왜 SOLIDWORKS 시뮬레이션에서 '안전율(Factor of Safety, FOS)' 결과와 재료의 '항복강도(Yield Strength)'를 최대 폰 미세스 응력으로 나눈 값이 일치하지 않을까요?

이 결과는 다음 옵션 중 하나가 활성화된 그래프에서 응력을 고려하기 때문에 발생할 수 있습니다:

- 부품의 경계를 기준으로 한 평균 결과 (정적 스터디의 응력 그래프)

- 중간 노드에서의 평균 응력 (정적 스터디의 응력 그래프)

- 중간 노드에서의 평균 응력 (비선형 스터디의 속성)

이러한 거동은 사용하는 실패 기준과 관계없이 발생합니다.

Average Stresses at Mid-nodes

이 옵션을 사용하면 고품질의 솔리드 요소에 대해 소프트웨어가 가장 가까운 꼭짓점 노드의 응력 값을 평균하여 중간면 노드에서 응력을 계산합니다. 

SOLIDWORKS 온라인 도움말의 Result Options PropertyManager 항목을 참조하십시오.

또한 SOLIDWORKS 시뮬레이션은 항상 응력 구성 요소의 평균값에서 안전율 (Factor of Safety, FOS)을 계산합니다. 이는 중간 노드에서의 평균 응력 옵션을 비활성화하는 것과 해당됩니다.

예)

다음 Model_for_FOS_check_1을 검토해보면, 정적 스터디의 폰 미세스 응력 결과는 다음과 같습니다.

최대 응력은 고체 고품질 요소의 중간 노드에서 발생합니다. 이로 인해 모델의 최대 폰 미세스 응력에 '중간 노드에서의 평균 응력' 옵션의 뚜렷한 영향이 설명됩니다.

이 고체 본체의 재료는 ASTM A36 강철입니다. 이 재료의 항복강도는 250 MPa입니다.

'중간 노드에서의 평균 응력' 옵션이 비활성화된 상태(끄기)에서 최대 폰 미세스 응력 값이 90.205 MPa로 나타난다면, 기대되는 최소 안전율(FOs)은 250 / 90.205 = 2.77입니다.

비교하면, 중간 노드의 평균 응력 옵션이 활성화되어 있을 때(on) 최대 von Mises 응력 값이 76.6MPa일 때(on) 예상 최소 FOS는 250 / 76.6 = 3.26이 됩니다. 

Average Results Across Boundary for Parts Option 

스트레스 플롯을 생성할 때, 기본적으로 Average results across boundary for parts 옵션이 활성화됩니다. 이 옵션은 모델의 두 구성 요소(어셈블리 또는 멀티바디 구성 요소) 사이의 공통 노드에서 결과를 평균화합니다.

SOLIDWORKS Simulation은 항상 응력 구성 요소의 비평균화된 값에서 안전율(Factor of Safety, FOS)을 계산합니다. 이는 Average results across boundary for parts 옵션을 비활성화하는 것과 해당됩니다.

참고:

Average results across boundary for parts 옵션은 두 개 이상의 본체에 공통적인 노드의 응력 값을 영향을 미칩니다. 이는 Enforce common nodes between touching boundaries 옵션이 활성화된 경우에만 해당됩니다.

예:

첨부된 파일의 Model_for_FOS_check_2 예시 모델을 검토해보면, 이 모델은 두 개의 본체가 겹치는 면을 가지고 있습니다. 이 본체들은 독립적인 메쉬로 연결되어 있습니다. 정적 해석에서의 폰 미세스 응력 결과는 다음과 같습니다:

부품에 대한 Average at middle stress 옵션이 꺼지면 두 물체에 공통적인 노드에서 최대 응력이 발생합니다. 이것은 모형에서 최대 von Mises 응력에 대한 부품에 대한 경계를 넘어 평균 결과 옵션의 눈에 띄는 효과를 설명합니다.

솔리드 바디의 소재는 ASTMA 36 Steel입니다. 이 소재의 경우 Yield Strength는 250MPa입니다.

Average at middle stress 옵션이 켜지면 그때 최대 von Mises stress 값이 90.205 MPa일 때 예상되는 최소 FOS는 250 / 98.1 = 2.55입니다

이는 FOS 결과에 해당합니다:

비교하자면, Average at middle stress 옵션이 켜져 있을 때 최대 von Mises stress 값이 76.6MPa일 때 예상되는 최소 FOS는 250 / 91.5 = 2.73이 됩니다.