목적
이번 예제의 목적은 에어백과의 상호작용을 위한 검사체적 기능이 적용된 단순화된 에어백 모델에 대해서 분석하는 예제입니다. 또한 Explicit 해석의 중요한 포인트인 해석 시간 감소를 위한 Time Step 증가에 도움을 주는 접촉조건 옵션에 대해 알아보겠습니다.
이번 예제는 해석의 결과에 초점을 맞추는 것 보다 에어백 모델이 구성된 상태와 접촉 조건 옵션 변경에 따른 해석 시간의 변화를 주요하게 확인하시면 도움이 될 것 같습니다.
주요 물성 정보
에어백은 0.33의 두께를 갖고 있으며 이방성 물성과 특성이 적용되었습니다. (/MAT/LAW19 – /PROP/SH_ORTH)
– Initial density : 0.85e-03 g/mm^3
– Young’s modulus : 500Mpa (양방향 모두)
– Shear Modulus : 10 MPa
– Reduction factor : 0.001
/PROP/SH_ORTH (shell orthotropic, type 9)는 하나의 적분점으로 설정되었습니다.
– Volumetric damping factor : 0.001 g.mm-1ms-1
– External pressure : 0.1 MPa
– Constant perfect gas : 1.4
– Specific heat at constant pressure : 926 mJ/g (This is the specific heat coefficient related to mass)
– Temperature : 780 K
– Communication area : total (Acom =1 and Scom =0)
– Time to deflate vent hole : 1030 ms
분자량과 비열
– Molecular weight of gas MW: 30.09204 g/kmol (AIR)
– Specific heat at constant pressure: 926 mJ/g (specific heat coefficient related to mass)
Chamber 1에 적용된 옵션 (inflator):
– Vent hole membrane surface area is 1000 mm2 (Avent =0) and is immediately activated.
– Relative vent deflation pressure : 0.0002
-Number of injectors : 1 (Njet =1; Ijet =0)
시간에 따른 질량과 온도 부여
Mass와 Temperature을 시간에 따라 주입하기 위해 Curve가 생성되었고, 해당 Curve는 Chamber1의 Imass와 Itemp에 입력되었습니다.
모델링 기법 특징
Dummy Membranes
에어백은 공기의 흐름과 접혀있는 에어백을 부풀게 하기 위한 총 9개의 상호작용 층이 적용되었다. 두 개의 볼륨 사이에 상호작용 층은 더미 멤브레인을 사용하여 작동하도록 설정되었고, 더미 멤브레인은 가상의 물성이 적용되었다 (/MAT/LAW0)
Tip : 멤브레인은 상호 작용을 위한 가상의 면이라고 생각하시면 됩니다.
Interface (접촉조건)
에어백 직물 간의 간섭을 막기 위해 셀프 컨택이 적용되었습니다.
에어백이 부풀기 전에는 요소간의 간격이 매우 작기 때문에 초기 간섭을 막기 위해 컨택의 간격이 대략 0.1mm정도가 요구됩니다. 그래서 이러한 간격이 설정되는 경우에 time step이 상당히 작아지게 됩니다.
위의 문제를 방지하기 위해 컨택 옵션 중 Inacti =5와 0.3mm의 gap을 사용하는 것으로 초기 간섭 (0.2mm이하)을 무시 할 수 있게 되고, Time Step이 증가되는 효과를 얻을 수 있습니다.
다음은 Inacti 0과 5를 사용 했을 때 Time Step 변화 추이 그래프입니다.
(컨택의 gap은 0.1mm로 지정되어있고 초기 간섭은 없습니다.)
Inacti 5를 사용했을 때의 최소 Time Step은 10e-3ms 정도이고
Inacti 0의 경우 20e-3ms로 대략 2배의 차이를 볼 수 있습니다.
Inacti 5 의 gap을 0.3mm에서 1.5mm로 변경 했을 때 결과 비교
GAP 이 증가했을 때 Time Step이 확연히 커진 것을 볼 수 있습니다.
0.3mm와 1.5mm의 접촉 에너지를 비교 했을 때 GAP 1.5mm가 더 큰 에너지를 나타내지만 에너지 에러율(위 표 참고)을 봤을 때 허용 할 만한 수치입니다.
해석 결과 그래프
에어백이 부풀어 오르는 과정
끝! 다음 편에서 뵙겠습니다.
공략 5편 – Beam Frame
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