□ 상용 유한요소 해석 프로그램
개요
유한요소해석은 대부분 상용 프로그램을 이용하여 해석을 수행한다. 소스 프로그램이 공개된 프로그램이나 무료로 배포되는 프로그램 등이 있으나 신뢰성, 범용성, 기술지원성, 해석가능 범위 등이 제한적이어서 거의 사용되지 않는다. 공짜는 없다. 아래아 한글이나 MS 워드프로세서을 대체할 수 있는 공짜 오피스 프로그램이 있어도 사용하지 않는 이유와 유사하다. 그리고 혹시라도 프로그램을 개발하겠다는 허황된 생각을 가진 사람이 있다고 생각하면 하지마라. 아무리 뛰어난 프로그래머도 MS 윈도우를 대체할 수 있는 OS를 만들 수 없는 이유와 같다.
종류
상용 프로그램은 보통 범용과 특수용으로 구분된다. 대표적인 범용 프그램은 Abaqus, Ansys, Nastran 이 있다. 이 범용 프로그램들은 그 기능은 상상외로 매우 방대해서 그 프로그램의 모든 기능을 사용해본 사람은 단언컨데 전 세계에 단 한명도 없을 것이다. 예로 모 프로그램은 젠가(jenga) 해석도 된다. Abaqus사는 1978년에 미국에서 설립되어 미국에 본사가 있으며 현재는 카티아 (Catia) 를 만드는 다쏘시스템 (Dassault System) 에 인수되어 Simulia 라는 브랜드가 되었다. ANSYS사는 1970년에 미국에서 설립되었고 1996년에 나스닥(NASDAQ)에 등록된 회사이다. NASTRAN은 1960년대 후반에 그 유명한 NASA 에서 만든 프로그램이다. 맨처음으로 상용화된 프로그램이 MSC Nastran 이다. 이후에 상용화된 프로그램으로 NX Nastran과 NEI Nastran 이 있다. 소유한 회사들은 다 다른데 역사는 좀 복잡하다. 특수용의 예로는 충돌 해석용 LS-Dyna 등과 다물체 동역학 해석용 MSC Adams 등이 있다.
장단점
모두 매우 훌륭한 프로그램들이다. 차로 비교하자면 아우디가 좋은가 BMW가 좋은가의 문제이다. Ansys와 Abaqus 만을 비교하면 정확하지는 않지만 인터넷에서 떠도는 얘기들로는 Abaqus가 일부 사용자 함수들이 있어 (파이썬, 포트란 유저 서브루틴) 학문적인 연구에 유리한 점이 있으며 비선형 해석에 강하다는 평이 있고 Ansys는 가격이 상대적으로 저렴하며 산업체에서 널리 사용되어 사용자가 많으며 이론적인 배경을 적게 알아도 사용자가 쓰기 편하다는 평이 있다. 그러나 이러한 평들은 일부 맞을 수도 있으나 단편적인 면만을 보고 평하는 부분도 있다. Abaqus도 산업체에서 많이 사용되며 Ansys도 비선형 해석이 잘된다. 결론적으로 프로그램간 비교는 쉽지 않다. (나도 잘 모르겠고 언급하기 매우 조심스러운 부분이다). NASTRAN은 그 기원과 역사로 인해 많은 사용자들이 있으며 산업체에서도 널리 사용된다.
구성
보통 유한요소 해석 프로그램의 구성은 전처리 프로그램, 솔버(solver), 후처리 프로그램 으로 분류하지만 대부분의 경우는 전처리 및 후처리 프로그램이 하나로 되어 있다.
전처리 프로그램(Patran, Abaqus CAE 등)은 형상을 만들고 격자를 짜고 경계조건을 적용하여 솔버에서 사용할 입력파일을 만드는 과정이다. 즉, 실제 문제를 컴퓨터가 이해할 수 있게 번역해주는 작업이라 할 수 있다. 과거에는 전처리 프로그램의 성능이 매우 좋지 않았으나 현재에는 많이 개선되었다. 솔버의 잘 쓰이지 않는 일부 기능들을 탑다운 메뉴에서 지원하지 않아 명령어를 직접 입력해야 하는 경우가 있는데 이런 경우 시간과 노력 소모가 매우 커진다.
솔버는 전처리에서 만들어진 입력파일을 이용하여 해석을 수행하는 것이다. 여기서 바로 학부 혹은 대학원때 들은 수업의 내용이 적용되나 실무차원에서는 별로 중요하지 않다.
후처리는 솔버의 해석 결과를 그림으로 확인하고 테이블이나 표로 만드는 것이다.
전처리나 후처리 프로그램은 보통의 사용자들은 솔버와 함께 제공되는 프로그램을 그대로 사용하나 특수한 경우에는 별도의 전/후처리 프로그램을 사용하기도 한다. 대표적인 예로 Hyperworks가 있다 (솔버도 있다).
가격
상용 프로그램은 여러 변수에 따라 가격이 천차만별이나 보통 구매해보지 않은 사람의 예상을 뛰어넘어 가격이 매우 비싸다 (수백에서 수억원까지 한다. 그 이상도 그 이하도 가능하다). 대부분 가격은 사용 목적 (교육용, 업무용 등)에 따라, 사용자 수에 따라 (동시 사용자 수), 사용 년수 (1년, 영구), 사용 기능 (특수 기능), 기술지원 여부에 따라 가격이 몇배로 늘어난다. 보통 교육용이 업무용에 비해 매우 싸고, 사용자 수에 정비례한다. 사용 년수를 영구로 하면 버전 업데이트가 안되는 단점이 있으나 추가 비용이 없으며, 1년 리스(유지보수)로 하면 버전 업데이트가 되는 장점이 있으나 몇년 사용하면 영구로 구매하는 비용이 소모된다.