야금야금 CAE: 꿀바른 HyperWorks (제 20편 3D Meshing -2-)

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 야금야금 함께 배워요!

제 20편 3D Meshing (Hexa) -2-

이번 시간에는 Hexa Meshing에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.

[Manual Hexa Meshing]
복잡한 Part에 Hexa Meshing을 생성하는 방법은, Surface에 Shell 요소들을 생성 한 뒤, 3D Meshing 기능을 이용해서 Hexa 요소로 바꿔주는 것입니다.
Extude, Spin, Sweep, Linear Solid 같은 기능을 이용해서 말이죠. Hex Meshing을 완료한 후에는(Free face check) 노드가 공유 되어있는지 확인 하는 것이 중요합니다.

1) Drag
2D Shell Mesh를 선택한 다음, 방향을 선택하고 Distance를 입력해주면, 입력한 Distance만큼 Drag 해서 Hexa 요소를 생성해 줍니다.

2) Spin
 2D Shell Mesh를 선택한 다음, 회전 방향과 중심각의 크기를 설정해주면, 입력한 중심각만큼 회전시켜 Hexa 요소를 생성해 줍니다.
3) Linear Solid

 시작 부분의 2D Mesh를 선택하고, 목적지가 될 2D Mesh를 선택합니다. 이때, 요소의 크기, 위치는 달라도 되지만, 요소의 타입과 개수는 같아야 합니다. 그 후, 노드의 위치와 방향을 정렬해주면 선택한 2D Mesh 사이에 선형 보간을 통해 Hexa 요소를 채워줍니다.
[Solid Map Panel]

1) Multi Solids ­
Solid Map의 Multi Solids를 이용하여, Solid를 모두 선택한 다음 요소 Size를 정한 다음 Mesh를 생성해주면 (TetraMesh 패널처럼) 아래와 같은 Solid Geometry를 클릭한 후에 바로 Hexa 요소를 생성 할 수 있습니다. 다만, 한가지 조건이 있는데요! 바로 Geometry가 Mappable 상태여야만 합니다.
2) Mappable 이란?
Hexa 요소를 쌓을 수 있는 상태라는 뜻 입니다. Source Face, Destination Face, Along Face, Drag Direction으로 구성되는 있습니다. 아래의 그림을 보시면 Along Face 부분에 Point, Edge 등 아무것도 없죠? 기본적으로 Drag, Spin, Liear Solid 처럼, Hexa 요소는 한층 한층 쌓는 과정을 통해 생성되기 때문에, Hexa 요소를 쌓는 방향에 방해되는 부분이 없어야 합니다.
3) Mappable 상태인지 확인하는 방법은?
Visualization 옵션에서 Mappable 선택하면 아래와 같이 확인이 가능합니다!3 방향 모두 Mappable 상태일 경우에는 초록색으로 표시된답니다! 정육면체 형태의 Geometry라면 X,Y,Z방향으로 3방향이 모두 Mappable 상태겠죠?

[Shrink Wrap을 이용한 Hexa Meshing]
Shrink Wrap ­ 형상을 따라 랩을 감싸듯이 Mesh를 생성하는 기능입니다.  Full Car 모델의 해석을 진행할 때,  파워트레인을 상세하게 모델링 할 필요가 없는 경우라면, Shrink Wrap을 이용해서 심플하게 Meshing 하시면 됩니다.

Shrink Wrap 패널은, 2D Mesh를 생성할 때 쓰이지만, 옵션을 적용하면 3D 요소를 생성할 수도 있습니다. 아래의 빨간 박스처럼, generate solid mesh를 체크하면 Hexa 요소를 바로 생성 할 수 있습니다. (이때, jacobian 이 1에 가까워 질수록 이상적인 요소(정육면체)에 가까워지게 됩니다.)
이번 내용은 여기까지 입니다. 다음편부터는 요소의 품질에 대해 살펴보도록 하겠습니다~

– 참조
이 자료는 “Practical Finite Element Analysis” 책의 내용과,  HyperWorks Help Documentation 자료를 포함하고 있습니다.
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