형 유한요소 모델을 부분구조(substructure)로 분할하여 각각을 경계 자유도로 축약한 뒤
조립·해석하는 MSC Nastran 의 모델 축약 기법이다.
정의
Superelement 는 모델의 일부를 하나의 축약된 단위로 표현하는 부분구조화(substructuring)
방식이다. MSC Nastran 은 superelement 의 생성과 조립(Superelement Generation and Assembly),
행렬 생성(Superelement Matrix Generation), 그리고 데이터 복원(Superelement Data Recovery)
단계를 거쳐 처리한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.601]
[MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.611]
[MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.603].
대표적인 축약 형태인 Component Mode Synthesis (CMS) 는 행렬을 물리 좌표(physical
coordinates) 외에 모달 좌표(modal coordinates — 공진 주파수, normal modes, modal mass,
stiffness, damping)로 표현하는 superelement 축약 기법이다. 모달 좌표 수가 물리 좌표 수의
1/10 수준으로 적을 수 있어 효율적이며, modal test data 를 활용해 전체 해석 정확도를
높일 수 있다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.45].
핵심 내용
- 처리 단계: superelement 는 생성·조립, 행렬 생성, 데이터 복원의 단계로 처리되며,
조립의 마지막 superelement 와 응답 민감도(Response Sensitivity) 처리 단계가 정의된다
[MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.607]
[MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.613]. - 경계/연결 카드:
CSUPER는 동일·거울상(mirror image) superelement 또는 외부
소스 superelement 의 grid·scalar point 연결을 정의하며 이들은 secondary superelement
로 불린다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1058]
[MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1527].CSUPEXT는 외부 점을
superelement 에 할당하고,EXTRN은 external superelement 의 경계 연결을 정의하며,
GRID는 내부 점을,RELEASE는 연결되지 않은 외부 grid 의 자유도를 정의한다
[MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1058]. - partitioned superelement:
SEBNDRY는 자동 경계 탐색용 grid 목록을,SEBULK은
경계 탐색 옵션과 반복·거울상·collector superelement 를,SECONCT는 grid·scalar point
연결 절차를 명시적으로 정의한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1058].
SELOC류의 재배치는 superelement 내 3개의 비공선(noncolinear) 점과 대응하는 외부
점으로 정의된다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.2778]. - Component Mode Boundary Conditions:
BNDFIX/BNDFIX1은 a-set 자유도를 b-set 으로
고정,BNDFREE/BNDFRE1은 c-set 으로 자유롭게 두며,BSET/CSET도 CMS 계산 시
자유도를 정의한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1045].
SEQSET1은 CMS 에 쓰이는 superelement 의 generalized degrees-of-freedom 을 정의하고,
SESUP은 free-body 해석의 reaction 자유도를 정의한다
[MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1046]
[MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.2785]. - Case Control:
SUPER(Case) 는 subcase 를 하나의 superelement 또는 superelement
집합에 할당한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.646]. - DMAP 데이터블록 명명: superelement 관련 데이터블록은
CM____(component modes),
____S(SEP2/GP1 모듈 출력),__LIST(SLIST/DRLIST/DSLIST 등 처리 목록),MAPS(경계
grid map),SEMAP(superelement map) 의 명명 규칙을 따른다
[MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.2714].
관련 솔루션·항목
- 경계/연결 카드: CSUPER, CSUPEXT, EXTRN, GRID, RELEASE,
SEBNDRY, SEBULK, SECONCT, SELOC - Component mode boundary conditions: BNDFIX, BNDFREE, BSET, CSET,
SEQSET1, SESUP - Case Control: SUPER
- 관련 개념: Component Mode Synthesis, Degrees of Freedom Sets, Normal Modes,
SOL 103 Normal Modes
참고 매뉴얼
- [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.601]
- [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1058]
- [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1527]
- [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.45]
- [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.2714]