김경종
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MIDAS Family Program은
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주식회사 마이다스아이티에서 개발한
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구조해석 및 설계, 지반 및 터널해석, 가시설전용 해석 및 설계용 소프트웨어 패키지입니다.
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MIDAS Family Program과 관련 책자는
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컴퓨터 프로그램 보호법과 저작권법에 의하여 보호를 받고 있습니다.
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프로그램이나 관련 자료에 대한 문의는 아래 연락처를 참조 바랍니다.
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# OOO
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# MIDAS Information Technology Co.,Ltd.
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경기도 성남시 중원구 상대원1동 190-1 SKn 테크노파크 테크센타 15층
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Phone : 031-789-2000
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Fax : 031-789-2100
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E-mail : midas@midasit.com
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http://www.midasuser.com
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Modeling, Integrated Design & Analysis Software
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본 사용자 지침서의 작성에 인용된 상표(trademark) 및 등록상표(registered trademark)는다음과 같습니다.
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ADINA is a trademark of ADINA R&D, Inc.
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AutoCAD is a registered trademark of Autodesk, Inc.
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SAP2000 is registered trademark of Computer and Structure, Inc.
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Excel is a trademark of Microsoft Corporation.
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IBM is a registered trademarks of International Business Machines Corporation.
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Intel 386, 486, and Pentium are trademark of Intel Corporation.
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MIDAS is a trademark of MIDAS Information Technology Corporation.
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MSC/NASTRAN is a registered trademark of the National Aeronautics and Space Administration(NASA).
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NISAⅡis a trademark of Engineering Mechanics Research Corporation.
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ScreenCam is a trademark of Lotus Development Corporation.
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Sentinel is a trademark of Rainbow Technologies, Inc.
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Windows is a trademark of Microsoft Corporation.
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Internet Explorer is a trademark of Microsoft Corporation.
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MIDAS Family Program은 개발단계에서 수천종의 예제 문제를 통하여 이론치 그리고 타 S/W와의 비교검증을 마친바 있으며 최신의 이론을 내장하여 우수한 해석결과를 산출합니다.
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그리고 1989년 개발이후 관공서를 포함해 국내외 5,000여 프로젝트에 적용하여 정확성과 효용성이 입증되었습니다.
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MIDAS Family Program은 사단법인 한국전산구조공학회와 사단법인 한국터널공학회의 엄격한 검증과정을 거친 프로그램입니다.
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그러나 방대한 양의 이론과 설계지식이 집적되는 구조해석 및 설계 프로그램의 특성상, MIDAS FamilyProgram을 사용함으로써 발생될 수 있는 어떠한 이익과 손실에 대해서도 MIDAS Family Program의 개발 후원자와 개발자 그리고, 검증참여기관에게는 권리와 책임이 없습니다.
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따라서 프로그램을 사용하기 전에 사용자지침서에 대한 충분한 이해과정이 필요하며 프로그램의 수행결과에 대해서도 사용자의 검증이 반드시 필요합니다.
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# DISCLAIMER
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Developers and sponsors assume no responsibility for the use of MIDAS Family Program (midas FEA, midas Civil, midas FX+, midas Abutment, midas Pier, midas Deck, midas GTS, midas GeoX, midas Gen, midas ADS, midas SDS, midas Set ; hereinafter referred to as “MIDAS package”) or for the accuracy or validity of any results obtained from the MIDAS package.
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Developers and sponsors shall not be liable for loss of profit, loss of business, or financial loss which may be caused directly or indirectly by the MIDAS package, when used for any purpose or use, due to any defect or deficiency therein.
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# 감사의 글
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MIDAS Family Program은 포스코그룹의 창사 이래 엔지니어링과 건설분야에서 축적한 구조설계 및 설계 기술을 집적하고 지반, 터널 및 가시설분야로 영역을 확대하여 국내의 여러 교수님들과 기술자 여러분들의 도움으로 만들어진 것입니다.
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본 프로그램의 개발과 사용자지침서의 작성에 도움을 주신 학계 교수님, 그리고 관련 분야의 기술자여러분께 감사드립니다.
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그리고 본 프로그램의 개발을 위해 지원을 아끼지 않으신 대한토목학회, 한국강구조공학회, 한국전산구조공학회의 여러분께도 본 지면을 빌어 감사의 말씀을 올립니다.
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폐사는 이러한 헌신적인 기여에 보답하기 위해서 최선을 다하여 프로그램 개발에 전념할 것입니다.본 프로그램이 우리나라 구조해석 및 설계 분야의 기술 신장과 대외 기술 경쟁력 확보에 다소나마 기여할 수 있기를 바랍니다.
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주식회사 마이다스아이티
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# 머리말
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midas FEA는 다양하고 복잡한 토목 구조물의 형상을 손쉽게 모델링하고 비선형 상세 해석을 빠른 시간내에 완성할 수 있도록 개발된 “비선형 상세 전용 해석 프로그램”입니다..
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# midas FEA와 MIDAS Family Program에 대하여
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midas FEA는 2005년부터 개발되기 시작한 MIDAS Family Program 중 하나입니다. MIDAS FamilyProgram은 구조물 해석 및 설계에 수반되는 단위설계 업무의 전 과정을 자동화하기 위한 목적으로 개발된 package software로서 다음과 같이 구성되어 있습니다.
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<table><tr><td rowspan="3">토목분야</td><td>midas FEA</td><td>Advanced Nonlinear and Detail Analysis Program교량 및 토목구조물 전용 비선형 상세 프로그램</td></tr><tr><td>midas Civil</td><td>Integrated Solution System for Bridge and Civil Structures교량 및 토목구조물 전용 구조해석 통합 시스템</td></tr><tr><td>midas FX+</td><td>General Pre & Post-processors for Finite Element Analysis유한요소해석 범용 전/후처리 프로그램</td></tr><tr><td rowspan="3">토목설계자동화분야</td><td>midas Abutment</td><td>Abutment Automatic Design System교대설계(계산서, 도면, 수량) 자동화 시스템</td></tr><tr><td>midas Pier</td><td>Pier Automatic Design System교각설계(계산서, 도면, 수량) 자동화 시스템</td></tr><tr><td>midas Deck</td><td>Deck Automatic Design System콘크리트 바닥판 설계(계산서, 도면, 수량) 자동화 시스템</td></tr><tr><td>지반 및 터널분야</td><td>midas GTS</td><td>Geotechnical and Tunnel analysis System지반 및 터널구조물 전용 해석 시스템</td></tr><tr><td>가시설분야</td><td>midas GeoX</td><td>Temporary Works Analysis and Design System가시설전용 해석 및 설계 프로그램</td></tr><tr><td rowspan="4">건축분야</td><td>midas Gen</td><td>Integrated Design System for Building and General Structures건물 및 일반구조물 구조설계 통합 시스템</td></tr><tr><td>midas ADS</td><td>Shear wall type Apartment Design System전단벽식 아파트 구조해석 및 최적설계 시스템</td></tr><tr><td>midas SDS</td><td>Slab & basemat Design System바닥판 · 기초판 구조해석 및 최적설계 시스템</td></tr><tr><td>midas Set</td><td>Structural Engineer’s Tools단위구조설계 도움 프로그램</td></tr></table>
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midas FEA는 토목 구조 분야 학계 교수님들과 관련 업계의 실무자 여러분들 및 TNO DIANA와의 조력 및 협력으로 개발된 프로그램이며 윈도우 기반의 객체 지향적 특성, 첨단의 컴퓨터 그래픽과 해석기술을 집적하여 만들어진 새로운 개념의 비선형 상세 해석 전용 프로그램입니다. 사용자 중심의 환경과 Visual C++로 개발 되었기 때문에 빠르고 쉽게 익혀서 실무에 적용할 수 있습니다.
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midas FEA는 토목 구조 분야의 비선형 상세 해석에 필요한 제반기능을 집적하여 개발된 최적의 솔루션입니다. 기존의 프로그램과는 전혀 다른 직관적이고 다양한 모델링 기능, 엄격한 품질보증 및 관리시스템을 통해 검증된 강력한 해석기능, 최신의 해석 솔버를 탑재한 최고 성능의 해석속도, 탁월한 그래픽 표현 그리고 기술자를 위한 실용적인 해석결과 및 설계 등을 제공할 수 있도록 개발되었습니다.
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또한 midas FEA는 개발 과정에서 이론적 접근이 가능한 검증용 문제를 통하여 모든 기능에 대해 이론치 및 타 범용 프로그램과의 비교 검토를 마쳤으며, 다양한 실무 프로젝트에 적용되어 신뢰성과 효용성에 대한 검증이 이루어졌습니다.
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이들 중에서 대표적인 검증 예제를 발췌하여 작성한 Verification을 홈페이지(http://kor.midasuser.com/fea)에 등재하였습니다. 해석 결과의 정확도를 결정하는 유한요소의 알고리즘 측면에서도 최신의 이론을적용하였기 때문에 타 유사 프로그램에 비해 우수한 결과를 산출합니다.
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# 끝으로
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midas FEA는 국내외의 수많은 기술자들과 학계에 계신 교수님들의 노력과 협조로 탄생된 것입니다.이제부터 midas FEA를 사용하실 여러분의 성공적인 성과를 기대하며, 사용상 불편한 점이나 개선사항이 있으면 연락 바랍니다.
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끝으로 midas FEA를 개발하는 동안 참여해 주신 여러분께 감사 드리며, 특히 헌신적인 희생을 감내하여 주신 개발자와 가족 여러분께 지면을 빌어 감사의 말을 전합니다.
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midas FEA의 사용자지침서는 다음과 같이 2권의 책자와 On-line Manual로 구성되어 있습니다.
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제 1권, Getting Started & Tutorials
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프로그램의 개요와 기본 예제 따라하기
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제 2권, Analysis & Algorithm
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수치해석모델과 요소 및 해석기능에 대한 해설
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On-line Manual
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프로그램에 내장되어 있으며 각 기능에 대한 자세한 사용법과 각 입력항목에 대한 설명
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midas FEA의 특성과 기능을 효과적으로 이해하고 습득하기 위해서는 다음과 같은 순서에 따라 지침서에 수록된 내용을 먼저 이해한 후에 프로그램을 사용하는 것이 바람직합니다.
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1. midas FEA의 해석 기능에 대한 해설 내용을 포함하고 있는 제 2권을 보시기 바랍니다.
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제 2권에 기술된 내용들은 midas FEA를 이용하여 유한요소해석과 재료 및 기하 비선형 해석을 수행하는데 필요한 기초적 고려사항과 해석과정에서 기본적으로 숙지해야 하는 내용들을 포함하고 있습니다. 실제로 구조해석 이론과 사용 프로그램에 대한 이해가 부족한 상태에서 구조해석을 수행할 경우,오류가 포함될 확률이 90%를 상회하는 것으로 외국 저널 등에 심각하게 보고되고 있습니다.
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2. 제 1권의 “설치하기”부분을 보시고 안내된 절차에 따라 midas FEA를 설치하십시오.
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그리고 midas FEA를 사용하는데 필요한 기본개념을 포함하고 있는 제 1권의 나머지 부분들을 읽어보시기 바랍니다.
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제 1권에는 midas FEA의 전체적인 개념도 및 효과적인 운용을 위해 반드시 숙지해야 할 GUI 환경에대한 사용법과 “모델링하기”, “해석”, “결과분석” 등 실제 해석 작업에 반드시 필요한 기능들에 대한설명이 포함되어 있습니다.
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참고로 각 기능에 대한 자세한 사용법과 각 입력항목에 대한 설명은 midas FEA의 Help메뉴에 내장된On-line Manual의 “midas FEA의 기능” 부분에 기술되어 있습니다.
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midas FEA의 홈페이지(http://kor.midasuser.com/fea)에는 midas FEA의 주요 해석기능에 대하여 다양한예제를 통하여 타 구조해석 프로그램의 결과와 비교, 검증한 내용을 담은 Verification Examples이 등재되어 있습니다. 검증예제들은 대부분 관련분야 교육 과정에서 다루어지거나 기타 상용 프로그램과 비교 가능한 실무 예제를 중심으로 구성되어 있습니다. 그러므로 가시설분야에 입문하는 초보 사용자들과 실무자들에게 수치해석과 설계에 관한 개념을 파악하고 이해하는 자료로 활용될 수 있습니다.
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이외에도 midas FEA의 홈페이지에는 “프로그램 소개”, “프로그램 특징”, “프로그램 기능 설명”, “실무적용 사례 기술자료” 그리고 “Q&A” 등의 코너를 운용하고 있습니다. 홈페이지에서는 midas FEA의 사용법은 물론 실무를 수행하는데 필요한 관련 기술을 전파하고 기타 유용한 자료를 실시간으로 제공하여,항상 사용자 여러분의 옆에 존재하는 살아있는 매뉴얼의 역할을 수행하고자 최선을 다하겠습니다.
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# CONTENTS
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# Part 1 Element Library
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# Chapter 1. Structural Elements 03
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1-1 개요 / 03
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1-2 트러스(Truss) 요소 / 11
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1-3 보(Beam) 요소 / 16
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1-4 평면응력(Plane Stress) 요소 / 32
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1-5 판(Plate) 요소 / 43
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1-6 평면변형(Plane Strain) 요소 / 70
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1-7 축대칭(Axisymmetric) 요소 / 77
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1-8 입체요소(Solid) 요소 / 87
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1-9 스프링(Spring) / 100
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1-10 강체연결(Rigid Link) / 103
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# Chaper 2. Embedded Reinforcements ·········· 109
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2-1 개요 / 109
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2-2 철근의 형태 / 110
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2-3 유한요소 정식화 / 116
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2-4 평면요소에 삽입되는 철근 / 121
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2-5 축대칭요소에 삽입되는 철근 / 126
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2-6 평면응력요소에 삽입되는 철근 / 131
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2-7 입체요소에 삽입되는 철근 / 134
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2-8 판요소에 삽입되는 철근 / 141
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2-9 철근의 프리스트레스 / 146
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# CONTENTS
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# Chapter 3. Interface Elements 153
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3-1 개요 / 153
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3-2 좌표계 및 상대변위 / 155
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3-3 점계면 요소 / 157
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3-4 선계면 요소 / 159
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3-5 면계면 요소 / 161
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3-6 유한요소 정식화 / 165
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3-7 계면요소 해석결과 / 166
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# Chapter 4. Geometric Nonlinearity 167
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4-1 개요 / 167
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4-2 트러스(Truss) 요소 / 172
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4-3 평면응력요소(Plane Stress) 요소 / 175
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4-4 판(Plate) 요소 / 178
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4-5 평면변형률(Plane Strain) 요소 / 183
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4-6 축대칭(Axisymmetric) 요소 / 184
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4-7 입체요소(Solid) 요소 / 187
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