KR102309071B1 - Earthquake damage prediction and visualization simulation system of environmental facilities - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정수장, 오폐수처리장, 상하수도시설 등의 환경시설물의 유체-지반-구조물 상호작용을 고려한 지진피해예측 및 시뮬레이션 기술을 활용하여, 재난 시나리오별 피해예측과 예방활동으로 재난피해 발생확률을 저감시킬 수 있는 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.The present invention utilizes earthquake damage prediction and simulation technology that considers the fluid-ground-structure interaction of environmental facilities such as water purification plants, wastewater treatment plants, and water and sewage facilities to reduce the probability of occurrence of disaster damage through damage prediction and prevention activities for each disaster scenario. It relates to an earthquake damage prediction and visualization simulation system for environmental facilities that can be used.
국내에서도 지진발생빈도가 증가하여 이로 인한 피해가 현실화되는바, 최근 경주, 포항 등에서 발생한 지진은 설계지진보다 작은 규모임에도 불구하고 3개의 정수장과 2개의 하수처리장, 다수의 상수관로 등의 환경시설물(Environmental facilities)이 피해를 입어 막대한 복구비용이 소모된 것이 사실이다.In Korea, as the frequency of earthquakes increases, the damage is realised. Although the recent earthquakes in Gyeongju and Pohang were smaller than the designed earthquakes, environmental facilities such as three water purification plants, two sewage treatment plants, and a number of water pipes ( It is true that the environmental facilities) were damaged and a huge amount of restoration cost was consumed.
이에 따라, 상하수도시설물을 포함하는 환경시설물 전반에 대한 내진설계 및 성능평가, 내진보강이 시급히 요구되고, 이로 인해 내진기준이 상향되었지만, 기존의 환경시설물에 대한 내진성능의 재평가가 미흡하여, 내진성능을 평가하는 과정에서 지진의 지역적 특성을 고려하여 표준화된 평가방법을 적용하기 위한 도구 및 가이드라인이 필요하다.Accordingly, seismic design, performance evaluation, and seismic reinforcement for overall environmental facilities including water and sewage facilities are urgently required. In the process of evaluating earthquakes, tools and guidelines are needed to apply standardized evaluation methods in consideration of regional characteristics of earthquakes.
특히, 정수장, 오폐수처리장, 상하수도시설 등을 포함하는 환경시설물의 대부분은 내진설계가 아예 없거나 내진설계의 성능인증 방법이 부재한 것이 현실이다.In particular, the reality is that most of the environmental facilities including water purification plants, wastewater treatment plants, and water and sewage facilities do not have seismic design at all or there is no method to certify performance of seismic design.
또한, 지진시 구조물의 해석은 구조물의 위치한 주변 조건에 따라 다르므로, 강체 지반 위에 놓인 구조물은 하면에서 지진하중을 가력하는 형태로 해석하나, 유연한 지반에 놓인 구조물은 지반의 영향을 고려한 지반-구조물 상호작용 해석으로 가능하고, 유체를 담고 있는 구조물은 유체-구조물 상호작용 해석이 필요하다. In addition, since the analysis of structures during an earthquake differs depending on the surrounding conditions where the structures are located, structures placed on rigid ground are analyzed in the form of applying seismic loads from the bottom, but structures placed on flexible ground are ground-structures considering the influence of the ground. Interaction analysis is possible, and structures containing fluids require fluid-structure interaction analysis.
이때, 정수장 또는 하수처리장의 수조구조물, LNG 저장탱크과 같은 유체가 담긴 구조물이 지반에 묻혀있는 형태의 시설물은 지반-구조물 상호작용과 유체-구조물 상호작용을 동시에 고려해야 하여야 하므로 결국 유체-지반-구조물의 상호작용을 고려하여야 할 것이다.At this time, for a facility in which a structure containing a fluid is buried in the ground, such as a water tank structure of a water purification plant or a sewage treatment plant, and an LNG storage tank, the ground-structure interaction and the fluid-structure interaction must be considered at the same time. interaction should be considered.
그러나 현재, RC구조물인 정수장, 오폐수처리장, 상하수도시설을 포함하는 환경시설물의 경우 유체-지반-구조물 상호작용을 고려한 내진성능평가 및 취약지점 분석을 할 수 있는 시스템이 없기 때문이다.However, at present, in the case of environmental facilities including RC structures such as water purification plants, wastewater treatment plants, and water and sewage facilities, there is no system that can perform seismic performance evaluation and weak point analysis considering the fluid-ground-structure interaction.
이에 따라 유체-지반-구조물 상호작용을 고려한 지역별, 지진유형별, 시설물별 지진피해를 정량화 및 표준화하여 합리적인 예산수립 의사결정에 도움을 주는 시스템이 필요하다.Accordingly, there is a need for a system that helps in rational budgeting decision making by quantifying and standardizing earthquake damage by region, earthquake type, and facility in consideration of the fluid-ground-structure interaction.
본 발명은 유체가 담긴 수조를 포함하는 정수장 또는 오폐수처리장 등의 환경시설물을 대상으로 임의의 지진하중을 가하여 그 응답을 해석하고 이를 기반으로 설계 또는 내진성능평가하는 시스템으로, 유체-지반-구조물 상호작용을 고려한 지진해석을 목적으로 한다.The present invention is a system for designing or evaluating seismic performance based on an arbitrary seismic load applied to an environmental facility such as a water purification plant or a wastewater treatment plant including a water tank containing a fluid, and the response thereof is analyzed based on this. The purpose of seismic analysis considering the action.
그리고 정수장, 오폐수처리장과 같은 환경시설물의 관리동, 저수조, 물탱크, 관로를 포함하는 각 구조물의 유형에 따른 유체-지반-구조물 상호작용을 고려한 지진피해의 재난 결과를 수치적으로 모사하여 재난유형과 피해를 예측할 수 있는 시뮬레이션를 개발하여 구조물 유형에 따른 재난 시나리오별 피해예측을 목적으로 한다.In addition, by numerically simulating the disaster results of earthquake damage taking into account the fluid-ground-structure interaction according to the type of each structure, including the management building, water tank, water tank, and pipeline of environmental facilities such as water purification plants and wastewater treatment plants, the type of disaster and The purpose is to predict damage by disaster scenario according to the type of structure by developing a simulation that can predict damage.
또한, 이러한 시뮬레이션의 결과를 바탕으로, 환경시설의 가상 재난안전 교육지원 및 프로그램을 활용하여 운영자와 작업자의 재난대응 능력을 향상시키고, 지진피해의 평가 가이드라인의 제공을 목적으로 한다. In addition, based on the results of these simulations, the purpose is to improve the disaster response capabilities of operators and workers by utilizing virtual disaster safety education support and programs of environmental facilities, and to provide guidelines for evaluation of earthquake damage.
본 발명의 시스템은 관리동, 저수조, 물탱크, 관로를 포함하는 환경시설물의 각 유형별 유체-지반-구조물 상호작용을 고려한 지진응답해석을 수행하고 그 결과를 활용하여 내하력 산정을 통한 내진성 평가 및 해석결과에 의한 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.The system of the present invention performs seismic response analysis in consideration of fluid-ground-structure interaction for each type of environmental facility including management building, water tank, water tank, and pipeline, and uses the result to evaluate seismic resistance through calculation of load carrying capacity and analysis result It is related to the earthquake damage prediction and visualization simulation system of environmental facilities.
이를 위해 바람직하게는, 외부파일 및 템플릿 등을 활용하여 모델을 생성하는 모델링부(110);와 해석하고자 하는 구조물의 속성정보, 하중정보 단면 등의 구조물 정보를 설정하는 사용자 인터페이스부(120); 모델링부와 사용자 인터페이스부의 입력정보들이 저장되는 데이터베이스부(200);를 구비하고, 데이터베이스부는 내하력 설정 인터페이스부(130)에서 입력하는 정보를 사용자의 선택에 의해 저장여부를 결정할 수 있다.To this end, preferably, the modeling unit 110 for generating a model by using an external file and template; and a
데이터베이스부(200))에 저장된 모델링부와 사용자 인터페이스부에서 입력한 자료를 바탕으로 모델링 데이터를 컴퓨터 화면에 3차원 Mesh 화면으로 출력하는 모델링 데이터 가시화부(300);와 모델링 데이터 가시화부(300)에서 표시된 결과를 이용하여 구조해석 입력파일 생성부(500)에서 생성된 구조해석 입력파일을 생성하고, 구조해석수행부(510)를 실행하여 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)을 최종생성 할 수 있으며, 구조해석수행부(510)에서 만들어진 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)은 해설결과 가시화부(530)를 통해 응력, 변위, 속도, 가속도 등 분석결과를 화면으로 출력할 수도 있고, 사용자의 선택에 따라 내진성능평가 수행부(400)로 제공되어 내하력 설정 인터페이스부(130)에서 제공된 내하력 정보과 비교하여 그 결과를 성능평과 결과 출력부(410)로 출력할 수도 있다. A modeling data visualization unit 300 for outputting modeling data as a three-dimensional mesh screen on a computer screen based on data input from the modeling unit and the user interface unit stored in the database unit 200); and a modeling data visualization unit 300 The structural analysis input file generated by the structural analysis input file generating unit 500 is generated using the results displayed in It can be finally created, and the fluid-ground-structure interaction analysis result file 520 created by the structural
바람직하게는, 재료의 특성 및 단면데이터, 재료계수를 입력하는 내하력 설정 인터페이스부(130)를 구비하고, 내하력 설정 인터페이스부(130)에서 입력하는 자료들은 사용자의 선택에 의해 데이터베이스(200)에 저장되어 내진성능평가 수행부(400)에 정보를 제공할 수도 있으나, 데이터베이스(200)를 거치지 않고 곧바로 내진성능평가 수행부(400)에 제공되어 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과파일(520)과 함께 내하력과 작용하중을 비교하여 그 결과를 성능평과 결과 출력부(410)로 출력할 수도 있도록 구성될 수 있다. Preferably, a load-bearing force setting interface unit 130 for inputting material properties, cross-sectional data, and material coefficient is provided, and the data input from the load-bearing force setting interface unit 130 is stored in the
본 발명은 환경시설물의 지진피해를 예측하고, 환경시설물의 구성요소별 지진피해를 평가하여 지진피해 취약지점을 분석하는 시스템에 있어서, 모델링부(110); 및 사용자 인터페이스부(120); 내하력 설정 인터페이스부(130); 데이터베이스부(200); 모델링 데이터 가시화부(300); 내진성능평가 수행부(400); 성능평과 결과 출력부(410); 구조해석 입력파일 생성부(500); 구조해석수행부(510); 해석결과 가시화부(530);를 구비하는 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템을 제시한다.The present invention provides a system for predicting earthquake damage of environmental facilities and analyzing earthquake damage vulnerable points by evaluating the earthquake damage for each component of the environmental facilities, the system comprising: a modeling unit (110); and a
본 발명의 모델링부(110)는 외부파일 및 템블릿을 활용하여 모델을 생성하고, 사용자 인터페이스부(120) 해석하고자 하는 구조물의 속성정보, 하중정보 단면 정보를 포함하는 구조물 정보를 설정하여, 데이터베이스부(200)에 저장하고, 저장된 모델링부와 사용자 인터페이스부에서 입력한 자료를 바탕으로 모델링 데이터 가시화부(300)에 의해서 모델링 데이터를 컴퓨터 화면에 3차원 Mesh 화면으로 출력하는 것을 특징으로 한다.The modeling unit 110 of the present invention creates a model by using an external file and a template, and sets the structure information including the attribute information of the structure to be analyzed by the
본 발명의 모델링 데이터 가시화부(300)에 의해서 출력된 모델링 데이터는 구조해석 입력파일 생성부(500)으로 전달되어 구조해석 입력파일을 생성하고, 생성된 구조해석 입력파일은 구조해석수행부(510)에서 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)로 최종 생성되는 것을 특징으로 한다.The modeling data output by the modeling data visualization unit 300 of the present invention is transmitted to the structural analysis input file generating unit 500 to generate a structural analysis input file, and the generated structural analysis input file is transmitted to the structural
본 발명은 구조해석수행부(510)에서 최종 생성된 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)에 따른 응력, 변위, 변형, 단면력 결과를 가시화하여 출력하는 해석결과 가시화부(530)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides an analysis result visualization unit 530 that visualizes and outputs the results of stress, displacement, deformation, and sectional force according to the fluid-ground-structure interaction analysis result file 520 finally generated by the structural
본 발명의 구조해석수행부(510)에서 최종 생성된 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)은 내하력 설정 인터페이스부(130)에서 직접 입력하는 자료 또는 사용자의 선택에 의해 데이터베이스(200)에 저장된 내하력 자료와 함께 작용하중을 비교하여 환경 시설물의 구성요소별 지진피해를 평가하여 지진피해 취약지점을 분석하는 내진성능평가 수행부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The fluid-ground-structure interaction analysis result file 520 finally generated by the structural
환경시설물의 지진피해를 예측하는 시뮬레이션에 의한 결과물을 가시화하는 시스템은 외부파일 및 템플릿 등을 활용하여 모델생성하는 모델링부, 해석하고자 하는 구조물의 속성정보, 하중정보 단면 등을 설정하는 사용자 인터페이스부, 재료의 특성 및 단면데이터, 재료계수를 입력하는 내하력 설정 인터페이스부의 시뮬레이션 전처리과정을 용이하고 편리하게 생성할 수 있는 효과가 있다.The system that visualizes the results of simulation for predicting earthquake damage of environmental facilities includes a modeling unit that creates a model using external files and templates, a user interface unit that sets attribute information of the structure to be analyzed, load information section, etc.; It has the effect of easily and conveniently generating the simulation preprocessing process of the load-bearing force setting interface for inputting material properties, cross-sectional data, and material coefficients.
전처리 과정을 위한 그래픽 기반의 사용자 인터페이스 기술을 제공하는 모델링 데이터를 컴퓨터 화면에 3차원으로 출력하는 모델링 데이터 가시화부와 3차원 컴퓨터 그래픽기술로 해석결과를 시각화하는 해석결과 가시화부가 구비되어 입력파일의 생성결과 및 최종 해석결과를 용이하고 편리하게 생성할 수 있는 효과가 있다.A modeling data visualization unit that outputs modeling data that provides a graphic-based user interface technology for the pre-processing process in 3D on a computer screen and an analysis result visualization unit that visualizes analysis results with 3D computer graphic technology are provided to generate an input file It has the effect of being able to easily and conveniently generate results and final analysis results.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 사용자 인터페이스부에서 절점그룹을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 사용자 인터페이스부에서 요소그룹을 설정하는 구성에서 요소 그룹 목록이 출력된 화면을 설명하기 위한 도면.
도 4는 사용자 인터페이스부에서 요소그룹을 설정하는 구성에서 요소 그룹 목록을 설정하는 화면을 설명하기 위한 도면.
도 5는 해석결과 가시화부에서 시각화하여 표출되는 3D 형태의 프로그램 화면을 설명하기 위한 도면.
도 6은 해석결과 가시화부에서 화면 출력 결과 확인을 위하여 GUI를 통해 원하는 해석 결과를 확인하는 프로그램 화면을 설명하기 위한 도면.
도 7은 해석결과 가시화부에서 시각화 화면의 메뉴를 통해 해석 결과를 등치면으로 확인할 수 있는 프로그램 화면을 설명하기 위한 도면.
도 8, 9는 해석결과 가시화부에서 서로 다른 두 개 이상의 요소가 만나는 부분을 사용자 설정에 따라 평균값을 표출할 수 있는 프로그램 화면을 설명하기 위한 도면[Avg. Scalar On Nodes 비활성화(도 8), Avg. Scalar On Nodes 활성화(도 9)].
도 10, 11은 해석결과 가시화부에서 모델 형상 변형을 통한 해석 결과를 가시화할 수 있는 프로그램 화면을 설명하기 위한 도면[Auto Deformed Scale(도 10), Manual Deformed Scale(2500)(도 11)]1 is a view for explaining an earthquake damage prediction and visualization simulation system of environmental facilities according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a method of setting a node group in a user interface unit;
3 is a view for explaining a screen on which a list of element groups is output in the configuration of setting element groups in the user interface unit;
4 is a view for explaining a screen for setting a list of element groups in the configuration for setting element groups in the user interface unit;
5 is a diagram for explaining a program screen in a 3D form that is visualized and expressed in an analysis result visualization unit;
6 is a view for explaining a program screen for confirming a desired analysis result through a GUI in order to confirm a screen output result in an analysis result visualization unit;
7 is a view for explaining a program screen in which the analysis result can be checked as an isometry through the menu of the visualization screen in the analysis result visualization unit.
8 and 9 are diagrams for explaining a program screen capable of expressing an average value according to a user setting at a portion where two or more different elements meet in the analysis result visualization unit [Avg. Disabling Scalar On Nodes (Fig. 8), Avg. Activate Scalar On Nodes (Fig. 9)].
10 and 11 are diagrams for explaining a program screen that can visualize analysis results through model shape deformation in the analysis result visualization unit [Auto Deformed Scale (FIG. 10), Manual Deformed Scale (2500) (FIG. 11)]
도 1은 본 발명의 정수장 등 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.1 is a view for explaining an earthquake damage prediction and visualization simulation system of environmental facilities such as a water purification plant according to the present invention, focusing on the parts necessary to understand the operation and operation according to the present invention.
먼저 본 발명의 일실시예에 따른 정수장 등 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템은 전처리 과정을 수행하기 위하여, 모델링부(110)와 사용자 인터페이스부(120), 모델링 데이터 가시화부(300), 구조해석 입력파일 생성부(500), 내하력 설정 인터페이스부(130)를 포함하여 구성된다.First, the earthquake damage prediction and visualization simulation system for environmental facilities such as water purification plants according to an embodiment of the present invention includes a modeling unit 110, a
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 정수장 등 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템은 전처리과정을 통해 입력된 정보를 저장하기 위한 데이터베이스부(200)를 포함하여 구성된다. At this time, the earthquake damage prediction and visualization simulation system of environmental facilities such as a water purification plant according to an embodiment of the present invention includes a
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 정수장 등 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템은 상기 전처리 과정을 거쳐 생성된 결과물을 바탕으로 후처리 과정을 수행하기 위하여, 내진성능평가 수행부(400)와 구조해석 수행부(510)를 포함하여 구성된다.Here, the earthquake damage prediction and visualization simulation system of environmental facilities such as water purification plants according to an embodiment of the present invention performs a post-processing process based on the result generated through the pre-processing process, the seismic performance evaluation performing unit 400 and a structural
상기 후처리 과정의 결과를 가시화하기 위하여 성능평가 결과 출력부(410)와 해석결과 가시화부(530)를 포함하여 구성된다.In order to visualize the results of the post-processing process, it is configured to include a performance evaluation result output unit 410 and an analysis result visualization unit 530 .
보다 구체적으로, 모델링부(110)는 외부격자변환기와 격자생성기, 구조물 템플릿을 활용하여 모델을 생성하는데, 외부격자자료(ABAQUS)를 지오메트리 변환(geometery convert)하거나, 단순한 사용자 입력을 통해 기하학적 모델을 생성할 수도 있고, 템플릿 기반의 지오메트리(geometery) 모델을 생성하면 사용자 인터페이스부(120)에서 입력되는 자료와 연계되어 RC 구조물 또는 H-BEAM, 템플릿 선택 및 제원이 설정될 수 있다.More specifically, the modeling unit 110 generates a model by using an external lattice converter, a lattice generator, and a structure template, and either converts external lattice data (ABAQUS) to geometry or converts a geometric model through a simple user input. Alternatively, when a template-based geometry model is created, the RC structure or H-BEAM, template selection and specifications may be set in connection with data input from the
사용자 인터페이스부(120)는 해석하고자 하는 구조물의 속성정보, 하중정보, 단면정보를 포함하는 구조물의 정보를 설정하는 기능을 수행한다.The
사용자 인터페이스부(120)는 바람직하게는, 절점그룹을 설정하는 구성과 요소그룹을 설정하는 구성을 포함할 수 있다. The
절점은 모델을 구성하는 최소 단위로서 1 이상의 숫자 형식을 갖는 고유 ID와 X, Y, Z 좌표를 가지며, 상기 절점그룹을 설정하는 구성은 모델 안에 포함된 절점을 그룹화하여 동일한 재원정보를 적용할 수 있는 기능 및 모델 안에 포함된 절점을 바탕으로 절점 그룹을 생성, 삭제, 수정하는 기능을 제공한다.A node is the minimum unit constituting a model, and has a unique ID and X, Y, Z coordinates in a number format of 1 or more. Provides functions to create, delete, and modify node groups based on existing functions and nodes included in the model.
도 2에는 본 발명의 시스템 사용자 인터페이스부(120)의 트리메뉴에서 설정하고자 하는 절점그룹의 명칭을 선택하여 화면 하단에 해당 절점그룹에 대한 정보가 출력된 화면이 도시되어 있다.FIG. 2 shows a screen on which information about a node group is output at the bottom of the screen by selecting a name of a node group to be set from the tree menu of the system
설정하고자 하는 절점그룹의 명칭을 선택할 때, 절점그룹의 명칭은 속성 창에서 변경 가능하며, 소속 절점들에 대한 추가, 삭제는 InnerList 항목을 확장하여 진행할 수 있고, 사용자는 해석 단계 항목에서 해석 시 출력할 항목을 절점 그룹 단위로 지정 가능하며 본 프로그램에서 지원하는 절점 단위의 해석 결과는 가력하중, 등가하중, 탄성력, 감쇠력, 관성력, 변위, 속도, 가속도, 모드를 포함하는 항목이 출력될 수 있다.When selecting the name of the node group to set, the name of the node group can be changed in the property window, and addition and deletion of affiliated nodes can be performed by expanding the InnerList item, and the user outputs when analyzing in the analysis step item Items to be assigned can be specified in a node group unit, and the analysis result of the node unit supported by this program can output items including applied load, equivalent load, elastic force, damping force, inertia force, displacement, speed, acceleration, and mode.
사용자 인터페이스부(120)에서 요소그룹을 설정하는 구성은 요소 유형에 따라 요소를 구성하는 데에 필요한 절점 수와 형태가 다르므로, 본 발명의 시스템에서 지원하는 요소 유형은 아래 표 1과 같으며, 그에 따른 할당 가능한 단면 유형이 정해져 있다.Since the configuration of setting the element group in the
Meshed Beam SectionElastic Beam Section
Meshed Beam Section
Meshed Beam SectionElastic Beam Section
Meshed Beam Section
Meshed Beam SectionElastic Beam Section
Meshed Beam Section
모델 안에 포함된 요소를 그룹화하여 동일한 재원 정보를 적용할 수 있는 기능을 제공하는데, 모델 안에 포함된 요소를 바탕으로 요소그룹을 생성, 삭제, 수정하는 기능을 제공한다.It provides the function to apply the same financial information by grouping the elements included in the model, and provides the function to create, delete, and modify element groups based on the elements included in the model.
도 3과 같이 사용자 인터페이스부(120)의 트리메뉴에서 ElementSets를 선택하면 화면 하단에 해당 모델 안에 포함된 모든 요소그룹의 목록이 출력되도록 구성된다.As shown in FIG. 3 , when ElementSets is selected from the tree menu of the
도4와 같이, 여기에서 설정하고자 하는 요소그룹의 명칭을 선택하면 화면 하단에 해당 요소그룹에 대한 정보가 출력된다.As shown in Fig. 4, when the name of the element group to be set is selected here, information on the element group is output at the bottom of the screen.
요소그룹의 명칭은 속성 창에서 변경 가능하며 소속 요소들에 대한 추가, 삭제는 InnerList 항목을 확장하여 진행할 수 있는데, InnerList 항목 확장 시 해당 요소 그룹에 속한 요소들의 고유 ID와 요소 유형 그리고 요소에 적용되어있는 단면 유형을 확인할 수 있다. The name of the element group can be changed in the property window, and addition and deletion of belonging elements can be performed by expanding the InnerList item. You can check the section type that exists.
그러나, 기존 요소에 대한 요소 ID와 요소 유형은 변경할 수 없으며, 추가 버튼을 통해 기존 모델에 있는 요소 중 포함될 요소를 선택할 수 있다. 기존 모델에 필요한 요소가 없는 경우 요소 추가 버튼을 통해 모델에 신규 요소를 등록할 수 있다.However, you cannot change the element ID and element type for an existing element, and you can select an element to be included among elements in the existing model through the Add button. If there is no element required in the existing model, a new element can be registered in the model through the Add element button.
요소그룹은 동일한 유형의 요소를 포함하는 것을 원칙으로 하되, 사용자의 필요에 따라 서로 다른 유형의 요소를 포함한 요소그룹을 생성할 수 있다.In principle, the element group includes elements of the same type, but according to the needs of the user, element groups including elements of different types can be created.
해석 결과 표출 시 요소 그룹 단위는 요소 내력, 변형, 변형률도, 가속도, 단면 내력, 단면 변형, 응력, 변형률, 소성 변형률이 있으나, 표출 항목은 사용자가 지정할 수 있다.When expressing the analysis result, the element group unit includes element strength, strain, strain rate, acceleration, cross-sectional strength, cross-sectional deformation, stress, strain, and plastic strain, but the display item can be specified by the user.
사용자 인터페이스부(120)에서는 하중 및 단면, 재료, 함수, 해석단계를 설정하는 기능을 수행할 수 있다.The
사용자 인터페이스부(120)에서 설정하는 하중은 절점이나 요소 단위로 가력되는 모든 힘을 의미하며, 본 발명에 따른 시스템에서는 경계조건이나 집중 하중, 분산 하중을 포함하여 지진력, 자중 등의 하중 유형을 사용 가능하다.The load set in the
사용자 인터페이스부(120)에서는 모델에 작용하는 하중을 생성, 삭제, 수정하는 기능을 제공하는데, 이때 하중은 요소나 절점에 적용할 수 있으며 그룹 단위의 대상을 설정하는 것도 가능하다. 물론, 해석 단계 설정 시 비활성화 할 수 있다The
본 발명의 시스템에서 지원하도록 할 수 있는 하중의 종류는 아래 표 2와 같다.The types of loads that can be supported by the system of the present invention are shown in Table 2 below.
사용자 인터페이스부(120)에서는 단면정보를 설정할 수도 있는데, 요소의 단면에 대한 설정을 생성, 삭제, 수정할 수 있으며 해당 단면을 요소에 할당하는 기능을 수행할 수 있다.The
본 발명에 따른 시스템에서는 아래 표 3에 기재된 단면 유형을 지원하도록 할 수 있다.The system according to the present invention can support the cross-sectional types shown in Table 3 below.
사용자 인터페이스부(120)에서는 요소에 할당할 재료를 생성, 삭제, 수정하는 기능을 수행할 수도 있다. The
사용자 인터페이스부(120)에서의 재료 설정에서는 재료의 명칭, 밀도, 탄성계수를 공통으로 설정할 수 있고 각 재료의 특성에 따라 추가 설정할 수 있는데, 본 발명에 따른 시스템에서는 적어도 아래 표 4의 재료의 유형을 제공할 수 있도록 설정될 수 있다. In the material setting in the
사용자 인터페이스부(120)에서는 사용자가 직접 함수를 설정할 수 있으며, 함수 관련 명령어는 y=f(x) 형태의 함수를 정의한다. 함수는 재료를 정의할 때 포락선이나 하중을 정의할 때 시간 이력으로 사용된다. In the
본 발명에 따른 시스템에서는 적어도 아래 표 5의 함수의 유형을 선택할 수 있도록 구성될 수 있다. The system according to the present invention may be configured to select at least the types of functions shown in Table 5 below.
사용자 인터페이스부(120)에서는 사용자가 해석 단계를 설정할 수 있는데, 해석 단계는 입력한 모델을 기반으로 출력 항목, 대상 요소, 해석 방식 등으로 정의하며, 본 발명에 따른 시스템에서는 정적해석, 동적해석, 주파수 해석을 지원하도록 구성된다. In the
사용자 인터페이스부(120)에서의 해석 단계 설정에서는 해석의 대상이 되는 모델에 속한 요소와 하중을 각 해석 단계에서 활성화하거나 비활성화할 수 있으며, 이를 통해 특정 요소에 서로 다른 하중이 끼치는 영향 등을 비교 분석할 수 있다.In the analysis step setting in the
이때, 해석 결과 파일인 데이타베이스(DB) 파일에 출력될 항목과 그 주기를 지정하고, 출력 간격은 범위와 증가량을 입력하여 정의하며, 출력 항목은 절점 단위의 출력 항목과 요소 단위의 출력 항목으로 구분되고, 절점 단위의 출력 항목은 모델에 포함된 모든 절점에 대해 각각의 값을 출력하며, 요소 단위의 출력 항목은 현재 활성화되어있는 요소에 대한 해석 값을 출력한다. At this time, the item to be output to the database (DB) file, which is the analysis result file, and its period are specified, the output interval is defined by inputting the range and increment, and the output items are output items in node units and output items in element units. divided, and the node unit output item outputs each value for all nodes included in the model, and the element unit output item outputs the analysis value for the currently active element.
사용자 인터페이스부(120)의 해석 단계 설정단계에서 지원하는 절점단위의 출력항목은 가력하중, 등가하중, 탄성력, 감쇠력, 관성력, 변위, 속도, 가속도, 모드가 있고, 본 발명에 따른 시스템에서 지원하는 요소 단위의 출력항목은 요소 내력, 변형, 변형률도, 가속도, 단면 내력, 단면 변형, 응력, 변형률, 소성 변형률이 있다.The output items of the node unit supported in the analysis step setting step of the
데이터베이스부(200)에는 상기 모델링부와 사용자 인터페이스부의 입력정보들이 저장된다. The
아울러, 데이터베이스부는 후술하는 내하력 설정 인터페이스부(130)에서 입력하는 정보에 한해서는 사용자의 선택에 의해 저장여부를 결정할 수도 있다.In addition, the database unit may determine whether to store only information input by the load-bearing force setting interface unit 130 to be described later by the user's selection.
모델링 데이터 가시화부(300)는 데이터베이스부(200)에 저장된 모델링부와 사용자 인터페이스부에서 입력한 자료를 바탕으로 모델링 데이터를 컴퓨터 화면에 Mesh 격자 3차원 그래픽 또는 다중 구조물 모델링으로 시각화하여 출력할 수 있다.The modeling data visualization unit 300 may visualize and output modeling data as mesh grid 3D graphics or multi-structure modeling on a computer screen based on data input from the modeling unit and the user interface unit stored in the
구조해석 입력파일 생성부(500)에는 모델링 데이터 가시화부(300)에서 표시된 결과물을 이용하여 구조해석 입력파일(INP 파일)을 생성하고, 그 결과를 구조해석수행부(510)에 제공한다.The structural analysis input file generating unit 500 generates a structural analysis input file (INP file) using the result displayed by the modeling data visualization unit 300 , and provides the result to the structural
구조해석 수행부(510)에서는 구조해석 입력파일 생성부(500)에서 생성된 구조해석 입력파일을 이용하여, 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)을 최종 생성할 수 있다.The structural
구조해석 수행부(510)에서 만들어진 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)은 해석결과 가시화부(530)를 통해 응력, 변위, 변형결과 등을 화면으로 출력할 수도 있으나, 사용자의 선택에 따라 내진성능평가수행부(400)로 제공되어 내하력 설정 인터페이스부에서 제공된 내하력 정보과 비교하여 그 결과를 성능평과 결과 출력부(410)로 출력할 수도 있다.The fluid-ground-structure interaction analysis result file 520 created by the structural
해석결과 가시화부(530)에서는 입력 파일 혹은 출력 파일을 프로그램에 불러오면 해당 파일이 갖고 있는 절점과 요소 데이터를 화면에 시각화하여 표출할 수 있는데, 사용자는 복잡한 모델을 도 5와 같이 3D 형태로 볼 수 있으며 마우스나 키보드를 통해 확대, 회전 등 간단한 상호작용을 할 수 있다. In the analysis result visualization unit 530, when an input file or an output file is called into a program, the node and element data of the file can be visualized and expressed on the screen. and simple interactions such as zooming and rotating are possible through the mouse or keyboard.
이 외에도 해석결과 가시화부(530)의 화면에는 아래 표 6과 같은 버튼 형식으로 제공되는 사용자 편의기능을 구비할 수 있다.In addition, the screen of the analysis result visualization unit 530 may include a user-friendly function provided in the form of a button as shown in Table 6 below.
도 6와 같이 해석결과 가시화부(530)에서는 화면 출력 결과 확인을 위한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 통해 원하는 해석 결과를 확인할 수 있다.As shown in FIG. 6 , the analysis result visualization unit 530 may check the desired analysis result through a graphic user interface (GUI) for confirming the screen output result.
도 7와 같이 해석결과 가시화부(530)에서는 시각화 화면의 메뉴를 통해 해석 결과를 등치면으로 확인할 수 있는데, 등치면 표출 활성화시 시각화 화면에 그 범례가 표출된다. As shown in FIG. 7 , the analysis result visualization unit 530 can check the analysis result as an equilateral plane through the menu of the visualization screen, and when the equilateral plane expression is activated, the legend is displayed on the visualization screen.
등치면 표출의 범위와 색의 수는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 중 컨투어(Contour) 항목에서 설정할 수 있다. 최초 실행 시 범위는 해석 결과를 모두 포함하는 범위로 자동 설정되고, 색의 수는 9개로 설정된다. The range of expression and the number of colors can be set in the Contour item of the graphical user interface (GUI). When first executed, the range is automatically set to include all analysis results, and the number of colors is set to 9.
도 8, 9와 같이 서로 다른 두 개 이상의 요소가 만나는 부분은 사용자 설정에 따라 평균값을 표출할 수도 있고, 요소의 경계에서 구분하여 표출할 수도 있다. As shown in FIGS. 8 and 9 , a portion where two or more different elements meet may display an average value according to user settings, or may be displayed separately at the boundary of the elements.
도 10, 11과 같이 해석결과 가시화부(530)에서는 모델 형상 변형을 통한 해석 결과를 가시화할 수도 있는데, 시각화 화면에 있는 메뉴(Deform) 버튼을 통해 해석값의 크기와 방향을 반영한 시각화 결과를 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 10 and 11 , the analysis result visualization unit 530 may visualize the analysis result through model shape deformation. can
이때, 형상 변형을 위해서는 결과값의 방향과 크기가 모두 필요하므로 모델에 반영할 수 있는 결과 값은 화면의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 중 필드(Field) 항목의 벡터필드(Vector Field)에서 선택한 값으로 제한된다.At this time, since both the direction and size of the result value are required for shape transformation, the result value that can be reflected in the model is the value selected in the Vector Field of the Field item in the graphic user interface (GUI) of the screen. Limited.
형상 변형 활성화시 적용되는 스케일은 모델의 전체 크기를 고려한 값으로, 이 스케일 값은 화면의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 중 스케일(Scale) 항목의 디폼(Deform)을 통해 설정할 수 있도록 구성된다.The scale applied when the shape transformation is activated is a value in consideration of the overall size of the model, and this scale value is configured to be set through Deform of the Scale item in the graphic user interface (GUI) of the screen.
구조해석 수행부(510)에서는 최종 생성된 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)은 내진성능평가부(400)로 제공될 수 있다.In the structural
이때, 사용자가 내하력 설정 인터페이스부(130)를 통해 재료의 특성 및 단면데이터, 재료계수, 작용하중, 재령에 따른 재료계수 감소비 등을 직접 입력하거나, 데이터베이스부(200)에 미리 입력해 둔 상기 입력 정보를 불러내어 내진성능평가 수행부(400)로 제공하면, 내진성능평가 수행부(400)에서 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과파일(520)과 함께 내하력과 작용하중을 비교하여 기존 환경시설물의 내진성능을 평가하여 그 결과를 2D 또는 3D FEM 모델로 해석결과를 성능평과 결과 출력부(410)로 표출할 수 있다At this time, the user directly inputs the material properties and cross-sectional data, the material coefficient, the applied load, the material coefficient reduction ratio according to the age, etc. through the load-bearing force setting interface unit 130, or the When the input information is retrieved and provided to the seismic performance evaluation execution unit 400, the seismic performance evaluation execution unit 400 compares the load carrying capacity and the applied load together with the fluid-ground-structure interaction analysis result file 520 in the existing environment It is possible to evaluate the seismic performance of the facility and express the analysis result as a 2D or 3D FEM model to the performance evaluation result output unit 410.
구조해석 수행부(510)의 수행결과 환경 시설물의 구성요소별 유체-지반-구조물 상호작용을 고려한 지진피해를 예측할 수 있고, 내진성능평가 수행부(400)에서는 구조해석 수행부(510)의 결과물을 이용하여, 환경 시설물의 구성요소별 지진피해를 평가하여 지진피해 취약지점을 분석하여 정수장, 하수처리장 등의 환경 시설물의 구성요소별 내진성능 평가 가이드라인 및 사례를 화면 또는 보고서로 출력할 수 있는 것이다 As a result of the performance of the structural
110 : 모델링부 120 : 사용자 인터페이스부
130 : 내하력 설정 인터페이스부 200 : 데이터베이스부
300 : 모델링 데이터 가시화부 400 : 내진성능평가 수행부
410 : 성능평가 결과 출력부 500 : 구조해석 입력파일 생성부
510 : 구조해석 수행부
520 : 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일
530 : 해석결과 가시화부110: modeling unit 120: user interface unit
130: load-bearing force setting interface unit 200: database unit
300: modeling data visualization unit 400: seismic performance evaluation execution unit
410: performance evaluation result output unit 500: structural analysis input file generation unit
510: Structural analysis execution unit
520: fluid-ground-structure interaction analysis result file
530: analysis result visualization part
Claims (5)
모델링부(110); 및 사용자 인터페이스부(120); 내하력 설정 인터페이스부(130);와
데이터베이스부(200);와 모델링 데이터 가시화부(300);와
내진성능평가 수행부(400); 성능평가 결과 출력부(410);와
구조해석 입력파일 생성부(500); 구조해석 수행부(510); 해석결과 가시화부(530);를 구비하고,
모델링부(110)는 외부파일 및 템블릿을 활용하여 모델을 생성하고,
사용자 인터페이스부(120)에서는 환경시설물의 속성정보, 하중정보, 단면정보를 설정하여, 데이터베이스부(200)에 저장하고,
저장된 모델링부(110)와 사용자 인터페이스부(120)에서 입력한 자료를 바탕으로 모델링 데이터 가시화부(300)에 의해서 모델링 데이터를 컴퓨터 화면에 3차원 Mesh 화면으로 출력하고,
모델링 데이터 가시화부(300)에 의해서 출력된 모델링 데이터는 구조해석 입력파일 생성부(500)으로 전달되어 구조해석 입력파일을 생성하고,
생성된 구조해석 입력파일은 구조해석수행부(510)에서 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)로 최종 생성되는 것을 특징으로 하는 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템.
In a system for predicting earthquake damage of environmental facilities and analyzing earthquake damage vulnerable points by evaluating earthquake damage for each component of environmental facilities,
modeling unit 110; and a user interface unit 120; Load-bearing force setting interface unit 130; and
Database unit 200; and modeling data visualization unit 300; and
Seismic performance evaluation performing unit 400; Performance evaluation result output unit 410; and
Structural analysis input file generation unit 500; Structural analysis performing unit 510; and an analysis result visualization unit 530;
The modeling unit 110 generates a model by using an external file and a template,
The user interface unit 120 sets attribute information, load information, and cross-section information of environmental facilities, and stores it in the database unit 200,
Based on the data input from the stored modeling unit 110 and the user interface unit 120, the modeling data visualization unit 300 outputs the modeling data to the computer screen as a three-dimensional mesh screen,
The modeling data output by the modeling data visualization unit 300 is transmitted to the structural analysis input file generating unit 500 to generate a structural analysis input file,
The generated structural analysis input file is finally generated as a fluid-ground-structure interaction analysis result file 520 by the structural analysis performing unit 510. An earthquake damage prediction and visualization simulation system for environmental facilities.
구조해석수행부(510)에서 최종 생성된 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)에 따른 응력, 변위, 변형, 단면력 결과를 가시화하여 출력하는 해석결과 가시화부(530)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising an analysis result visualization unit 530 that visualizes and outputs the results of stress, displacement, deformation, and sectional force according to the fluid-ground-structure interaction analysis result file 520 finally generated by the structural analysis performing unit 510 Earthquake damage prediction and visualization simulation system for environmental facilities, characterized in that.
구조해석수행부(510)에서 최종 생성된 유체-지반-구조물 상호작용 해석 결과 파일(520)은 내하력 설정 인터페이스부(130)에서 직접 입력하는 자료 또는 사용자의 선택에 의해 데이터베이스(200)에 저장된 내하력 자료와 함께 작용하중을 비교하여 환경 시설물의 구성요소별 지진피해를 평가하여 지진피해 취약지점을 분석하는 내진성능평가 수행부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환경시설물의 지진피해예측 및 가시화 시뮬레이션 시스템.
The method according to claim 1,
The fluid-ground-structure interaction analysis result file 520 finally generated by the structural analysis performing unit 510 is the load-bearing force stored in the database 200 by data directly input from the load-bearing force setting interface unit 130 or by the user's selection. Seismic damage prediction and visualization of environmental facilities, characterized in that it further comprises a seismic performance evaluation performing unit 400 that compares the applied load with the data to evaluate the earthquake damage for each component of the environmental facility and analyze the earthquake damage vulnerable points simulation system.
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