유한요소해석이란 유한요소법을 실제 문제에 적용하여 강성 행렬을 푸는 것을 말한다. 이 유한요소해석은 어떤 측면에서 보면 기계 설계에 많은 도움을 줄 수 있다. 간단한 예로 샤프트와 3개의 베어링이 조립되면, 베어링에 작용하는 반력을 이론적으로 구할 수가 없어서 베어링의 수명을 계산하기 어렵다. 하지만 유한요소해석으로 이 문제를 쉽게 해결할 수 있다.
요즘은 유한요소해석 툴들이 많이 발전해서 CAD 툴에서도 쉽게 사용할 수 있다. 덕분에 설계자들도 기계 조립체 또는 부품의 강도와 강성을 쉽고 빠르게 평가할 수 있으며, 초보 사용자들도 쉽게 유한요소해석 결과(output)를 생산할 수 있다. 그러나 불행하게도 쉬운 사용이 곧 쉽게 받아들일 수 있는 신뢰를 의미하지는 않는다. 따라서 사용자들은 해석 결과가 신뢰할 수 있는지 판단을 내려야 한다. 이런 판단을 내리기 위해서는 기계공학적인 지식과 유한요소해석의 근간인 유한요소법에 대한 기초 지식도 필요하다.
이 책은 기초적인 유한요소법 지식과 그것에 대한 예제를 다루고 있으며, 유한요소해석 관련 기본 이론과 함께 12개의 워크숍(Workshop)과 30개의 실습(Practice)으로 구성되어 있다. 이를 통해서 독자가 쉽게 유한요소법의 기초적인 지식을 습득하고, 다양한 워크숍을 통해서 스스로 학습하도록 유도하고자 하였다. 워크숍의 다양한 질문들은 독자들이 유한요소해석 모델의 정확성을 이론과 비교하여 스스로 판단할 수 있도록 도와줄 것이며, 워크숍의 질문들에 스스로(DIY) 답을 하면서 효율적으로 유한요소법과 해석을 배우기를 바란다. 물론 이론에 관심이 많은 독자는 Example들을 통해서 유한요소법을 깊이 있게 이해할 수 있을 것이라고 생각한다.
필자가 책을 쉽게 쓰기 위해서 많이 노력하였음에도 독자들이 다소 어렵게 느낄 수 있을 것이다. 재료역학 및 유한요소법과 관련된 많은 수식들은 논리적인 설명을 위한 필수적인 수식이지만 독자가 반드시 습득할 필요는 없다. 또한 필자는 독자들이 난해한 이론을 심도 있게 공부하기보다는 예제를 통해 그 이론이 공학적인 문제에 어떻게 접근하는지 살펴보기를 바라는 바이다.
마지막으로 이 책이 출간되는 데 많은 도움을 주신 복두출판사 관계자분들께 깊은 감사를 드린다.


2020년 1월
저자 씀

1장 기계 설계와 구조해석
1.1 기계의 정의
1.2 설계와 해석
1.3 운동과 힘
1.4 힘(force)
1.5 반력
1.6 자유물체도(Free-Body Diagram)


2장 응력과 변형률
2.1 응력(stress)
2.2 변형률(strain)
2.3 포아송 비와 체적변형률
2.4 응력-변형률 선도(stress-strain diagram)
2.5 후크의 법칙(Hook’s law)
2.6 강성(stiffness)
2.7 굽힘 응력


3장 유한요소법
3.1 유한요소법
3.2 1차원 요소
3.3 2차원 평면 요소
3.4 3차원 요소(체적 요소)
3.5 3차원 평판 요소와 쉘 요소
3.6 특수 요소
3.7 유한요소해석의 수치 오차


4장 유한요소 모델링
4.1 유한요소해석 절차
4.2 해석 대상의 간략화(Simplification)
4.3 구조물의 이상화(Idealization)
4.4 요소와 절점
4.5 요소의 물성 정의
4.6 경계조건(Boundary condition) 설정
4.7 유한요소모델 검증
4.8 후처리 과정(Post-process)


5장 해석의 종류
5.1 정적 해석과 과도 해석
5.2 선형해석과 비선형해석
5.3 비선형성 종류


6장 기계 조립체 해석
6.1 기계적 결합(Mechanical connection)
6.2 조인트(Joint)