RADIOSS 공략 17편 – Box Beam

목적

본 예제의 목적은 Box Beam의 거동을 보기 위함입니다. Box Beam의 Mesh Size, Element forumation을 변경하여 해석을 진행하고 각각의 결과를 비교 분석하는것이 본 예제의 핵심입니다. 이전의 Twisted Beam, Tensile Test와 유사한 예제이며 상당히 많은 예제 모델이 포함되어있는 예제이기 때문에 간략하게 설명 할 예정입니다.

본 예제는 총 3개로 구성되어있으나 동일한 내용에 다른 하중을 적용하는 것이므로 연재는 하나로 진행합니다. 추가적인 내용은 Online Help를 참고하시면 될 듯 합니다.

ex_17_boxbeam


물리적 문제 정의

스틸 재질의 박스 빔의 한쪽 끝이 완전 구속되어있는 상태입니다. 박스 빔의 크기는 203 mm / 50.8 mm / 38.1 mm이고 두께는 0.914mm입니다. 1/4 모델로 대칭조건이 고려됩니다.

단위 : mm, ms, g, N, MPa

물성은 등방 탄소성 물성인 Johnson-Cook /MAT/LAW2가 사용되며 자세한 값은 아래와 같습니다.

  • Initial density : 7.8 x 10-3 g/mm3
  • Young modulus :  210000 MPa
  • Poisson ratio :  0.3
  • Yield stress : 206 MPa
  • Hardening parameter : 450 MPa
  • Hardening exponent : 0.5
  • Maximum stress : 340 MPa

fig_17-1

분석과 가정 그리고 모델링 묘사

모델링 기법

4가지 종류의 메쉬가 빔 모델에 사용되었습니다. 초기 메쉬는 60×8 요소를 사용하여 균일하게 생성되었습니다. 3가지 다른 메쉬에 대해서는 각각 요소의 길이는 2, 3, 4배 작은 요소로 생성되었습니다. 또한 각각의 모델에 Element formuation이 다르게 적용되며 이는 아래와 같습니다.

BT_TYPE1
BT_TYPE2
BT_TYPE3
QEPH
BATOZ
C0 (T3 element)
DKT18 (T3 element)

fig_17-2

3-node 쉘 요소는 4-node 쉘 요소를 분할하여 생성했습니다.

RADIOSS Option Used

  • 경계 조건 : 대칭을 고려하기 위해 Y-Z평면상에 위치한 모든 절점들은 Y와 Z의 회전 방향을 고정시켰습니다. 본 예제는 1/4 모델입니다.
  • 강체 : 낮은쪽 끝부분의 모든 절점들은 RBODY로 묶여있습니다. RBODY로 묶인 강체부는 병진과 회전방향이 완전 구속되었습니다.
  • 격벽 : 임팩터는 Z방향으로 13.3m/s의 강체속도가 부여되어있으며 다른 병진방향과 회전 방향은 구속되어있습니다.
  • 컨택 인터페이스 : 구조물의 셀프 컨택을 적용하기 위해 Type7이 사용되었습니다.

Self_contact

빔의 상단부에 모서리 부분의 컨택을 위해 edge to edge 컨택이 고려되었고 이는 Type11번으로 설정되었습니다.

fig_17-3

시뮬레이션 결과와 결론결과는 2가지 관점으로 비교합니다.

  •  Element formulation과 Mesh의 영향

결과 비교를 위해 아래 3가지 기준이 적용됩니다.

  • Crushing force와 displacement (충격 하중은 임팩터의 Z방향으로 수직한 힘이며 대칭이기 때문에 4배를 곱한 값으로 계산합니다. 변위는 강체의 마스터절점이 Z방향으로 움직인 것과 일치합니다.)
  •  Hourglass energy
  •  Total energy (토탈 에너지는 모든 에너지를 합한 값입니다.)

 

결과 애니메이션

그림을 클릭하시면 크게 볼 수 있습니다.

non_contour

DISP

그래프 결과

fig_17-4
Total energy for a BATOZ formulation.

fig_17-5
Force for a BATOZ formulation.

fig_17-6
Total energy for a QEPH formulation.

fig_17-7
Force for a QEPH formulation.

fig_17-14_zoom95
Total energy for a BT_TYPE4 formulation.

fig_17-15
Hourglass energy for a BT_TYPE4 formulation.

fig_17-16
Force for a BT_TYPE4 formulation.

충돌 해석에서 적절한 Mesh Size와 Element formulation을 결정하는 것은 중요합니다. 약간의 변경으로도 값의 차이가 발생 할 수 있기 때문에 기준이 되는 값을 정하고 (실험) 이에 일치 할 수 있는 조건을 찾을 수 있는 옵션을 선택하시기 바랍니다.

끝.

공략 18편 – 18 – Square Plate



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