한국알테어의 YUNA 입니다!
유한요소해석에 관심있는 모든 분들을 위해 간단한 이론과 HyperMesh를 이용해서 FEA Process를 차근차근 배워보는 “야금야금 CAE: 꿀바른 HyperWorks”를 연재합니다.
1년에 걸쳐 연재할 예정이니 앞으로 한 주에 하나씩 함께 배워요!
제 1편 CAE란 무엇일까요?
Computer Aided Engineering의 약자로, 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여, 설계대상을 개선 및 평가할 때 쓰이는 엔지니어링 문제들을 모의실험(가상의 시뮬레이션)하는 분야를 말합니다. CAE는 항공, 자동차, 생명의학, 소비재, 국방, 에너지, 전자제품, 중공업, 해양산업 등등 대부분의 산업군에서 사용되고 있습니다. 이렇게 넓은 분야에서 CAE가 사용되는 이유는 여러가지가 있습니다.
– 새롭고 영감을 주는 디자인을 위해
– 상품의 질을 높이기 위해 (더 적은 재료로 가볍고 튼튼한 상품을 만들기 위해)
– 더 빨리 디자인 하기 위해 (직접 만들어 보고 실패하는 과정을 최소화하기 위해)
그리고 이 외에도, 컴퓨터 상에서 모델을 만들어보고 성능을 시험해 보는 것이기 때문에, 시제품을 여러 번 만들지 않아도 되므로, 개발단계에서 시간과 비용을 절감할 수 있습니다. 이러한 부분들은 결국엔 회사의 경쟁력을 높이는데 도움이 될 수 있겠죠.
가장 대표적인 예로 최적설계를 들 수 있겠습니다. 설계를 할 때는 제시된 성능을 만족하기 위해 타겟을 정합니다. 하지만 최적화된 설계도면을 얻는데까지 사용하는 수단과 방법들은 결과에서 큰 차이를 만들어 냅니다.
여전히, 과거에 해오던 대로 설계한 디자인을 토대로 시제품을 만들어 시험을 해보고 보완하는 ‘trial & error’ 과정을 사용하고 있습니다. 이러한 방법은 최적화를 추구하는 과정이라기 보다는, 엔지니어의 경험에 따라 다른 결과를 보여주게 되겠죠?
위의 도표는 기존의 Design Process와 알테어의 Design Approach를 비교한 것입니다. 이러한 설계 접근 방법 덕분에 시간과 비용을 줄일 수 있는 CAE!! 바로 CAE를 통한 Optimization 덕분이죠!
위의 그림은 최적화 진행 과정인데요, 맨 처음 투박한 모델을 구성한 다음, 유한요소 Mesh를 생성합니다. 이후, 원하는 성능을 만족할 수 있도록 경계조건을 설정한 후 최적화(Optimization)를 수행합니다. 그러면 불필요한 부분이 제거된 최소한의 재료만 남긴 형상을 얻을 수 있고, 이게 바로 ‘concept’이 됩니다.
‘concept’이란, 디자이너가 스케치하듯이 얻어낸 제품의 초기 디자인을, 최적화 과정을 통해 최적의 디자인으로 만들어낸 것입니다. ‘concept = 최적화된 초기 디자인’ 이라고 볼 수 있으며, 설계의 방향을 잡아줄 수 있습니다. 이를 가지고, CAD Tool로 다듬고 보완해서 최종 형상을 만들어내면 설계가 완료됩니다! 결론적으로, 제품에 들어가는 Material의 양을 줄이고, 개발기간을 단축시킨다는 이점 때문에, 점점 CAE 도입이 늘어가고 있습니다. 현재 CAE에 바탕이 되는 이론은 몇 가지가 있지만, 그 중 가장 널리 쓰이는 방법은 바로 유한요소법(Finite Element Method)입니다.
첫번째 블로그는 여기까지입니다. 다음 시간에는, 유한요소법을 이용한 해석의 유형을 소개하도록 하겠습니다.
CAE가 더 궁금하신 분들을 위해, 알테어에서 연재했던 CAE에 대한 글들을 링크로 첨부하였습니다.
알테어가 전하는 재밌는 CAE 이야기
소음을 소리로 만드는 마법의 CAE – Posted on February 4, 2014
올림픽, CAE가 국력이다 – Posted on March 6, 2014
CAE, 수명 예측하는 보험 상품 – Posted on March 18, 2014
CAE, 족집게 기상 예보의 완성 – Posted on March 24, 2014
가장 최적화된 구조물은 자연 – Posted on April 1, 2014
제조업 2.0 시대의 총아, 시뮬레이션 – Posted on April 8, 2014
CAE를 활용한 복합소재 구조물 설계 – Posted on April 14, 2014
산업현장에서 CAE는 어떻게 활용 될까요? – Posted on April 22, 2014
설계의 끝판 왕, ‘최적화’ – Posted on May 2, 2014
시뮬레이션 미래 – Posted on May 13, 2014
– 참조
이 자료는 “Practical Finite Element Analysis” 책의 내용과, HyperWorks Help Documentation 자료를 포함하고 있습니다.
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