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 6편 FEA를 위해 필요한 것은?
이번 편은 FEA(Finite element analysis) 를 위해서 필요한 것들 즉, FEA가 수행되기위해 어떤 단계를 거쳐야 하는지 살펴보도록 하겠습니다!
FEA를 수행하기 위해서는 아래와 같이 크게 3단계로 나눠지게 됩니다.
그림을 보시면 불러온 CAD 모델에 HyperMesh로 Mesh를 생성하면서 시작하죠?
조금 더 풀어서 보면,
1. Meshing – 해석하고자 하는 모델에 요소를 생성하는 작업
* Material,Property – 컴퓨터는 형상만 가지고는 모르기 때문에 이게 무슨 재료로 만들어졌는지, 특성이 뭔지 하나씩 지정해 주어야 합니다.
2. Boundary Condition – 해석을 위한 하중, 구속조건을 설정해 줍니다.
3. Solving – 솔버를 통해 계산합니다.
4. Posting – 후처리 프로그램으로 결과를 확인합니다.
이렇게 나타내 볼 수 있겠습니다. 이해를 돕기위해! 실제 생활에 FEA를 적용해서 살펴볼까요? 이런 궁금증이 생겼다고 가정할게요.
‘책상에 걸터앉고 싶은데…. 이 책상…. 과연 나를 견뎌 낼 수 있을까?’
이런 게 궁금하다면 바로 책상모델 가져와서 Meshing!
* 주의사항! 요소에는 1D, 2D,3D 가 있는데 CAD 모델의 형상, 해석종류, 해석시간에 따라 적절한 요소를 생성해주는 게 포인트랍니다!
그다음, 책상이 철로 되어있다면, 우리는 당연하게 알지만, 컴퓨터는 모릅니다.
그럼 바로…. Let 컴퓨터 know!
Material에서 철의 물성을 입력하고, Property에서 특성값들을 친절하게 입력해서 알게해 줍니다.
그다음, 경계조건을 적용해줍니다. 엉덩이와 책상이 닿는 곳에 하중을 줘야겠죠? 그림 속 이분의 몸무게가 45kg(연예인은 다 45kg이라고 하잖아요….)라고 가정하면 깃털 같은 45kg에 중력을 10N으로 가정해서 곱해주니까…. 대략 450N이네요.
그리고 바닥과 책상다리가 만나는 곳도 움직이면 안 되겠죠? 책상다리는 4개니까 4지점에 구속을 줘서 움직임을 봉쇄해줍니다.
책상 상판은 앉는 순간 살짝 휘어질거에요. 엉덩이를 떼면 책상이 다시 원래대로 돌아와야 하니까 Linear Static 해석을 수행해야 겠네요. 앉았는데 두 동강 나면 창피하겠죠…. (책상이 두 동강 나는 걸 보고 싶다면 Nonlinear 해석을 수행!) 필요한 설정을 다 완료해 주면 우리의 기특한 OptiStruct를 이용해서 Linear Static 해석을 수행합니다.
마지막으로, 후처리 프로그램인 HyperView를 통해서 엉덩이가 책상을 누르는 힘, 눌려서 책상 상판이 변형된 정도, 책상다리가 변형되는 정도 등 여러 가지를 확인해 볼 수 있어요! 책상에 걸리는 응력과 재료의 항복 응력을 비교하면 이 책상이 나를 견딜 수 있을지 판단할 수 있겠죠? ㅎㅎ
이렇게 FEA를 이용하면, 돈도 들고 시간도 많이 드는 시험은 최소화할 수 있습니다. FEA는 산업군에서도 많이 사용하지만, 이렇게 일상에서도 적용할 수 있다는 거~
앞으로 야금야금 배워서 우리의 궁금증을 해결하자구요!
이번 블로그는 여기까지입니다. 다음 시간에는 단위계와 Geometry에 대해서 살펴보도록 하겠습니다. 다음시간에 만나요~
– 참조
이 자료는 “Practical Finite Element Analysis” 책의 내용과, HyperWorks Help Documentation 자료를 포함하고 있습니다.
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