[FEMFAT] 긴 도로 하중 데이터를 효율적으로 평가하는 법

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일반적으로 유한 요소 기반 피로 해석에서 시간에 따른 하중 변동을 고려하는 방법은 두 가지가 있습니다.

 1. 도로 하중 데이터는 유한 요소(FE) 해석에 직접 통합됩니다. 과도 응력 응답 형태의 결과는 과도 방법의 후속 피로 해석에 대한 직접 입력으로 사용됩니다. (FEMFAT의 과도 방식은 FEMFAT max의 일부이며 TransMAX라고합니다.)

 2. FE 해석은 단위 하중 케이스 기반 접근 방식을 사용합니다. 응력은 정규화 된 정적 단위 하중에 따라 결정되며, 해당 도로 하중 데이터는 처음에 무시됩니다. 응력 결과와 도로 하중 데이터의 조합은 선형 중첩의 원리를 적용하여 각 방향 (일반적으로 테스트 실험실에서는 채널이라고 함)에서 발생합니다. (FEMFAT max에서 채널 기반 중첩 데이터의 피로 분석 방법을 ChannelMAX라고 합니다.)

첫 번째 접근법은 선형 중첩의 원리를 사용하지 않습니다. 따라서 접촉이나 큰 변형과 같은 비선형성을 FE 해석 및 후속 피로 해석에 사용할 수 있습니다.

이 FE 해석의 단점은 무엇보다도 상당히 높은 수치적 노력이 필요하다는 점, 많은 양의 데이터 및 비선형 사례의 모든 도로 하중 데이터들이 새로운 계산 실행이 필요하다는 점에서 찾을 수 있습니다. 때문에 이 절차는 효율성을 위해 짧고 간단한 하중 프로파일로 제한됩니다.

두 번째 접근법은 FE 해석의 이러한 모든 단점을 방지하고, 피로 해석 측면에서 일반적이고 무작위로 긴 하중 시간 프로파일을 처리할 수 있다는 이점을 제공합니다. 또 다른 중요한 장점은 FE 결과 (단위 하중 사례에 대해 계산된 후)가 다양한 기동 및 도로 프로필에 대한 피로 해석의 다양한 시간 이력 데이터와 결합할 수 있다는 점입니다.

이러한 장점은 가능한 비선형성을 무시하기 때문에 정확도가 떨어질 경우 얻을 수 있습니다.

이 해석 절차에서는 중첩된 이산 응력 결과를 사용하여 두 번째 해석 절차의 효율성을 유지하며 비선형 FE 계산 결과를 사용할 수 있도록, 두 접근 방식 간의 차이를 연결하는 해석 절차를 제시합니다.

핵심 아이디어는 FE 해석이 원래 하중 경로를 따르지 않고 인접 지점을 먼저 계산하는 보간 방법에 있습니다.

이러한 인접 지점은 하중 곡선 주위에 그리드를 배치함으로써 생성됩니다. 그 결과 두 힘의 경우 직사각형 그리드가 생성되고 세 가지 힘에 대한 큐빅 3D 그리드가 생성됩니다. 이러한 불연속 그리드 포인트에 대해 비선형 FE 해석이 수행됩니다. 변형 및 응력 상태는 항상 코너 지점의 결과에서 보간됩니다. 보간 작업에 필요하지 않은 그리드 포인트는 하중 곡선이 지나가지 않기 때문에 계산할 필요가 없습니다. 즉, FE 해석에서 불필요한 상태와 후속 피로 해석의 채널을 건너뛸 수 있습니다.

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이산 하중 지점에서 이러한 FEA에 대한 솔버 데크를 처리하는 소프트웨어의 이점과 이러한 이산 지점에 가까워지는 응력 및 변위 보간에 필요한 요소가 분명히 나타납니다. 응력 결과 또는 피로 결과와 결합하여 변형, 중첩된 응력 및 손상을 거의 즉시 애니메이션화 할 수 있으므로 유용하게 변위를 처리할 수 있습니다. (APA Partner MAGNA는 고무와 같은 탄성 재료의 피로가 처음 적용 되었기 때문에 ELASTOLOADS 도구를 개발했습니다.)

리프 스프링(Leaf spring)의 적용은 프로세스를 설명하기 위한 것입니다. 여기에는 특수 기능으로 몇 가지 비선형성 (접촉, 고탄성 재료 동작 및 큰 변형) 등이 포함됩니다.

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x, y 및 z 방향 변위 형태의 외부 하중이 여기 지점에 적용됩니다. (아래 그림 참조)

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하중 곡선은 x방향으로 5단계, y방향으로 8단계, z방향으로 5단계로 구분됩니다. (그림 1 참조)

결과적으로 각각 8단계 (y방향)로 총 5×5=25 FE 해석이 수행됩니다. 따라서 이론적으로 200개의 결과가 그리드를 채웁니다.

이 예시에서는 피로 해석 소프트웨어 FEMFAT와 함께 사용하기 위해 개발된 ELASTOLOADS을 사용합니다. ELASTOLOADS에는 자동 필터링 기능이 있어 주어진 하중 이력과 관련된 필요한 결과 수를 200개에서 단 107개 채널로 줄였습니다.

결과는 구조의 선택된 지점에서 손상 분포, 등가 응력 이력 및 시간에 따른 누적 손상을 보여줍니다.

원문은 [여기]에서 확인하실 수 있습니다.

감사합니다.
한국알테어

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