다중 도메인(multi-domain) 기술은 메쉬간의 밀도 차이와 타임 스텝 불일치하는 서브 도메인을 포함하는 보다 큰 범위의 Radioss 모델의 성능을 최적화하는 것을 목표로합니다. 전체 모델을 마스터 도메인과 여러 서브 도메인으로 분리할 수 있습니다. 각 도메인은 자체 타임 스텝을 사용하여 별도의 Radioss 모델로 계산됩니다. 이번 예제의 목적은 새로운 다중 도메인 단일 입력 형식을 사용하는 방법과 모델을 준비하는 방법을 소개하는 것입니다.
전체 모델을 마스터 도메인과 서브 도메인으로 분리하고 타임 스텝마다 각 모델을 해결합니다. 새로운 다중 도메인 단일 입력 형식은 /SUBDOMAIN 키워드를 사용하여 서브 도메인 부분을 정의합니다.
물리적 문제 정의
범퍼 빔은 초기 속도 5m/s로 강성 실린더(직경 254mm)에 충돌합니다. 범퍼 뒤의 충돌박스는 x방향 자유도를 제외하고 모든 방향의 자유도가 구속되어 있습니다. 기둥은 모든 방향의 자유도가 구속됩니다. (단위계 : mm, ms, kg, N, GPa)
해석 및 모델링 정의
- Model Method
조밀한 메쉬는 보다 정확한 결과를 위해 변형이 많은 지점에서 사용합니다. 해당 모델에서 변형이 많은 충격 지점에는 빨간색으로 표시됩니다. 조밀한 메쉬는 2mm이며 나머지 부분은 7mm입니다. 전체 모델의 대략 절반인 18,370 쉘 요소는 조밀한 메쉬를 가집니다. 해당 조밀한 메쉬에 의해 explicit 타임 스텝이 계산되고 해석 시간을 줄이기 위해 질량 스케일(/DT/NODA/CST) 키위드가 사용됩니다. 다중 도메인 기술을 사용하여 조밀한 메쉬에 대해서는 작은 타임 스텝을 사용하고 엉성한 메쉬에 대해서는 큰 타입 스텝을 사용할 수 있습니다.
다중 도메인 기술을 사용하는 방법은 두 가지가 있습니다. 첫번째 방법은 사용자가 각 도메인에 대해 별도의 Starter 및 Engine 파일을 작성하고 도메인 간 연결에 대해 /LINK 키워드를 정의해야 합니다. 새로운 두번째 방법은 다중 도메인 단일 입력 형식입니다. /SUBDOAIN 키워드는 별도의 타임스텝을 사용하는 부품을 새로운 서브 도메인에 삽입하거나 특정 타입스텝으로 Engine 파일을 만들 수 있습니다. Radioss는 자동으로 서브 도메인의 Starter 정보와 두 도메인 간 연결을 위한 링크를 만듭니다. - Radioss Options Used
해당 예제는 두개의 Engine 파일이 있는 하나의 Starter 파일이 사용됩니다.
Starter file: bumper_LL4_0000.rad
Engine file for master domain: bumper_LL4_0001.rad
Engine file for sub-domain: FINE_MESH_0001.rad다음 두 키워드만 추가하면 됩니다.
1) bumper_LL4_0000.rad의 /SUBDOMAIN (Starter)
/SUBDOMAIN 키워드를 사용하여 Starter 파일에서 서브 도메인을 정의합니다.
2) /RAD2RAD/ON 키워드는 두 Engine 파일 모두에 있어야 합니다.
다중 도메인 기술을 사용하기 위해 두 Engine 파일 모두에서 /RAD2RAD/ON 키워드를 정의하여야 다중 도메인 커플링을 설정할 수 있습니다. - 도메인 간의 접촉(Contact)
서브 도메인과 마스터 도메인 간의 연결은 Tied 접촉(/INTER/TYPE2)을 사용합니다. Tied 접촉은 다중 도메인 단일 입력 형식과 호환되며 Radioss Starter 실행 중에 도메인 간 연결 링크를 자동으로 구성합니다.
해당 예제에서 서브 도메인은 시뮬레이션 중에 마스터 도메인에 영향을 미치지 않습니다. 따라서 각 도메인에 대해 두개 셀프 접촉을 정의합니다. 시뮬레이션 중에 서브 도메인이 마스터 도메인에 영향을 주는 경우에는 다음 4가지 접촉 인터페이스 TYPE7을 권장합니다.– 각각의 도메인에 사용되는 2개의 내부 접촉 인터페이스(/INTER/TYPE7)
1) Contact interface 1: 마스터 도메인의 셀프 접촉 정의
2) Contact interface 2: 서브 도메인의 셀프 접촉 정의– 서브 도메인 간의 2개의 접촉 인터페이스(/INTER/TYPE7)
3) Contact interface 3: 서브 프레임/자동차 접촉 – 슬레이브(slave) 측면의 서브 프레임
4) Contact interface 4: 자동차/서브 프레임 접촉 – 마스터(master) 측면의 서브 프레임모든 접촉이 하나의 접촉(/INTER/TYPE7)으로 처리되면 모든 요소가 서브 도메인에 영향을 미치며 서브 도메인에 복사됩니다. 모델이 크다면 다중 도메인 인터페이스의 규모가 커지고 RAD2RAD의 CPU 소모가 증가합니다. 즉, 계산 성능이 현저히 떨어집니다. 이 경우 Starter는 “다중 도메인 인터페이스가 너무 큽니다” 라는 경고 메시지를 출력합니다.
해석 결과 및 결론
- Results
다중 도메인 성능을 보여주기 위해 다음 두가지 테스트를 수행했습니다.
Test 1: Mono-domain – free DT control
Test 2: Multi-Domain – free DT control
테스트 1의 경우 타임스텝은 조밀한 메쉬에 의해 제어됩니다. 작은 타임스텝을 방지하기 위해 다중 도메인 접근 방식(테스트 2)을 사용합니다. 마스터 도메인(엉성한 메쉬 부분)은 약 8e-4ms 타임스텝을 가지며 서브 도메인(미세한 메쉬 부분)은 약 2e-4ms 타임스텝을 갖습니다. 총 해석 시간은 3.3e-3s 로 테스트 1보다 거의 2배 빠릅니다. 아래 그림 1과 같이 두 테스트는 같은 파괴 형상을 가졌습니다. 그림 2와 3은 테스트 1과 2 사이에서 정확히 동일한 결과를 보여줍니다. 테스트 2는 테스트 1에 비해 빠른 계산 시간을 가지지만 같은 결과를 보여줬습니다.
그림 1. 두 테스트에서 충돌박스의 파괴
그림 2. 두 테스트에서 충돌체 반력
그림 3. 두 테스트에서 내부 에너지다중 도메인을 사용하는 경우 대형 모델 또는 조밀한 메쉬 부분이 전체 모델의 30% 미만일 때 유용합니다. (해당 예제 모델은 50%) Radioss 도메인은 순차적으로 처리되므로 한번에 하나의 Radioss 프로세스가 진행됩니다. 전체 CPU 리소스는 실행중인 프로세스에 자동으로 할당되고 다른 CPU 리소스는 사용하지 않는 아이들(idle) 모드로 전환됩니다.
- Conclusion
다중 도메인 접근 방식을 사용하면 정확한 결과를 유지하면서 계신 시간을 크게 줄일 수 있었습니다. 새로운 단일 입력 파일 형식은 이전 버전의 설정 프로세스와 비교할 때 보다 사용자가 손쉽게 사용할 수 있었습니다.