2판을 내며

모든 것은 변한다. 오직 변하지 않는 것은 ‘모든 것은 변한다’는 사실만 변하지 않을 뿐이다. 그러므로 학문도 학문의 결과도 시간의 함수일 뿐 변한다. 유한요소법의 이론이 태동하고 정립되어 산업에 활용되기 시작한 지 50년이란 세월이 흘렀고, 이 책의 초판이 나온 지 10년이 지났다. 초판에는 유한요소법의 이론과 상용코드의 사용법을 묶어서 책을 냈었다. 그러나 상용코드라는 것이 유한요소법의 이론은 변하지 않아도 컴퓨터의 사용환경이 변함에 따라 시장에서 생존하기 위해 컴퓨터 운용방법은 스스로 빠르게 진화하는 속성을 갖고 있다. 그런 탓에 초판에 실렸던 사용법은 컴퓨터와 프로그래밍 기술이 변함에 따라 10년이 지나니 옛 것이 되어 버렸다. 더불어 책도 옛 것이 되어 버렸다.

이번에 2판을 낼 때에는 상용코드 사용법을 버리고, 유한요소 구조해석의 이론만으로 책을 다시 만들었다. 상용코드 사용법은 각 상용코드를 판매하는 회사의 매뉴얼을 보는 것이 변화에 대응하는 가장 좋은 길이기 때문이다.

150년 전에 정립된 탄성론과 재료역학이라는 학문이 그러하였듯이, 유한요소법의 이론도 앞으로 긴 시간 동안 변하거나 바뀌거나 하지 않을 것이다. 모든 상용코드가 아무리 진화를 통한 변신을 한다 해도 유한요소의 근본 이론을 바꾸지는 못할 것이다. 다만 컴퓨터의 프로그래밍 기술과 사용환경만 바뀌게 될 것이다. 그러므로 이 책도 어느 정도 긴 시간 동안 생명력을 유지할 것이다.

이 책은 탄성론과 재료역학과 구조해석의 유한요소법이 한 권의 책에 쓰인 것으로, 구조해석 기술자가 반드시 이해하여야 하는 이 세 가지 내용을 한 권에 엮은 것이다. 종국에는 모든 설계가 유한요소법의 상용코드로 이루어지므로 상용코드 사용법만 알면 된다고 생각하지 않기를 바란다. 유한요소 상용코드 해석 결과를 분석하고 평가하는 능력이 곧 엔지니어의 설계 능력이다. 그리고 탄성론과 재료역학은 그 능력을 결정짓는 초석이다. CAE 엔지니어들이 상용코드 해석결과의 현란한 색에 속지 않기를 바란다. 여러분 모두 현란한 색을 꿰뚫어 버리고, 계산된 수치의 결과값을 냉정하게 저울에 달 줄 아는 CAE 엔지니어가 되기를 희망한다.

30년 동안 유한요소법과 함께 살아왔다. 배웠고, 연구하였고, 사용하였다. 최근 5년간은 기업체에서 구조물을 직접 설계, 개발, 제작, 설치, 운전하여 그 적용성을 온몸으로 느껴보았다. 그리고서 느낀 것은 ‘엔지니어는 진실해야 한다’였다.

CHAPTER 01. 공학문제의 해석방법과 구조해석 / 1

1.1 자연현상을 이해한다는 것은? 1

1.2 자연현상의 구조와 학문의 갈래 4

1.3 공학해석과정 7

1.4 FEM(Finite Element Method)을 이용한 공학해석과정 12

1.5 구조해석의 배경 16

CHAPTER 02. 탄성론 / 21

2.1 탄성론 개요 21

2.2 탄성론 해석 예 30

CHAPTER 03. 재료역학 / 97

3.1 재료역학 개요 97

3.2 재료역학적 해석 예 101

CHAPTER 04. 유한요소법 / 129

4.1 유한요소법 개요 129

4.2 유한요소법 이해에 필요한 개념들 132

4.3 유한요소 방정식 도출과정에 필요한 개념들 165

4.4 유한요소의 요소방정식 도출 176

4.5 유한요소의 시스템 방정식 구성 259

CHAPTER 05. 유한요소법의 응용 / 265

5.1 서론 265

5.2 상용 코드의 구조 266

5.3 구조물 270

5.4 정적 구조설계 272

5.5 유한요소법을 이용한 탄성 구조해석 및 설계 흐름도 273

5.6 상용코드를 이용한 유한요소 모델링과 해석 276