Insight 구조&응용역학

1.개요이번에 다뤄볼 문제는 단자유도계(SDOF)의 Base Transmissibility(기초 가진 응답) 에 관한 매우 전형적인 구조동역학 문제입니다. 구조동역학을 학부 과정에서 배우는 학교라면 중간고사나 기말고사에서 거의 빠지지 않고 출제되는 유형이며, 공무원 시험이나 기술고시에서도 종종 등장하는 기본 문제입니다.문제의 형태는 다양하게 바뀔 수 있습니다. 본 문제처럼 진동테이블 위에 질량-스프링 시스템이 놓인 경우도 있고, 회전체의 불평형 질량(Unbalance Mass)에 의해 발생하는 강제진동 문제로 출제되기도 합니다. 또한 차량이 요철이 있는 도로를 주행할 때의 차체 진동, 철도 차량의 승차감 해석 등도 결국 같은 원리로 설명됩니다. 겉모습은 서로 다르지만 모두 동일한 운동방정식에서 출발하는 ..

1.개요이번 문제의 구조물은 형식적으로는 2차 부정정 구조물입니다. 그러나 외력 F에 대해 구조물이 축력보다는 휨모멘트로 저항하며, 축방향 거동은 문제의 본질적인 지배 조건이 아닙니다. 따라서 소성해석 관점에서는 추가로 필요한 소성힌지 조건이 사실상 하나뿐인 구조물로 바라볼 수 있습니다. 결국 두 개의 소성힌지가 형성되면 구조물은 더 이상 외력에 저항할 수 없는 기구(Mechanism)가 되어 붕괴하게 됩니다.이러한 소성붕괴 문제는 크게 상한계 해석(Upper Bound Analysis)과 하한계 해석(Lower Bound Analysis) 두 가지 방법으로 접근할 수 있습니다.많은 수험생들은 소성붕괴하중을 구할 때 순차적으로 소성힌지 발생을 추적하는 하한계 해석에 익숙합니다. 실제 시험에서도 먼저 한 ..

1.개요2009년도 5급 공채 구조역학 5번 문항에 대하여 조금 더 효율적인 풀이를 원하는 구독자분의 질의가 있어 해당 문항을 다시 정리해보게 되었습니다. 사실 위 문제는 단순히 “어떤 방법으로 풀 수 있는가”보다 “어떤 방법이 더 효율적인가”를 판단하는 과정 자체가 중요한 문제입니다. 어떤 수험생들이 변위법으로 접근하려고 하지만, 이 문제의 경우에는 오히려 응력법적 접근이 훨씬 효율적입니다. 그 이유는 자유도(DOF)의 개수가 많기 때문입니다. 하중 대칭과 구조물 대칭을 활용하여 반쪽 해석을 수행하고, 모멘트가 0이 되는 지점의 local 자유도를 제거하여 강성도를 수정한다고 하더라도 local 자유도는 8개, Global 자유도는 7개 수준이 됩니다. 결국 최소 7개의 미지수를 끌고 가야 하는 형태가..

1.개요제 구독자 분들 중에 5급 준비 수험생도 있어 직접강도법 풀이에 대한 포스팅을 작성하여 올립니다.직접강도법(Direct Stiffness Method)은 현대 구조해석과 유한요소법(FEM)의 기반이 되는 가장 핵심적인 해석 방법 중 하나입니다. 처음 접하면 수많은 행렬과 좌표변환 때문에 어렵게 느껴질 수 있지만, 실제 본질은 매우 단순합니다. 각 부재를 가장 해석하기 쉬운 Local 좌표계(Local DOF)에서 먼저 정의하고, 이를 구조물 전체의 공통 좌표계(Global DOF)로 변환하여 하나의 구조물로 조립하는 과정입니다. 즉, 부재 하나하나는 독립적으로 해석하지만 최종적으로는 모든 부재가 절점을 공유하며 연결되어 있다는 사실을 강성행렬(Global Stiffness Matrix)로 표현하는..

1.개요7급, 9급 시험에서도 매우 자주 등장하는 1차원 축부재 문제입니다. 이번 포스팅에서는 이러한 유형이 5급 공채에서는 어떤 형태로 출제되는지 소개해드리고자 가져와 보았습니다. 위의 문제는 실제로 2023년도 5급 공채 응용역학 3번 문항으로 출제된 문제입니다.7급에서는 이러한 1차원 축부재 구조물에 대해 단순 하중뿐만 아니라 온도 변화, 제작오차, 강제변위 등 다양한 조건을 결합하여 출제하는 경우가 많습니다. 하지만 축부재 문제의 장점은 local DOF와 global DOF의 관계가 매우 단순하다는 점입니다. 결국 구조물의 변위 관계와 적합조건만 정확히 이해하고 있다면, 조건이 여러 개 추가되더라도 복잡한 평형방정식을 길게 세우지 않고 매우 빠르고 직관적으로 문제를 해결할 수 있습니다.특히 저는..

1. 개요2007년 1번 문제를 보고 이어서 2번 문제를 보는 순간, 너무 흥미로운 문제라 그냥 지나칠 수가 없었습니다.겉보기에는 장치가 굉장히 많고 복잡해 보입니다. 휨부재로 이루어진 프레임 구조물에 내·외부 온도차가 존재하고, 내부 온도수축 조건까지 있으며, 지점침하까지 추가되어 있습니다. 처음 보면 “계산량이 엄청나겠다”라는 생각이 자연스럽게 드는 문제입니다. 하지만 조금만 시각을 바꾸어 보면 출제자의 의도가 굉장히 선명하게 드러나는 매우 재미있는 문제입니다.제가 아는 대부분의 사람들은 이런 문제를 보면 곧바로 에너지법으로 접근합니다. 구조물 전체의 휨에너지, 축변형 에너지, 온도변형에 의한 에너지 등을 모두 전개하여 합산하고, 지점침하까지 전포텐셜에너지 개념으로 확장하여 계산기에 입력합니다. 물론..

1.개요요즘 제 수업을 듣는 학생들이 처짐을 쉽고 빠르게 구하는 방법에 대해 많은 질문을 하고 있습니다.대부분의 수험생들은 그동안 공액보법이나 에너지법에 지나치게 익숙해져 있다 보니, 처짐을 단순한 더하기와 빼기 수준의 직관적인 접근으로 해결하는 방식에는 오히려 익숙하지 않은 경우가 많습니다. 물론 공액보법과 에너지법은 매우 강력한 도구이며, 강사 입장에서도 체계적으로 설명하기 편한 방법입니다. 특히 에너지법은 처짐 문제에서 거의 만능에 가까운 풀이법이라 할 수 있습니다. 공학용 계산기를 사용할 수 있는 환경이라면 부정정력은 물론 처짐과 같은 물성치도 적절한 스킬을 통해 빠르게 산정할 수 있습니다.하지만 문제는 손계산입니다. 저는 에너지법을 손적분으로 풀어야 하는 상황에서, 특히 두 개 이상의 항으로 이..

1.개요위 그림에서의 핵심은 C점의 수직 변위를 구하는 것입니다.과거 학부 시절 구조역학에서 유사한 유형을 접한 적이 있지만, 당시 문제는 부정정 구조물이었던 반면, 본 문제는 정정 구조물이라는 점에서 훨씬 단순하게 접근할 수 있습니다.풀이 방법은 다양하게 존재하지만, 본 포스팅에서는 변위법의 장점을 적절히 결합하여 빠르고 효율적으로 해결하는 하나의 스킬을 소개하고자 합니다.겉보기에는 복잡해 보일 수 있으나, 문제의 구조를 정확히 파악하면 매우 간결하게 정리할 수 있습니다.핵심 아이디어는 다음과 같습니다.만약 B점에서 수직 변위가 발생하지 않는다고 가정하면, 해당 구조물은 단순보의 처짐 문제로 환원하여 쉽게 해석할 수 있습니다. 그러나 실제로는 B점에 수직 변위가 존재하며, 이로 인해 C점에는 종속 변위..

1.개요캔틸레버 변단면 문제에 이어, 이번에는 한 단계 더 나아간 형태의 변단면 문제를 출제해보았습니다.풀이를 확인하기에 앞서, 반드시 스스로의 방법으로 한 번 고민해보시기를 권장드립니다. 자신의 해법을 점검하고, 이후 타인의 풀이를 비교·분석하여 그 중 필요한 부분만 취사선택하는 과정이 결국 ‘나만의 풀이’를 만드는 핵심입니다. 단순히 남의 풀이를 그대로 받아들이는 것은 실력 향상에 큰 도움이 되지 않습니다.이번 문제는 기존 캔틸레버 구조물이 아닌, 단순보에서의 변단면 응용 문제입니다. 실제 하프 모의고사로 출제했을 당시, 많은 수강생들이 처음에는 ‘이게 과연 손으로 빠르게 풀 수 있는 문제인가’라는 의문을 가졌습니다. 그러나 처짐각법을 일관된 관점으로 적용하는 방법을 익힌 이후에는, 오히려 직관적으로..

1.개요그동안 축부재 관련 포스팅에서는 비교적 단순한 구조물을 대상으로, Kinematic 관계를 설정하고 이를 바탕으로 가상변위의 법칙을 적용하는 방법을 다뤄왔습니다.이번 포스팅에서는 한 단계 더 나아가, 강체로 연결된 구조물에 온도 변화까지 결합된 보다 복잡한 형태의 문제에 대해 가상변위의 법칙을 어떻게 적용할 수 있는지를 살펴보고자 합니다. 한눈에 보기에도 다소 까다로운 문제이기 때문에, 많은 수험생들은 응력법과 가상일의 법칙을 우선적으로 떠올릴 가능성이 큽니다. 이는 일반적으로 Kinematic 관계 설정 자체를 어려워하기 때문입니다.하지만 응용역학 및 구조역학에서는 응력법뿐만 아니라 변위법의 관점에서 구조물을 해석하는 능력 또한 매우 중요합니다. 두 접근을 함께 비교하며 이해하면, 구조물을 보다..