이번 예제의 목적은 타임스텝 제어 AMS(Advanced Mass Scaling)를 소개하는 것입니다. 타임스텝은Radioss에 의해 계산됩니다. 작은 요소 크기는 작은 타임스텝으로 이어질 수 있습니다. 따라서 많은 CPU를 차지합니다. 기존의 제어기능을 통해 타임스텝을 증가시킴에 따라 질량 또는 운동 에너지가 증가하여 해석에 영향을 미칩니다. 하지만, AMS는 병진방향 글로벌 가속도(translational global acceleration), 비대각 질량 추가(non-diagonal mass added)에 대한 관성 효과가 없습니다. AMS를 사용하면 기존 결과와 비슷한 결과를 확인할 수 있지만 CPU 계산시간은 훨씬 줄어듭니다.
물리적 문제 정의
중공 플라스틱 패리손(hollow plastic parison tube-like)의 형태를 가집니다. 패리손은 금형에 고정되고 공기가 펌핑 됩니다. 여기서 압력하중은 공기압력을 모델링하는데 사용됩니다. 플라스틱을 밀어내고 금형과 일치시킵니다. 패리손의 치수는 30mm 실린더이고 두께는 2mm입니다. 금형의 치수는 207mm * 120mm이고 두게는 1.0mm입니다.
- 단위계
mm, s, Mg, N, MPa - 금형의 재료 물성(/MAT/ELAST)
Initial density: 7.8e-9
Young’s modulus: 200000 [MPa]
Poisson’s ratio: 0.3 - 페리손의 점탄성(visco elastic) 플라스틱 재료 물성(/MAT/LAW66)
Initial density: 1e-9
Young’s modulus: 4 [MPa]
해석 및 모델링 정의
- Model Method
1) Starter에 /AMS를 정의합니다. AMS를 적용할 part 그룹을 정합니다. 만약 part 그룹을 정의하지 않으면 전체 모델에 AMS가 적용됩니다.
2) Engine에 /DT/AMS를 정의합니다.
/DT/AMS
0.67 1.15e-4
- Radioss Options Used
1) Rigid body 및 Boundary conditions
Rigid body를 활용해 두 금형간의 자유도를 구속합니다. Y 및 Z 방향의 회전 및 변위이동을 구속합니다. Z 방향만 자유도가 부여됩니다. (변위이동)
2) Pressure Load
플라스틱 패리손의 공기 압력은 /PLAOD 키워드를 통해 안쪽에서 바깥방향의 압력을 모델링합니다.
3) Imposed displacement
두 금형은 강제 변위에 따라 반대 방향으로 이동합니다.
4) Interface
금형과 플라스틱 패리손 간의 0.7 마찰을 가지는 TYPE7 인터페이스로 정의됩니다.
해석 결과 및 결론
- Results
아래 그림과 같이 플라스틱 패리손의 소성 변형(plastic strain), 폰 미세스 응력(von Mises stress)을 확인할 수 있습니다.
- Performance
AMS를 활용해서 아래 세가지 케이스를 통해 CPU 계산시간이 감소함을 확인했습니다.
1) 타임스텝 제어 기능 없이 (no mass scaling)
2) 기존 mass scaling /DT/NODE/CST
3) AMS
Time 0.4s 지점에 살펴볼 때 AMS가 standard mass scaling에 비해 no mass scaling 과 비슷한 결과를 확인할 수 있었습니다. - 결론
1) AMS 기능을 사용하지 않고 대략 3개의 CPU를 절약하기 위해서는 목표 타임스텝을 약 10배를 높여야 하기 때문에 AMS 기능을 통해 CPU비용을 줄일 수 있습니다.
2) 기존 mass scaling은 약 3배 정도 CPU 계산시간을 높일 수 있지만 결과 정확도에서 떨어집니다.
3) 일반적으로 AMS 기능은 기존 mass scaling보다 빠른 CPU 계산시간과 높은 결과 정확도를 제공합니다.
4) AMS 기능은 전체 질량을 변경하지 않고 질량 매트릭스에서 비대각 항(non-diagonal terms)에 질량이 추가됩니다.
5) AMS 기능을 전체 모델에 적용할 수 있고 병진방향 글로벌 가속도(translational global acceleration)의 관성 효과가 없습니다.