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.
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
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.
시뮬레이션 결과 및 결론
시뮬레이션에 대한 애니메이션은 다음과 같습니다.
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.
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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