절대 좌표계 (Absolute coordinate system) 와 사용자 좌표계 (User Coordinate System) - 기구설계 이론 14

안녕하세요. 똑순이 밍쓰입니다.

 

오늘은 해석(Simulation)할 때

기초적인 작업인 

좌표계 설정에 관련된

용어들을 알려드리도록 하겠습니다.

절대 좌표계 (Absolute coordinate system)

어떠한 공간 상에서 임의 한 지점의 위치를

정의하거나 가르키기기 위해서는

그 좌표를 말할 수 있는

기준이 되는 좌표계(Coordinate system)가

존재해야 합니다.

그리고 3차원 공간 상에서

위치를 정의하기 위한 좌표계(Coordinate system)는

기준이 되는 좌표축의 원점(Origin of Coordinate)과

세 개의 직교하는 좌표축(Axes of Cooordinate)으로 구성됩니다.

예를 들어 지구상에 있는 각 나라나 도시의 위치는

위도, 경도 그리고 고도로 표시되는데,

이러한 위치 표시는 지구 중심을 원점으로

하나 하나의 기준 좌표계(Coordinate system)에

따르는 것입니다.

 

좌표계(Coordinate system)는 목적에 따라

자유로이 설정할 수 있는데,

크게 절대 좌표계(Absolute Coordinate system)와

이동 혹은 변동 좌표계(Coordinate)로 구분 할 수 있습니다.

절대 좌표계(Absolute Coordinate system)는

일단 한번 설정되면

원점(Origin of Coordinate)의 위치나

좌표축(Axes of Cooordinate)의 방향이

절대 변하지 않는 고정 좌표계인 반면,

이동 혹은 변동 좌표계(Coordinate system)는

원점(Origin of Coordinate)의 위치나

좌표축(Axes of Cooordinate)의 방향이

이동 그리고 회전이 가능한

좌표계(Coordinate system)를 의미 합니다.

 

컴퓨터를 활용한 CAD나 수치해석에 있어

절대좌표(Absolute Coordinate)는

모니터(Monitor)를 기준으로 설정되는데,

일반적으로 모니터의 좌측 하단을

원점(Origin of Coordinate)으로 하고

모니터의 수평, 수직

그리고 모니터 화면에 수직한 방향을

세 축의 좌표축(Axes of Cooordinate)으로 합니다.

 

이 좌표는 하나의 절대 좌표계 (Absolute coordinate system)로써,

형상 모델링이나 수치해석의 기준이 되는

좌표계(Coordinate system) 입니다.

다시 말해, 우리가 임의 물체의 형상을

모델링(Modeling)하거나

이 모델을 해석(Simulation)하는 경우

사용자가 특별히 지정하지 않는 한

이 좌표계(Coordinate system)를 기준으로

형상(Shape)과 해석(Simulation)이 주어 지게됩니다.

이와 달리 재료 물성치를 입력하기 위한

재료 좌표계 (Material coordinate system)나

각종 구속조건을 편리하고 정확하게 설정하기 위한

사용자 좌표계(user coordinate system)는

일종의 이동 혹은 변동 좌표계(Coordinate system)에

해당됩니다.

대부분의 상용 프로그램에서는

사용자의 편의성을 위해

프로그램 자체의 절대 좌표계(Absolute Coordinate system)외에

이러한 좌표계를 사용자가 임의로 설정 할 수 있도록 하고 있습니다.

 

사용자 좌표계 (User Coordinate system)

유한요소 해석을 위한 모델링(modeling)에는

형상, 요소망(mesh), 재료 물성치(Material property)

그리고 경계조건(Boundary Condition)을 설정하게 됩니다.

그리고 이러한 제반 작업을 위해서는

기준좌표계(Reference coordinate)가 필요하게 되는데,

보통의 경우에는

하나의 좌표계(Coordinate system)만 지정하면 됩니다.

하지만 지정의 정확성과 편의성을 위하여

하나 이상의 좌표계(Coordinate system)를

필요로 하는 경우도 종종 발생합니다.

예를 들어, 형상이나 요소망 생성을 위해

직교 좌표계를 사용하면서

물체 내부에 존재하는 원형 구멍에

회전 슬라이딩(Rotational Sliding)조건을

부여하기 위해 국부적으로

원통 좌표계(Coordinate system)를 사용할 수도 있습니다.

이렇게 되면 요구되는 경계조건을

정확하게 그리고 편리하게 지정할 수 있습니다.

 

또 다른 예로는

각기 방향이 다른 섬유(Fiber)가 삽입되어 있는

복합체(Composite Material)의

재료 물성치를 지정하기 위해서는

좌표축이 섬유방향과 일치하도록

추가적으로 좌표계(Coordinate system)를

설정해 주게되면

작업을 하는데 편리합니다.

 

이와 같이 위에서 언급한 제반 작업을 편리하게

그리고 정확하게 처리하기 위해

사용자가 국부적으로 설정한

추가적인 좌표계(Coordinate system)를

사용자 좌표계(User Coordinate System)라고 부릅니다.

그리고 이러한 사용자 좌표계(User Coordinate System)

가운데 재료 물성치 부여를 위해

추가적으로 설정한 사용자 좌표계(User Coordinate System)를

재료 좌표계(Material Coordinate System)라고 부릅니다.

 

이러한 좌표계(Coordinate System)를

잘 이용한다면 

해석(Simulation)하는데 

효율적인 방법이 될 수 있습니다.