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모달 해석(Modal Analysis) 모든 구조물은 ‘고유한 진동 리듬’을 가지고 있습니다. 이 리듬은 눈으로 볼 수 없지만, 실제로 존재하며 건물, 교량, 자동차, 항공기, 기계 부품의 수명과 안전성을 결정합니다. 그렇다면 엔지니어는 어떻게 이 “보이지 않는 진동”을 예측할까요? 그 답이 바로 모달 해석(Modal Analysis)입니다. 모달 해석은 구조물이 어떤 모양으로, 어떤 속도로 진동하는지를 수치로 계산하고 시각화하는 과정입니다. 즉, “보이지 않는 흔들림의 언어를 숫자로 번역하는 기술”이라고 할 수 있습니다. 모달 해석이란 무엇인가? 모달 해석(Modal Analysis)은 구조물의 고유진동수, 모드형상, 그리고 감쇠 특성을 구하는 해석 방법입니다. 이 세 가지를 알면, 구조물이 언제, 어떻게, 얼마나 크게 진동할지를 미리 .. 2025. 12. 15.
진동 해석의 기본 - 고유 진동수와 모드형상의 의미 바람이 불면 다리도, 건물도, 심지어 비행기도 미세하게 흔들립니다. 하지만 그 흔들림은 무작위가 아니라, 각 구조물이 태어날 때부터 가지고 있는 고유한 리듬과 형태에 따라 움직입니다. 이 리듬을 고유 진동수(Natural Frequency)라 하고, 그 형태를 모드형상(Mode Shape)이라고 부릅니다. 즉, 구조물의 진동은 단순한 흔들림이 아니라, 그 구조물이 가진 “자연스러운 공명 패턴”의 표현입니다. 고유 진동수란 무엇인가? 모든 구조물은 외부 힘이 제거된 뒤에도 자기만의 주기로 ‘자유 진동(Free Vibration)’을 합니다. 이때의 진동 속도, 즉 구조물이 본래 선호하는 진동의 리듬이 바로 고유 진동수(Natural Frequency)입니다.예를 들어,얇고 긴 철제 빔은 천천히 진동 (낮.. 2025. 12. 14.
감쇠(Damping)의 원리와 진동을 흡수하는 구조 설계 지진에 강한 건물, 조용한 자동차, 흔들리지 않는 교량. 이 모든 구조물에는 눈에 보이지 않는 “진동 제어 장치”가 숨어 있습니다. 그 핵심이 바로 감쇠(Damping)입니다. 감쇠란 단순히 진동을 멈추게 하는 것이 아니라, 진동 속에 있는 에너지를 흡수하고 분산시키는 과정입니다. 즉, 구조물은 진동을 억지로 없애지 않습니다. 대신 “흔들리되, 흔들림이 퍼지지 않게” 만들어 안정성을 유지하죠. 오늘은 이 감쇠의 원리와 실제 구조 설계에 어떻게 적용되는지를 알아보겠습니다. 감쇠(Damping)란 무엇인가? 감쇠란 진동 중인 구조물이 시간이 지남에 따라 에너지를 잃으며 진동이 점점 줄어드는 현상입니다. 즉, 진동이 계속되더라도 그 진폭(흔들림의 크기)이 점차 감소하는 이유가 바로 감쇠입니다. 이 현상은 .. 2025. 12. 14.
동적 하중(Dynamic Load)과 공진(Resonance) 건물이 무너지는 이유가 꼭 하중이 커서만은 아닙니다. 작은 힘이라도 반복적이고 일정한 주기로 작용하면, 어느 순간 구조물이 갑자기 크게 흔들리며 파괴됩니다. 이 현상을 공진(Resonance)이라고 부릅니다. 공진은 구조물의 “자연 주파수”와 외부 힘의 진동 주파수가 일치할 때 발생하며, 단순히 “흔들림”을 넘어 에너지의 폭발적 축적을 유발합니다. 즉, 구조물의 진짜 위험은 ‘힘의 크기’가 아니라, ‘그 힘이 작용하는 리듬’입니다. 동적 하중이란 무엇인가? 동적 하중(Dynamic Load)은 시간이 지남에 따라 크기나 방향이 변하는 하중을 말합니다. 정적인 하중(Static Load)은 일정한 힘이 지속적으로 작용하지만, 동적 하중은 ‘움직이며 변하는 힘’입니다.예를 들어,지진바람의 진동엔진의 회전.. 2025. 12. 14.
재료의 점탄성(Viscoelasticity) 손으로 고무줄을 천천히 늘리면 부드럽게 늘어나지만, 빠르게 당기면 단단하게 버티는 느낌이 납니다. 또, 늘렸다가 놓으면 바로 원래대로 돌아오는 듯하지만, 사실은 아주 미세한 시간 지연이 있죠. 이처럼 어떤 재료는 탄성체처럼 복원되면서도, 동시에 점성체처럼 흐르거나 느리게 반응합니다. 그런 성질을 가진 재료를 점탄성 재료(Viscoelastic Material)라고 부릅니다. 점탄성은 현대 재료공학에서 매우 중요한 개념입니다. 타이어, 의료용 젤, 진동 흡수 패드, 3D 프린팅 소재 등 거의 모든 첨단 제품의 기본 원리가 여기에 숨어 있습니다. 점탄성이란 무엇인가? 점탄성은 말 그대로 “점성(Viscosity)”과 “탄성(Elasticity)”의 결합된 성질입니다.탄성(Elasticity) : 힘을 가하.. 2025. 12. 13.
재료의 히스테리시스(Hysteresis)와 에너지 손실의 메커니즘 고무줄을 잡아당겼다가 놓으면 원래대로 돌아오죠. 그런데 여러 번 반복하면 점점 느슨해지고, 완전히 원래 길이로 돌아오지 못하게 됩니다. 이 현상이 바로 히스테리시스(Hysteresis)입니다.한마디로 말하면,“재료가 과거의 하중 이력을 기억하는 현상” 즉, 한 번 받은 하중의 흔적이 내부에 남아 그 다음에는 조금 다르게 반응하는 것입니다. 히스테리시스는 단순한 변형이 아니라, 에너지 손실(Energy Loss)이 구조물 내부에서 일어나는 과정입니다. 이 현상을 이해하면 “왜 오래된 구조물이 처음보다 약해지는가”를 명확히 알 수 있습니다. 히스테리시스란 무엇인가?히스테리시스는 재료가 하중과 변형 사이의 관계에서 ‘되돌아올 때 다른 경로를 따르는 현상’을 말합니다.즉,하중을 가할 때의 응력-변형 곡선과하.. 2025. 12. 13.

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