RADIOSS 공략 20편 – Cube

본 예제는 경사진 빔에 아이스 큐브를 떨어트려 큐브의 동적 자유 변형을 explict 시간 적분 방법으로 설명하기 위해 준비된 예제입니다. 충격 및 리바운드는 다양한 RADIOSS의 접촉 알고리즘을 이용하여 모델링 됩니다. 그리고 아이스 큐브가 회전하는 모션이 있기 때문에 공동 회전 솔리드 계산 방식이 필요합니다.

본 예제의 목적은 아이스 큐브와 스틸 빔 사이에 적용되는 Type7과 Type16의 슬라이딩 컨택을 비교하면서 알아보는 것입니다.

rad_ex_20_cube


물리적 문제 정의

큐브에는 중력과 슬라이딩이 적용되어 고정된 빔을 따라서 컵에 도달하게 됩니다. 큐브의 너비는 30mm이고 빔의 크기는 40 x 30 x 500 mm로 되어있습니다.

아이스 큐브에 적용되는 물성은 선형 탄성 거동을 보이는 /MAT/LAW1이 적용되었으며 자세한 값은 아래와 같습니다.

  • Initial density : 916 kg.m^3
  • Young’s modulus : 10000 GPa
  • Poisson ratio : 0.3

빔과 컵은 스틸로 이루어져있으며 등방성 탄소성 물성인 /MAT/LAW2가 적용되어있습니다. 자세한 값은 다음과 같습니다.

  • Initial density : 2842 kg.m^3
  • Young’s modulus : 73 GPa
  • Poisson ratio : 0.33
  • Yield Stress : 206 MPa
  • Hardening parameter : 450 MPa
  • Hardening exponent : 0.5
  • Maximum stress : 340 MPa

단위 : m, s, Kg, N, Pa

rad_ex_fig_20-1

분석  가정 그리고 모델링 정의

모델링 기법

아이스 큐브와 첫번째 빔의 접촉 조건은 인터페이스 type 16이 적용되었습니다. 그리고 큐브와 두번째 빔에는 type7 컨택이 적용되었습니다.

  • 첫번째 빔은 12개의 16-node thick shell 요소로 모델링 되었습니다.
  • 두번째 빔은 12개의 8-node brick 요소로 모델링 되었습니다.
  • 아이스 큐브는 8-node brick 요소로 모델링 되었으며 공동회전 솔리드 계산 방식이 적용되었습니다.
  • 컵은 12개의 일반 쉘 요소로 모델링되었습니다.

RADIOSS Option Used

경계 조건 :

  • 아이스 큐브 절점들은 Y축의 병진방향과 X-Z축으로의 회전방향이 구속되어있습니다.
  • 빔의 낮은 부분의 절점들은 모든 방향으로 구속되어있습니다.
  • 컵 모델 역시 모든 방향으로 완전 구속되어있습니다.

하중 :

  • 아이스 큐브에 중력 (g=9.81m/s^2)이 Z 방향으로 적용되었습니다.

인터페이스 :

  • 인터페이스 타입 16번은 tied 옵션이 해제되어 모델에서의 슬라이딩 컨택을 가능하게 합니다. 아이스 큐브의 절점들은 슬레이브로 설정되었으며 이에 대한 마스터 면은 빔의 상단부에 적용되었습니다.
  • 인터페이스 타입 7은 큐브와 두번째 빔 사이에 발생되는 접촉조건으로 페널티 메소드를 사용합니다. 초기 간격은 1.5mm로 설정되었습니다. 아이스 큐브의 절점들은 슬레이브로 설정되었고 마찬가지로 두번째 빔의 상단부가 마스터 면으로 설정되었습니다.
  • 인터페이스 타입 7은 큐브와 컵 사이에도 마찬가지로 적용되며 위와 동일합니다.

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시뮬레이션 결과 및 결론

시뮬레이션에 대한 애니메이션은 다음과 같습니다.

rad_ex_fig_20-3

3

아래 결과는 아이스 큐브의 궤적과 채널 큐브의 반력을 나타내고 있습니다.

아이스 큐브의 궤적은 후처리 방법으로 얻어지게 되며 선택된 절점 (여기서는 아이스 큐브의 중심 절점)을 선택하고 이를 시뮬레이션에 따라서 보여주게 됩니다.

rad_ex_fig_20-4

결론

이러한 실험적인 방법은 RADIOSS에서 라그랑지안(인터페이스 타입 16번) 또는 페널티 메소드로 (인터페이스 타입 7번)을 이용한 슬라이딩 컨택을 구현 할 수 있는 것을 보여줍니다.
이러한 케이스에서는 공동 솔리드 계산 방식이 필수적이며 이는 큐브의 회전 모션을 고려해야하기 때문입니다.

끝.

공략 21편 – 21 – Cam



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