제조업체는 가볍고 비용 효율적이며 고성능의 제품을 설계할 수 있는 방법을 끊임없이 찾고 있습니다. 구조 최적화를 위한 완벽한 방법을 찾기 위해, 몇 가지 시뮬레이션 기반의 설계 기술과 제품 개발 프로세스에 적용하는 방법과 시기를 소개하겠습니다.
토포그래피 최적화
토포그래피 최적화를 통해 제조업체는 박벽 부품을 설계하고 최적화할 수 있습니다. 드럼 스킨과 마찬가지로, 이러한 얇은 시트 구조는 쉽게 들뜨게 되어 특정 조건에서 바람직하지 않은 소음, 진동 및 손상을 일으킬 수 있습니다.
토포그래피 최적화를 통해 차량 바닥 패널과 같은 박벽 구조를 설계하여 강성, 주파수 응답 또는 기타 성능 목표를 극대화할 수 있습니다.
진동 특성을 개선하기 위해 비드와 같은 국부적인 형상 수정을 가하여 강성을 높입니다. 대부분의 경우 이러한 비드의 위치, 모양 및 방향은 부품의 자연스러운 지오메트리와 설계자의 경험을 기반으로 합니다. 토포그래피 최적화를 통해 설계자는 비드를 추가할 수 있는 공간과 추가할 수 없는 공간, 비드의 폭, 그리기 방향, 각도 및 높이를 정의할 수 있습니다. 즉, 최적의 패턴을 가진 실용적인 설계만 생성됩니다.
소프트웨어에 최적화된 비드 패턴은 질량이나 제조의 복잡성을 가중시키지 않고도 강성, 주파수 응답 또는 기타 성능 목표를 극대화하여 기존 레이아웃보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘합니다.
토폴로지 최적화
단일 하중을 전달해야 하는 간단한 빔을 상상해 보십시오. 엔지니어는 일반적으로 경험을 바탕으로 실행 가능한 솔루션을 제안할 수 있습니다. 그러나 좁은 공간에 설치되어 여러 하중을 견뎌야하는 복잡한 부품이라면 도움이 필요할 수 있습니다.
토폴로지 최적화는 기존 설계를 검증하는 대신 물리학을 사용하여 완제품으로 쉽게 진화할 수 있는 형태를 제안함으로써 인간의 창의성을 향상시킵니다. 신속한 설계 탐사와 개발 생산성 향상을 가능하게 하는 동시에 부품 통합의 기회를 포착할 수 있습니다.
토폴로지 최적화는 여러 부하가 걸린 좁은 공간에 패키징된 복잡한 부품의 설계를 지원합니다.
엔지니어는 재료, 압출, 대칭, 그리기 방향, 캐비티 방지, 오버핸드 각도 등 설계 초기 단계에서 제조 제약 조건을 적용할 수 있습니다. 구조물이 있을 수 있는 위치와 그렇지 않은 위치를 정의하고 사용 중인 부품에 예상되는 하중을 적용할 수 있습니다. 또한 토폴로지 최적화를 통해 최소 질량 또는 최대 강성으로 성능 목표를 충족하는 최적의 제조 가능한 구조를 생성할 수 있습니다.
사이즈, 쉐이프 및 프리쉐이프 최적화
토폴로지 및 토포그래피 최적화는 훌륭한 개념을 제공하지만, 가장 유망하고 믿음직한 설계라도 세밀한 조정이 필요합니다. 여기서 사이즈, 쉐이프 및 프리쉐이프 최적화가 이루어집니다.
사이즈 최적화는 단면 두께, 재료 선택 및 기타 부품 매개 변수와 같은 주요 제품 특성에 대한 최적의 솔루션을 찾는 데 널리 사용됩니다.
설계자는 초기 개념 분석 중에 높은 응력 집중이 확인되면 제품의 고장 가능성을 줄이기 위해 쉐이프 및 프리쉐이프 최적화로 전환합니다. 쉐이프 최적화는 설계의 높이, 길이 또는 반지름을 조정하여 기존 형상을 개선하고 부품을 변형하여 응력을 보다 고르게 분산시킵니다.
프리쉐이프 최적화는 설계자가 응력 감소 대상 영역을 표시할 수 있도록 하여 훨씬 더 큰 유연성을 제공합니다. 그런 다음 소프트웨어가 부품의 해당 영역에 대해 새롭고 개선된 형상을 생성합니다. 그러나 시뮬레이션의 자유가 향상되면 단점도 생깁니다. 프리쉐이프 최적화는 필렛과 같은 작은 설계 기능을 유지하지 않습니다. 따라서 미세 조정에 사용할 도구를 자신 있게 선택하려면 설계의 세부적인 지오메트리 제약 조건을 이해하는 것이 중요합니다.
부품을 성형하여 응력을 보다 고르게 분산시킴으로써 응력을 감소시키기 위해 차량 커넥팅 로드의 영역을 대상으로 한 프리쉐이프 최적화
프리사이즈 최적화
프리사이즈 최적화는 이러한 방법 중 가장 전문화되어 있으며 맞춤 용접된 블랭크에서 스탬핑된 부품 및 가공된 구조를 최적화하는 데 사용되며, 복잡한 적층 복합 부품 설계에 가장 널리 사용됩니다.
프리사이즈 최적화는 엔지니어가 적층 복합 재료를 위한 최적의 두께, 최적의 플라이 모양 및 최적의 적층 순서를 찾는 데 도움이 됩니다. 엔지니어는 섬유 방향의 수, 각 방향의 최대 두께 및 전체 적층 두께와 같은 제조 제약 조건을 설정한 다음 이상적인 컨셉 디자인을 신속하게 생성할 수 있습니다.
프리사이즈 최적화는 엔지니어가 적층 복합 재료를 위한 최적의 두께, 최적의 플라이 모양 및 최적의 적층 순서를 찾는 데 도움이 됩니다.
프리사이즈 최적화는 수퍼플라이 개념을 사용하여 부품 성능 요구 사항을 충족하는 각 섬유 방향에 대한 두께의 연속 분포를 정의합니다. 그런 다음 엔지니어는 플라이 번들 크기 최적화를 사용하여 설계를 미세 조정할 수 있습니다. 각 번들은 동일한 방향과 모양의 여러 플라이를 나타내면서 플라이 실패를 비롯한 세부 동작 제약 조건을 고려합니다. 마지막으로, 플라이 적층 순서 최적화는 최적의 성능을 제공하면서 모든 제조 제약 조건을 충족하도록 모든 적층을 정렬합니다.
구조 해석 및 최적화를 위해 시뮬레이션 기반 설계를 적용하는 방법에 대해 알아보려면 (https://www.altair.co.kr/structures-applications/)를 방문해주세요.
원문은 (여기)에서 보실 수 있습니다.
감사합니다.
한국알테어
