Insight 구조&응용역학

1.개요이번 포스팅에서는 앞서 다루었던 2023년 5급 공채 구조역학 제3문 소문제 1번에 이어, 소문제 2번의 부정정 라멘 구조물을 풀어보겠습니다. 앞선 포스팅에서는 부정정 트러스를 대상으로 유연도 매트릭스를 직접 구성하여 부정정력을 산정하는 방법을 소개하였습니다. 이번 문제에서는 별도의 유연도 매트릭스를 구성하기보다는, 그때 살펴보았던 유연도법의 본질인 변위일치조건을 보다 직접적으로 활용하여 문제를 풀어보겠습니다.부정정 구조물의 해석에서 중요한 것은 복잡한 공식을 얼마나 많이 알고 있는지가 아니라, 어떤 구속조건 때문에 부정정력이 발생하고 그에 대응하는 변위가 어떠한 조건을 만족해야 하는지를 파악하는 것입니다. 이번 문제에서는 A점의 수평반력을 부정정력 (X)로 선정하면, 실제 구조에서 A점의 수평변..

1.개요이번 포스팅에서는 2023년 5급 공채 구조역학 제3문 소문제 1번을 통해 부정정 트러스를 유연도 매트릭스(Flexibility Matrix)로 해석하는 방법​을 소개하고자 합니다. 이전에도 2022년 5급 공채 구조역학 2번 문제를 다루면서 유연도 매트릭스를 활용한 풀이를 소개한 적이 있습니다. 유연도 매트릭스는 행렬의 형태 때문에 처음 접하면 다소 복잡한 별개의 해석법처럼 보일 수 있지만, 그 원리를 따라가 보면 결국 가상하중의 법칙(Virtual Force Method)​을 행렬의 형태로 정리한 것에 가깝습니다. 부정정력을 하나씩 단위하중으로 작용시켜 각 부재에 발생하는 부재력을 구하고, 이를 통해 유연도계수 (fij)를 구성하여 변위일치조건을 만족시키는 것이 핵심입니다.실제 수험 풀이에서는..

1. 개요이번 문제는 캔틸레버보에 두 개의 케이블이 연결된 2차 부정정구조로, 케이블의 축변형과 보의 휨변형을 함께 고려해야 하는 문제입니다. 일반적인 힘의 방법으로도 해결할 수 있지만, 각 단위 미지력에 의해 발생하는 부재력을 평형행렬로 정리하고 부재 유연도 매트릭스와 결합하면 전체 계산과정을 비교적 체계적으로 나타낼 수 있습니다. 특히 유연도 매트릭스법은 단순히 공식을 행렬로 바꾸어 표현하는 방법이 아니라, 평형조건에 의해 부재력을 구성하고 각 부재의 변형에너지를 이용하여 미지력 방향의 변위를 산정한다는 점에서 힘의 방법을 일반화한 해석법이라고 볼 수 있습니다.이 문제에서 주의해서 살펴볼 부분은 케이블의 일방향 거동입니다. 두 케이블이 모두 장력을 전달한다고 가정하여 변위일치조건을 적용하면 DE 케이..

1.개요구조역학을 공부하다 보면 처짐각법(Slope Deflection Method)은 계산이 많고 풀이 시간이 오래 걸리는 해석법이라는 인식을 갖는 수험생들이 많습니다. 실제로 시중의 교재를 보면 모든 절점의 회전각과 횡변위를 기계적으로 미지수로 설정한 뒤, 부재별 처짐각식을 모두 전개하여 긴 연립방정식을 푸는 방식이 대부분입니다. 이러한 풀이를 처음 접한 수험생 입장에서는 "시험장에서 이런 방법을 어떻게 사용하라는 것인가?"라는 생각이 드는 것도 무리가 아닙니다. 결국 처짐각법은 실전에서는 사용할 수 없는 비효율적인 해석법이라는 오해가 생기고, 많은 수험생들이 모멘트분배법이나 강성법만 익힌 채 처짐각법은 형식적으로만 공부하고 넘어가는 경우가 많습니다.하지만 이는 처짐각법 자체의 한계라기보다 효율적으로..

1.개요해당 문제는 7급·9급 시험에서는 거의 다루지 않는 감쇠 단자유도계의 운동을 대상으로 하지만, 기술고시나 구조기술사를 준비하는 수험생이라면 구조동역학의 기본 과정에서 반드시 학습해야 하는 내용입니다. 일부 수험생은 공학용 계산기의 deSolve와 같은 미분방정식 풀이 기능에 지나치게 의존한 나머지, 운동의 물리적 의미나 해의 구조를 이해하기보다 계산 절차와 문제풀이 기술에만 집중하기도 합니다. 그러나 이러한 방식은 동역학을 제대로 공부하는 방법이라고 보기 어렵습니다. 반대로 다자유도계 해석, 모드 직교성, 이를 이용한 운동방정식의 비연성화(decoupling)와 같은 뒤 단계의 주제를 지나치게 중요하게 여기고 복잡한 수식에 매몰되는 경우도 있습니다. 다자유도계 역시 본질적으로 단자유도계에서 학습한..

1.개요2026년 기술고시 응용역학 시험은 공학용 계산기 사용이 금지된 상태에서 출제되었습니다.개인적으로는 이러한 출제 방향이 매우 바람직하다고 생각합니다.이전 포스팅에서도 여러 번 언급했듯이, 공학용 계산기의 보급 이후 응용역학 문제는 어느 순간부터 평형방정식을 세우고, 하중에 대한 변형에너지를 구한 뒤, 미분하여 답을 얻는 획일적인 풀이가 반복되는 경향을 보였습니다.심지어 기술고시 수험생들 사이에도 "최소일이 만능"는 인식이 생긴 이유 역시 공학용 계산기의 강력한 계산 능력 때문이라고 생각합니다.하지만 실제 구조 엔지니어링 현장을 떠올려 보면 어떨까요? 구조물을 설계하거나 해석할 때 엔지니어가 공학용 계산기를 두드리며 업무를 수행하는 경우는 없습니다. 대부분의 구조해석은 SAP2000, MIDAS, ..

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.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. 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..