원통 좌표계에서의 전단 응력 성분 해석

따라서 원통 좌표계(cylindrical coordinate system)를 사용하는 경우, TXY를 출력하면 이는 TRθ에 해당한다.

전단 응력 성분의 대응 관계:

TXY = TRθ

→ θZ 평면(원주-축 방향 평면)에서 원주 방향(θ 방향)으로 작용하는 전단 응력

→ 벡터 플롯(Vector plot)에서는 모든 벡터가 축 방향(Z 방향)으로 나타남

TXZ = TRZ

→ ​θZ 원통 면에서 축 방향(Z 방향)으로 작용하는 전단 응력

→ 벡터 플롯에서는 모든 벡터가 원주 방향(θ 방향)으로 표시됨

TYZ = TθZ

→ RZ 평면(반지름-축 방향 평면)에서 축 방향(Z 방향)으로 작용하는 전단 응력

→ 벡터 플롯에서는 모든 벡터가 반지름 방향(R 방향)으로 표시됨

전단 응력 성분의 벡터 플롯

전단 응력은 특성상 일반 응력(정응력)처럼 벡터로 명확히 시각화하기가 어렵다.

SOLIDWORKS Simulation에서는 전단 응력 성분을 벡터로 표현할 때 다음과 같은 규칙을 따른다:

전단 응력 성분 Tij를 나타내는 벡터는

Tij와 Tji 모두에 수직인 방향, 즉

Tij × Tji (벡터의 외적 방향)을 따라 그려진다.

즉, 벡터 화살표는 해당 전단 응력이 작용하는 평면에 수직한 방향을 나타낸다.

벡터 방향 예시:

■ TXY의 벡터 → Z 방향

■ TXZ의 벡터 → Y 방향

■ TYZ의 벡터 → X 방향

복합재(composites)에서의 전단 응력 성분 정의

SOLIDWORKS Simulation에서는 복합재 쉘(composite shell)에 대해 다음과 같은 전단 응력 결과를 제공한다:

■ TXY: 선택한 기준 지오메트리의 YZ 평면에서 Y 방향으로 작용하는 전단 응력

■ TXZ: YZ 평면에서 Z 방향으로 작용하는 전단 응력

■ TYZ: XZ 평면에서 Z 방향으로 작용하는 전단 응력

■ ILTXZ: XZ 평면에서의 층간 전단 응력(Interlaminar shear)

■ ILTYZ: YZ 평면에서의 층간 전단 응력

출력 형식 및 좌표계 기준

TXY, TXZ, TYZ는 컨투어(등치선) 또는 벡터 플롯 형태로 출력할 수 있으며,

전역 좌표계(Global Coordinate System) 또는 복합재의 적층 방향(Ply direction) 기준 중 선택 가능하다.

복합재의 적층 방향 기준으로 설정하면, TXY는 항상 복합재 쉘 평면 내에서의 전단 응력을 의미한다.

층간 전단 응력 (Interlaminar Shear Stress)

ILTXZ 및 ILTYZ는 층간 전단 응력으로, 다음 조건에서만 출력 가능하다:

■ 요소 값(element value)으로서의 컨투어 플롯만 지원

■ 복합재의 적층 방향 기준으로만 해석됨

■ 특정 적층 번호 n에 대해 ILTXZ 또는 ILTYZ를 출력하면, n번째 층과 n+1번째 층 사이의 층간 전단 응력을 의미한다.

따라서, 복합재의 마지막 층에는 그 위에 층이 존재하지 않기 때문에 ILTXZ 및 ILTYZ 값은 항상 0이 된다.