한국알테어의 YUNA 입니다!
유한요소해석에 관심있는 모든 분들을 위해 간단한 이론과 HyperMesh를 이용해서 FEA Process를 차근차근 배워보는 “야금야금 CAE: 꿀바른 HyperWorks”를 연재합니다.
1년에 걸쳐 연재할 예정이니 앞으로 야금야금 함께 배워요!

제 20편 3D Meshing (Hexa) -2-

이번 시간에는 Hexa Meshing에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.

[Manual Hexa Meshing]
복잡한 Part에 Hexa Meshing을 생성하는 방법은, Surface에 Shell 요소들을 생성 한 뒤, 3D Meshing 기능을 이용해서 Hexa 요소로 바꿔주는 것입니다.
Extude, Spin, Sweep, Linear Solid 같은 기능을 이용해서 말이죠. Hex Meshing을 완료한 후에는(Free face check) 노드가 공유 되어있는지 확인 하는 것이 중요합니다.

1) Drag
2D Shell Mesh를 선택한 다음, 방향을 선택하고 Distance를 입력해주면, 입력한 Distance만큼 Drag 해서 Hexa 요소를 생성해 줍니다.

2) Spin
 2D Shell Mesh를 선택한 다음, 회전 방향과 중심각의 크기를 설정해주면, 입력한 중심각만큼 회전시켜 Hexa 요소를 생성해 줍니다.
3) Linear Solid

 시작 부분의 2D Mesh를 선택하고, 목적지가 될 2D Mesh를 선택합니다. 이때, 요소의 크기, 위치는 달라도 되지만, 요소의 타입과 개수는 같아야 합니다. 그 후, 노드의 위치와 방향을 정렬해주면 선택한 2D Mesh 사이에 선형 보간을 통해 Hexa 요소를 채워줍니다.
[Solid Map Panel]

1) Multi Solids ­
Solid Map의 Multi Solids를 이용하여, Solid를 모두 선택한 다음 요소 Size를 정한 다음 Mesh를 생성해주면 (TetraMesh 패널처럼) 아래와 같은 Solid Geometry를 클릭한 후에 바로 Hexa 요소를 생성 할 수 있습니다. 다만, 한가지 조건이 있는데요! 바로 Geometry가 Mappable 상태여야만 합니다.
2) Mappable 이란?
Hexa 요소를 쌓을 수 있는 상태라는 뜻 입니다. Source Face, Destination Face, Along Face, Drag Direction으로 구성되는 있습니다. 아래의 그림을 보시면 Along Face 부분에 Point, Edge 등 아무것도 없죠? 기본적으로 Drag, Spin, Liear Solid 처럼, Hexa 요소는 한층 한층 쌓는 과정을 통해 생성되기 때문에, Hexa 요소를 쌓는 방향에 방해되는 부분이 없어야 합니다.
3) Mappable 상태인지 확인하는 방법은?
Visualization 옵션에서 Mappable 선택하면 아래와 같이 확인이 가능합니다!3 방향 모두 Mappable 상태일 경우에는 초록색으로 표시된답니다! 정육면체 형태의 Geometry라면 X,Y,Z방향으로 3방향이 모두 Mappable 상태겠죠?

[Shrink Wrap을 이용한 Hexa Meshing]
Shrink Wrap ­ 형상을 따라 랩을 감싸듯이 Mesh를 생성하는 기능입니다.  Full Car 모델의 해석을 진행할 때,  파워트레인을 상세하게 모델링 할 필요가 없는 경우라면, Shrink Wrap을 이용해서 심플하게 Meshing 하시면 됩니다.

Shrink Wrap 패널은, 2D Mesh를 생성할 때 쓰이지만, 옵션을 적용하면 3D 요소를 생성할 수도 있습니다. 아래의 빨간 박스처럼, generate solid mesh를 체크하면 Hexa 요소를 바로 생성 할 수 있습니다. (이때, jacobian 이 1에 가까워 질수록 이상적인 요소(정육면체)에 가까워지게 됩니다.)
이번 내용은 여기까지 입니다. 다음편부터는 요소의 품질에 대해 살펴보도록 하겠습니다~

– 참조
이 자료는 “Practical Finite Element Analysis” 책의 내용과,  HyperWorks Help Documentation 자료를 포함하고 있습니다.
© 2015 Altair Engineering, Inc. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, transmitted,transcribed, or translated to another language without the written permission of Altair

이번 업데이트에서 FEKO 14.0.411은 새로운 기능, 개선 사항 및 버그 수정 내용들이 포함되어 있습니다.

참고 : FEKO 14.0.411은 누적 업데이트이면서, 이전의 업데이트 내용을 모두 담고 있는 버전입니다. 기존 FEKO 14.0에 덮어서 설치해도 되며, FEKO 14.0이 설치되지 않았어도 설치가 가능합니다.

자세한 내용은 릴리즈 노트를 참조하시기 바랍니다.

… Release note for HWFEKO14.0.411_ReleaseNotes

• CADFEKO and CADFEKO_BATCH
• EDITFEKO
• POSTFEKO
• FEKO Kernel
• SECFEKO

FEKO 14.0.411 공식 업데이트의 상세한 내용은 아래와 같습니다.

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  최근 알테어가 PBS 프로페셔널을 오픈 소스 라이선스로 릴리즈 했습니다.

  20년도 훨씬 전에, 저는 미국항공우주국(NASA)의 HPC 부서에서 회사 생활을 시작했고 멋진 팀원들과 함께 최초의 PBS 소프트웨어를 개발했습니다. 그리고 오늘날 PBS 프로페셔널은 HPC 잡 스케줄링 분야에서 가장 많이 쓰이는 소프트웨어가 됐습니다.

  모든 곳에는 고유한 프로세스와 목적이 있고 특별한 사업적 요구조건이 있으므로 스케줄링이란 아주 복잡한 일입니다. 사실, 적어도 열두 개 이상의 다양한 소프트웨어 패키지가 전 세계 HPC의 잡 스케줄링에 사용된다고 해도 과언이 아닙니다. 전통적인 HPC 센터와 민간 및 공공 클라우드를 포함해서 말이지요.

  지난 20년을 뒤돌아보면서, 저는 HPC가 두 개의 영역으로 나눠진 데는 타당한 이유가 있다고 생각합니다.

    – 개인 영역 : 엔지니어와 사업가들은 제품을 만들고 HPC를 지렛대 삼아 서비스를 제공했습니다. (경쟁자들과 슬로우 어답터들, 위험회피자들이 제한된 상업 소프트웨어를 강력하게 지지했습니다.)

빌 니츠버그(Bill Nitzberg), 알테어 PBS Works CTO

  알테어는 HPC 첨단 기술(현재 제품 포함)을 더욱 발전시키기 위해 HPC 커뮤니티 전반을 규합하는 데 대규모 투자를 진행하고 있습니다. 현재 오픈 소스와 상업용 두 가지의 PBS 프로페셔널 듀얼 라이선스 시스템을 운영하고 있으며 소프트웨어의 모든 코어를 오픈하고 있습니다. 최신 버전의 강력한 모든 기능들을 포함해서 말이죠!

  또한 여전히 구매 고객을 위한 강력한 상업용 버전도 제공하고 있으며 앞으로는 커뮤니티 중심의 적극적인 오픈을 확신합니다. 인력을 투입하고 내부 엔지니어링 조직을 재정비하여 이 프로젝트에 기여하는 많은 이들과 함께 한 축을 담당하도록 하겠습니다. 우리는 커뮤니티를 통한 성공 사례를 활용할 계획입니다. (예를 들어, 깃허브(Github), 지라(JIRA), 새로운 기능에 대한 열린 토론 등) 그리고 PBS 프로를 앞세워 “OpenHPC” 프로젝트에 참여하고 있으며 HPC 세계를 연결시켜주는 잡 스케줄링 소프트웨어를 위해 지속적으로 실행가능한 장기적인 커뮤니티에 집중하고 있습니다.

  어때요, 흥미롭지 않으신가요? 사실 이 프로젝트는 PBS 프로가 처음 NASA 밖으로 나온 이후에 제가 참여했었던 가장 흥분되는 일 중 하나입니다. 소프트웨어가 출시를 위해 모습을 갖춰가는 것은 많은 노력을 필요로 합니다. 우리는 2016년 중반에 PBS 프로 14.0 버전을 출시할 예정입니다. 이를 위해 소스 코드를 오픈하는 것 뿐만 아니라 커뮤니티를 육성할 수 있는 툴과 프로세스를 생성하는 일까지 준비하고 있습니다. 여기에는 문서, 티케팅 시스템, 지속적인 통합 툴, 위키, 이메일 리스트 등이 포함됩니다.

  우리는 “바르게 일하기(do it right)”를 지향합니다. 우리는 살아가면서 여러분과 같은 다양한 사람들에게 많은 것을 배울 것이라 확신합니다. 또한 커뮤니티가 필요로 하는 것들을 만족시킬 수 있도록 최선을 다하여 모든 노력을 기울일 것입니다.
  

무엇보다 이 모든 것을 위해서는 여러분들의 도움이 필요합니다.

[원문보기]

목적

트럭이 방지턱을 통과 할 때 변형이 발생 할 것이라 예상되는 부분을 확인하는 것이 본 예제의 목적입니다. 또한 트럭 모델의 메인 파트에 플렉서블 바디를 적용하여 고유치 해석을 RADIOSS에서 진행하는 것입니다. 모델링 품질을 평가하기 위해서 강체가 적용된 모델과 플렉서블 파디가 적용된 모델을 비교해봅니다.

예제는 총 2편으로 본 편에서 다루는 내용은 다음과 같습니다.

지면에 놓여있는 트럭 모델은 정적 평형상태가 되기 전까지 중력의 영향을 받고 평형상태가 시작되면 15.6m/s (56 km/h)의 초기 속도가 적용되어 트럭이 움직이게 되어 방지턱과 부딪히게 됩니다.  이와 같은 트럭 모델링에 대한 설명과 해석 결과를 확인하는 것이 본 예제의 목적입니다.

모델링 

단위 : mm, s, ton, N, MPa

대부분의 파트에 적용되는 선형 탄성 물성 (/MAT/LAW1)

• •Young’s modulus: 205000 MPa
• •Poisson’s ratio: 0.3
• •Density: 7.85×10-9 Kg/l

빔과 스프링 요소의 물성 (/MAT/LAW2)

• Young’s modulus: 205000 MPa
• Poisson’s ratio: 0.3
• Density: 7.85×10-9 Kg/l
• Yield stress: 180 MPa
• Hardening parameter: 480 MPa
• Hardening exponent: 0.5

트럭 모델에는 총 21430개의 요소로 Mesh되었으며 총 148356개의 자유도를 갖고 있습니다. 1D 요소는 173개 2D는 20109개 그리고 3D는 1148개입니다.

좀 더 자세하게 보면 아래와 같이 요소들이 구성되어 있습니다.

Explicit 계산을 위해 Belytschko (type 4, Ishell 4)가 사용되었습니다. 모드를 계산하기 위해서는 implicit 옵션이 필요하기 때문에 고유치 해석은 반드시 완전 적분 요소를 사용해야 합니다.

모델의 주요 파트들은 다음과 같습니다.

경계체적 / 이상기체

트럭의 타이어 내부 압을 모델링하기 위해 경계체적이 사용되었습니다. 경계체적은 하나 또는 다수의 쉘 특성이 적용되며 이들은 반드시 닫혀있는 상태여야 합니다. 주요 특성은 다음과 같습니다.

• External pressure: 0.1 MPa
• Initial internal pressure: 0.3 MPa
• Constant gas: 1.4

이들 외의 다른 모든 값들은 기본 값으로 설정되었습니다. 경계체적으로 모델링된 파트들은 아래 그림과 같습니다.

파트간 연결

파트들을 어셈블리 하기 위해서 4개의 링크 타입이 모델에 적용되었습니다.

• 빔 타입의 스프링 (Type 13)
• 강체 (kinematic condition)
• Tied 컨택 (kinematic condition)
• 절점 공유

빔 타입 스프링 요소는 용접점을 모델링 할 때 유용하게 사용됩니다. 본 예제에서 적용된 스프링 특성은 다음과 같습니다.

• Young’s modulus: 210000 MPa
• Inertia: 2×10-4 kg.m2
• Mass: 2×10-6 ton

하중과 모멘트는 인풋 커브로 부터 읽어들여지며 자세한 값들은 다음과 같습니다.

Table 2 : F-D 커브 (force – displacement)

Table 3 : M-R 커브 (moment – rotation)

Tied 컨택을 위한 Interface type 2로 마스터 면과 슬레이브 절점들을 하나의 셋으로 연결하게 되는데 슬레이브 절점에 kinematic 구속이 설정되었으며 각 절점들은 그들의 마스터 세그먼트와 동일한 위치에 있게 됩니다. 위와 같은 내용이 적용된 접촉 조건을 kinematic condition이라 합니다. Spot_flag는 점용접 계산법은 0으로 설정되어있으며 공유되는 절점이 없이 요소를 연결시켜주는 역할을 합니다. 마스터 면은 반드시 mesh와 동일한 위상에 있어야 합니다.

강체는 두개 혹은 더 많은 파트들을 연결하기 위해 사용되며 이러한 강체들에 추가적인 질량은 부여되지 않았습니다. 또한 마스터 절점들은 어디에도 위치 할 수 있습니다. 이때 슬레이브 절점들은 다른 kinematic condition을 적용해선 안됩니다. (예를 들어 tied 컨택 같은)

구형 관성은 강체를 사용하기 위해서 반드시 적용해야 합니다. 강체는 단지 2개의 슬레이브 절점만을 갖고 있기 때문에 요소의 안정성을 위해서 구형 관성(Ispher = 1)이 적용되야 합니다. 이처럼 관성은 구형이며 데이터로부터 계산되지 않습니다.

접촉조건 모델링 – 셀프 컨택

파트간의 셀프 접촉을 고려하기 위해서 type7이 사용되야 합니다. 접촉 갭은 0.5mm입니다.

휠 회전 모델링

휠은 자축(Axle)을 사용해서 브레이크 시스템과 연결되어 있습니다. 빔 요소(반대측의 빨간 부분)는 자축(axle)을 모델링하며 회전 방향의 구속이 풀려있는 상태입니다.

RADIOSS 옵션

– 무한 평면 (지면)
– 무한 원통 (방지턱) , 지름은 1500mm

실린더형 벽은 아래와 같이 모델링되어있으며 M과 M1의 좌표는 다음과 같습니다.
M(500, 0, -600), M1(500, 100, -600)

두 강벽 (지면, 방지턱) 은 휠이 돌아 갈 수 있도록 연결되어있습니다. 타이어 파트는 무한 평면에 대해 슬레이브 절점들로 정의되어 있고 전면 우측 타이어의 절점들만이 방지턱 강벽의 슬레이브로 설정되어 있습니다. kinematic condition은 충격을 받는 각각의 슬레이브 절점에 적용되었으며, 이 때문에 슬레이브 절점들은 그러한 조건들이 직교방향으로 적용되어있지 않는 경우에는 다른 kinematic condition을 적용 할 수 없습니다. 가령 manner, incompatible kinematic condition들을 실린더와 평면의 Z축을 따라서 수직 방향과 일치 할 때 발견 할 수 있습니다. 그러나 공통의 슬레이브 절점들은 두개의 kinematic condition의 영향을 받진 않습니다.

15600 mm.s-1 (56km/h)의 초기 속도는 구조물의 모든 절점에 X방향으로 시간이 0.3초가 되었을 때 적용됩니다. 이 같은 초기 조건은 D02에 (리스타트파일 *_0002.rad) 적용되었으며 시간을 0.3으로 설정한 이유는 중력에 의한 준 정적 평형 상태가 된 후에 적용하기 위함입니다.

*_0002.rad 파일에 쓰인 옵션을 살펴보면 다음과 같습니다.

• /INIV/TRA/X/1 : X축 방향의 초기 회전 속도
• 15600 : 15600 mm/s
• 1 265130 : 절점 1 ~ 265130 (/INIV/TRA/X/1)

준정적 하중 : 초기 정적 평형상태에서의 중력의 영향

준정적해석에서 구조물 변형에 대한 중력 하중은 동적 응답의 정적 상태와 transient 해석 전의 pre-loading을 묘사하는 것입니다. 이와 같이 시뮬레이션 상태에서는 2가지 단계로 구분합니다. 준정적상태 (중력의 영향), 동적 거동 (방지턱에 충돌하는 구조물)

중력은 모델에 존재하는 전체 절점에 -9810 mms-2로 균일하게 Z방향으로 정의되며, 중력을 활성화 시키는 키워드는 /GRAV입니다. explicit 시간 적분 방식은 절점의 가속도 계산 시작으로 가정합니다. 동적 하중에 대한 시뮬레이션에서는 매우 효율적인 방법입니다. 그럼에도 불구하고 동적 해결 방법을 이용한 준정적 시뮬레이션은 평형 상태를 향해 수렴하기 위해 동적 영향을 최소화 시킬 필요가 있습니다. 여러가지 적용된 방법들 중에서, kinetic relaxation 방법이 가장 효율적이며 이에 대한 옵션은 엔진 파일 (*_0001.rad)에 적용되어있습니다. (/KEREL) 운동에너지가 최대로 도달 할 때 이 옵션이 운동에너지를 0으로 적용시켜줍니다. (아래 그림 참조)

해석 결과 및 결론

1편에 대한 내용은 여기서 마치며 고유치 해석과 플렉서블 바디 등에 대한 내용은 14.2에서 좀 더 자세히 다루도록 하겠습니다.

끝.

공략 14.2편 – 14.2 – VPG with Flexible and Rigid Bodies

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데이터포인트 랩(Datapoint Labs)과의 협업으로,
적층 제조와 토폴로지 최적화를 이용해 벨 크랭크 무게 45% 절감 달성

  최근 적층 제조와 3D 프린팅에 관한 다양한 광고들이 나오고 있습니다. 더 나은 제품 제작을 위해 혹시 지금 이러한 프로그램을 찾고 계시진 않으신가요? 항공우주산업에서는 실제로 이러한 광고들이 점점 늘어나고 있다고 합니다. 광고가 되는 애플리케이션은 비-구조 파트, 오래된 시스템을 위한 대체 파트, 제트 엔진 부품, 위성 구조 등 다양합니다. 문제는 이러한 적층 제조 기법으로 만든 부품을 신뢰할 수 있느냐는 것입니다. 이는 설계, 제조 공정, 프로토콜 검사 등의 검증이 필요합니다. 사실 적층 제조된 부품의 검증 과정은 크게 다르지는 않지만, 제조 프로세스가 크게 다르며, 특히 이러한 설계를 전통적인 응력 해석 방법을 사용하여 해석하기에는 용이하지 않습니다. 항공기 부품을 설계하고 검증하기 위해 알테어는, 파트너인 데이터포인트 랩(Datapoint Labs)과 함께 연구를 시작하게 되었습니다. 그리고 적층 제조와 토폴로지 최적화를 이용해, 구성 요소의 성능 요구 사항을 충족하면서도 무려 45% 더 가벼운 벨 크랭크를 얻을 수 있었습니다.

더 자세한 내용이 궁금하신 분은 [원문보기]를 클릭해주세요!

첫 번째! 검증 단계

  연구진은 코넬 자전거 크랭크를 이를 검증하기로 하였습니다. 작업 흐름은 그림 1에서 확인하실 수 있습니다. EOS의 알루미늄 AlSi10Mg 가스 원자화 파우더와, 파트와 샘플 제조에 사용되는 EOS 280 Selective Laser Melting (SLM)를 이용하여 실험에 들어갔습니다. 자전거 크랭크의 샘플은 총 세 가지로 제작되었는데, 각각의 실험 표본은 재료 특성 곡선 생성을 위해 테스트 되었습니다. 실험 중 탄성과 함께 파괴 변위도 발생했습니다. 이런식으로 얻어진 물성 데이터는 망가진 자전거 크랭크의 시뮬레이션을 위해 사용되었습니다. 자전거 크랭크 테스트 기간 동안 부품에 변형을 더 잘 확인하기 위해 디지털 이미지 상관 관계(DIC) 방법을 사용했습니다. 시뮬레이션 결과와 실제 파단 위치 및 하중에 대해 비교했습니다.

▲ 그림 1. 자전거 크랭크 확인: 적층 제조 인쇄 레이아웃 -> 실험에서의 소재 특성 그래프
-> 실제 실험을 위한 자전거 크랭크 셋업 -> 변형에 대한 실제 실험(위)과 시뮬레이션(아래)의 비교
-> 파단에 대한 실제 실험(위)과 시뮬레이션(아래)의 비교

두 번째! 항공우주 분야에 적용

  이번에는 동일한 방법을 172 세스나 후방 엘리베이터 벨 크랭크(172 Cessna rear elevator bellcrank)에도 적용해보기로 했습니다. 프로젝트의 목표는, 부품의 안전계수 2와 최대 편차가 3.8mm이 되도록 유지하면서, 최대 허용 하중을 고려하여 중량을 최적화하는 것이었습니다. 그림 2에서 확인하실 수 있습니다. 기존의 벨 크랭크에서 고체 판이 보입니다. 재료 특성과 크랭크를 설정 및 검증하고, 설계는 솔리드씽킹 인스파이어(solidThinking Inspire)를 이용해, 공학적인 측면과 성능적인 측면을 모두 충족하면서 보다 가볍게 최적화가 되었습니다. 이 설계는 EOS AlSi10Mg와 같은 물성으로, 그리고 자전거 크랭크 샘플과 같은 프로세스로 하여 제작되었습니다. 적층 제조된 벨 크랭크를 DIC 실험용으로 설정한 후, 실제 실험의 변형 결과와 시뮬레이션 결과로 얻은 변형 결과를 비교하며 실제 실험과 시뮬레이션의 상관관계를 알아보았습니다.

▲ 그림 2. 벨 크랭크의 설계 최적화, 인쇄, 및 실제 테스트: 기존의 벨 크랭크 설계
-> 최적화된 벨 크랭크 설계 -> 실험을 위한 셋업
-> 변형에 대한 시뮬레이션(왼쪽)과 실제 실험(오른쪽)의 비교

  이렇게 하여 얻은 최적화된 벨 크랭크는, 구성 요소의 성능 요구 사항을 충족하면서도 무려 45% 더 가벼워질 수 있었습니다. 토폴로지 최적화와 적층 제조 기법이 만나, 비용을 증가시키지 않으면서 항공기 부품의 중량을 크게 감소시켜 준 것입니다. 제품의 소량 생산 측면에 있어서도, 형상을 최적화하여 중량을 절감하는 것은 매력적인 성공 사례가 될 수 있으며, 경량화로 인해 실제 비용을 크게 절감하게 되었습니다. 이번 사례를 통해 적층 제조 기법과 최적화된 항공 부품에 대해 다시 한 번 확인하고 검증할 수 있었습니다.

멀티스케일 디자이너는 연속, 직조 및/또는 단섬유(chopped fiber) 복합재, 허니콤 코어, 강화 콘크리트, 토양, 뼈 및 기타 다양한 이종 재료의 다중 스케일 재료 모형을 개발하고 시뮬레이션을 하기 위한 효율적 도구입니다. 응용 분야로 설계, 파괴, 통계 기반의 재료 허용치, 피로, 균열, 충격, 충돌, 환경적 물성 저하에 대한 다중 스케일 재료 모델링과 다중 물리 시뮬레이션이 포함되며 옵티스트럭트, 라디오스, LS-DYNA 및 아바쿠스 등의 상용 FEA 솔버 이용을 위한 플러그인이 제공됩니다.

자세한 내용은 릴리즈 노트를 참조하시기 바랍니다.

… Release note for MultiscaleDesigner_v3.2_ReleaseNotes

• New Features
• Enhancements
• Issue Resolutions

Multiscale Designer 3.2 공식 업데이트의 상세한 내용은 아래와 같습니다.

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• SimLab에서는 다음과 같은 복잡한 형상의 모델이 있는 경우 Free Edge를 쉽게 찾을 수 있는 Render 모드를 제공하고 있습니다.
  
• Render 모드 변경은 RenderMode | Edge Display | Element Free Edge을 통해서 할 수 있습니다.
  
• Render 모드 변경 이후에  ‘←‘ ‘→‘ 아이콘을 클릭하면 Free Edge가 있는 지점으로 순차적으로 이동을 합니다.

• 아래와 같이 3D 요소가 있을 경우 외부 표면에 대해서 2D 요소로 간편하게 추출이 가능합니다.
  
• 기능위치 : Geometry | Body | Create | From Faces
  
• 옵션설명
  
  
  • Remove from parent body : 2D 요소에서만 적용이 되며 2D Face가 새로운 Body에 생성되고, 기존의 2D Face는 삭제
  • Duplicate and make shared faces : 별도의 Body에 2D Face가 생성, 3D 요소와는 절점 공유
  • Duplicate and make non-shared faces : 별도의 Body에 2D Face가 생성, 3D 요소와는 절점 분리

인스파이어와 이볼브가 포함되어 있는 솔리드씽킹 디자인 패키지의 2016.1 build 5559 버전이 출시되었습니다.

자세한 내용은 릴리즈 노트를 참조하시기 바랍니다.

… Release note for solidThinking_2016.1b5559_ReleaseNotes

• solidThinking Inspire
• solidThinking Evolve

솔리드씽킹 디자인 2016.1 build 5559 공식 업데이트의 상세한 내용은 아래와 같습니다.

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2016.07_MonthlyAltair.pdf (PDF파일 다운받기)

2016년 7월 월간알테어
ATCx 기념 월간알테어 요약 동영상 이벤트! “ATCx 2016 홍보 영상의 주인공이 되어보세요!” 홍보 영상의 주인공도 되고, 10만원 상당의 외식상품권도 받아가세요! 요약 동영상 속의 멘트를 따라하여 영상으로 찍어서 event@altair.co.kr로 보내주시면 응모 완료! 많은 관심과 참여를 부탁드립니다.

FEKO 14.0.411 릴리즈

하이퍼웍스 데스크탑 14.0.112 릴리즈

Multiscale Designer 3.2 릴리즈

solidThinking Design 2016.1 build 5559 릴리즈

무려 10만 노드! 10배 더 자유롭게, 하이퍼웍스 스튜던트 에디션 14.0

7월 월간알테어 뉴스!

대륙이 놀랐다. 페코의 항공기 전파 문제 해결 능력

다양한 기술 발표, 디자이너와의 만남까지! 제 4회 알테파 개최

궁금해요! 하이퍼웍스 14.0, 삼성과 함께한 신기능 소개 세미나

획기적인 HPC 오픈 소스 시스템, 알테어와 함께 준비해요!

시뮬레이션 중심 혁신(Simulation-driven Innovation)이란 무엇인가

인스파이어로 3배 더 빠른 설계를 경험하세요!

인스파이어 무료 교육 안내!

이볼브의 픽셀 맵 기능만 있으면 어려운 양각 표현도 손쉽게 OK!

솔리드씽킹 컴포즈 2016 릴리즈

항공 분야 적층 제조! APA와 함께라면 가능해집니다!

판교캠퍼스 7월 04일~05일 FEKO를 활용한 전자기 해석 기본 7월 06일~08일 AcuSolve를 이용한 전산유체해석(CFD) 교육 7월 12일~12일 INSPIRE를 사용하여 손쉽게 구조해석 및 최적화 수행하기 7월 21일~22일 Altair OptiStruct FEA Basic

부산캠퍼스 7월 06일~08일 조선/해양 분야를 위한 HyperMesh/HyperView 기본 교육

한국알테어 웨비나 07월 14일 어셈블리 모델의 파트를 교체해주는 Part replacement 기능 소개 이번 웨비나에서는 HyperMesh에서 사용할 수 있는 기능 중 하나인 Part replacement 에 대해 알아보고자 합니다. 어셈블리 모델에서 특정한 파트을 교체하고자 할 때에 사용할 수 있습니다. 교체 모델에 대해서 기존에 설정한 contact surface, force와 같은 하중, set 등의 정보를 유지할 수 있습니다. 해당 기능에 대한 소개와 함께 사용 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다. 07월 22일 SimLab을 이용한 OptiStruct 모델링 완성하기 이번 웨비나에서는 SimLab에서 OptiStruct 모델링을 하는 방법을 소개하고자 합니다. SimLab은 Feature(Face, Edge등)를 인식하는 기능이 좋기 때문에 Analysis 작업 시에 매우 쉽고 간편하게 작업이 이루어 집니다. 데모는 OptiStruct의 ‘Linear Static’, ‘Normal Mode’, ‘Non Linear Static’ 해석 타입에 대해 보여드릴 예정입니다. 07월 28일 쉽게 따라하는 HyperMesh 자동화 스크립트 작성 방법 2탄 이번 웨비나는 지난번에 진행했던 자동화 스크립트 작성 방법의 2탄입니다. HyperMesh의 작업 History를 기록하는 command.tcl 파일과 자동화에 사용되는 프로그래밍 언어인 tcl/tk에 대한 기초 문법을 이용하여 자동화 스크립트를 작성해보도록 하겠습니다. 본 웨비나는 HyperMesh 자동화 입문자를 위해 기획되었습니다.

에어버스 헬리콥터, 효과적 데이터 수집 및 중복을 줄일 수 있는 중량 분석 도구
웨이트 어낼리틱스(Weight Analytics)로 데이터 통합 시간 80% 단축

  항공우주산업에서는 단지 몇 킬로그램 차이로 연료의 효율성이나 이산화탄소 배출량이 달라지기 때문에, 항공기 전체의 중량은 매우 중요한 설계 요인입니다. 무거운 항공기는 상대적으로 작은 화물만을 운반할 수밖에 없고, 더 많은 연료를 소비하게 되어, 그만큼 유지 비용이 늘어나게 됩니다. 그래서, 항공기 개발 프로세스에 있어 항공기의 중량 관리와 밸런스 데이터는 매우 중요한 요소가 되었습니다. 에어버스 헬리콥터(Airbus Helicopters, 구 유로콥터)의 무게 및 밸런스(W&B) 팀은, 무게 중심과 관성 모멘트 등이 제품 성능에 미치는 영향을 추적하여 적합한 설계를 하도록 도와주는 일을 하고 있습니다. 그리고 효과적인 데이터 수집 및 분석을 위해 알테어의 웨이트 어낼리틱스(Weight Analytics)를 사용하여 4주가 걸리는 데이터 수집 작업을 단 하루만에 할 수 있었습니다.

더 자세한 내용이 궁금하신 분은 [원문보기]를 클릭해주세요!

  1992년, 프랑스 에어로스페시알(Aérospatiale)의 헬리콥터 부서와 독일의 다임러-벤츠 에어로스페이스 AG(Daimler-Benz Aerospace AG: DASA)의 합병을 통해 설립된 에어버스 헬리콥터(Airbus Helicopters, 구 유로콥터)의 웨이트 어낼리틱스(Weight Analytics) 사용 성공사례입니다.

  에어버스 헬리콥터의 무게 및 밸런스(W&B) 팀은 초기 컨셉 단계에서 제품의 무게를 예측하기 위해 데이터를 수집하고 분석하는 업무를 수행합니다. 이들은 무게 중심과 관성 모멘트, 그리고 이것이 제품 성능에 미치는 영향에 특히 주의하여 개발 과정에서의 중량 변화를 추적하여, 적합한 설계를 할 수 있도록 도와줍니다.

  최적의 제품 중량을 알아내기 위해 에어버스 헬리콥터의 무게 및 밸런스 팀은, 제품수명주기 관리 측면에서 개발과 관련된 여러 부서로부터 중량 데이터를 수집하고, 데이터의 채굴 및 탐색이 가능하도록 마스터 문서에 정보를 대조합니다. 팀은 또한 항공기의 부분 또는 전체 시스템 정보를 제공하는 광범위한 글로벌 공급 기지로부터 비슷한 데이터들을 수집해야 합니다.

  이러한 중량 데이터의 수집, 통합 및 분석은, 시간이 매우 오래걸리는 작업입니다. 방대한 데이터일 경우는 특히 더 그렇습니다. 효과적인 작업을 위해 에어버스 헬리콥터는 수많은 알테어 고객들에게 이미 검증된, 중량 관리 도구 웨이트 어낼리틱스(Weight Analytics)를 사용해 보기로 하였습니다. 분석 및 개발에는 알테어의 프로덕트디자인(ProductDesign) 팀도 6개월간 함께 참여했습니다.

  웨이트 어낼리틱스의 전문가들은 에어버스 헬리콥터의 무게 및 밸런스(W&B) 팀과 함께 작업하며 효과적인 무게 데이터 수집으로 데이터 통합 시간을 80% 단축하고 중량 및 밸런스 측면에서 더욱 뛰어난 항공기 개발 작업을 할 수 있었습니다.

알테어와 Airbus APWorks, 적층 제조의 실현을 위한 파트너십 체결

알테어와 APWorks는 최근 적층 제조(AM) 기술 향상을 위한 파트너십을 맺었습니다. 이번 파트너십은 다양한 산업에 종사하는 고객에게 자유로움, 경량화, 맞춤형 설계와 같은 적층 제조의 강점을 제공하기 위해 체결되었습니다. 뿐만 아니라 생산 공정, 컨설팅, 고급 설계 및 시뮬레이션 기술도 함께 제공할 계획입니다.

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  주요 협력 영역은 알테어와 APWorks가 공동으로 진행하는 엔드 투 엔드(End-to-End) 컨설팅이며, 적층 제조 기술을 도입한 기업들을 지원할 예정입니다. 이러한 지원에는 프로그램 검사, 구성 요소 재설계, 제품 성능 예측, 프로토타입 출력 및 실험, 비용 분석 및 비즈니스 사례 등이 포함됩니다. 또한 APWorks의 전문 지식과 알테어의 소프트웨어를 통한 시뮬레이션 중심 설계 프로세스를 제공합니다. 즉, 짧은 시간 내에 직관적인 사용자 경험을 바탕으로 설계부터 검증까지 끝낼 수 있는 완벽한 작업 환경을 갖추게 됩니다.

▲ APWorks “Light Rider”-3D 프린터로 만든 세계 최초의 오토바이

▲ 옵티스트럭트의 생체 공학 알고리즘을 통한 최적의 프레임 구조

▲ 알테어 옵티스트럭트를 통한 설계 프로세스

피에트로 세르베르라(Pietro Cervellera) 박사, 알테어 상무이사

디자인과 기술이 교차하는 시대를 미리 준비하고자 개최되는 컨버지 2016,
이 혁신적인 컨퍼런스의 글로벌 기조연설자를 지금 소개합니다!

  더욱 빠르게 원하는 제품을 시장에 출시할 수 있도록 기술을 창조하고 개발하는 솔리드씽킹은, 디자인과 기술이 교차하는 시대를 준비하며 제품 통찰과 경험을 창조하는 사람들을 위한, 솔리드씽킹의 새로운 글로벌 컨퍼런스 시리즈인 컨버지 2016(Converge 2016)의 기조 연설을 담당할 주요 연사를 발표했습니다. 수천 명의 사람들이 참석 예정인 이번 행사는 미국 로스앤젤레스를 시작으로 하여, 대한민국 서울까지 총 6개국에서 성대하게 진행될 예정입니다. 상세 정보와 참가자 등록은 Converge2016.com을 방문해 주십시오.

  글로벌 컨버지 2016의 연사는 다음과 같습니다.

• 아르옌 벤더스(Arjen Benders) – 필립스(Philips) 설계 상무 이사
• 자닌 베니어스(Janine Benyus) – 바이오미미크리(Biomimicry) 전문가, 작가, 바이오미미크리 3.8 공동 창립자
• 에디 칸(Eddie Can) – 자하 하디드 아키텍츠(Zaha Hadid Architects) 연구 및 프로젝트 책임자
• 프란코 시마띠(Franco Cimatti) – 페라리(Ferrari) 자동차 컨셉 및 사전 개발 부서장
• 랄프 질스(Ralph Gilles) – 유명 디자이너, 피아트 크라이슬러 오토모바일(Fiat Chrysler Automobiles) 디자인부 책임자
• 제이슨 롭스(Jason Lopes) – 레거시 이펙트(Legacy Effects) 3D 프린팅 전문가 및 수석 시스템 엔지니어
• 노일훈(Il Hoon Roh) – 노일훈 스튜디오(Il Hoon Roh Studio) 디자이너 및 건축가
• 다니엘 슈네이더(Daniel Schneider) – 에어버스 AP웍스(Airbus APWorks) 기술 관리자
• 수레시 세티(Suresh Sethi) – 윌풀(Whirlpool) 공기 & 물 관련 글로벌 설계 관리자 및 남아시아 설계 부문 부사장
• 테리 월러스(Terry Wohlers) – 월러스 어소시에이츠(Wohlers Associates) 소속 적층 제조 및 3D 프린팅 전문가
• 피터 젝(Peter Zec) 박사 – 국제 디자인 컨설턴트, 레드 닷 어워드(Red Dot Award) 창립자 겸 CEO
• 쳉 지종(Cheng Zhizhong) – 차이나 아카데미 오브 스페이스 테크놀로지(China Academy of Space Technology) 수석 디자인 엔지니어

  알테어의 설립자, 회장 겸 CEO인 제임스 스캐파(James Scapa)는 “새 글로벌 컨퍼런스 시리즈에서 많은 전문가 분들이 기조 연설을 맡아주어서 매우 기쁩니다. 이번 연사들은 세계 최고의 기술 및 디자인 아이디어를 가진 사람들이며, 이들이 컨버지 2016 참가자들에게 미칠 영향을 생각하면 벌써부터 가슴이 뜁니다.” 라고 기쁨을 나타냈습니다.

  컨버지 2016은 설계자와 엔지니어 모두가 공유하며, 새로운 제작 접근 방법을 제시하는 혁신적인 소프트웨어, 재료, 제조 방법 등에 대한 절충안에 대해 모색할 예정입니다. 업계를 선도하는 사람들이 모여 3D 프린팅, IoT 및 고성능 컴퓨팅 등 시장과 기술 동향에 따라 급변하고 있는 글로벌 경제에서, 설계 및 제조에 대해 자신들이 경험한 바와 비전을 공유하는 자리가 될 것입니다.

컨버지 2016 개최 장소 및 날짜:
미국 캘리포니아 로스앤젤레스: 9월 8일~9일
독일 에센: 9월 20일~21일
중국 상하이: 9월 27일
일본 도쿄: 10월 14일
인도 방갈로르: 11월 16일
대한민국 서울(동대문 디자인 플라자): 11월 18일(금)

  지금 Converge2016.com에 방문하시면 구체적인 연사 및 행사 정보를 확인하실 수 있습니다.

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제목: 어셈블리 모델의 파트를 교체해주는 Part replacement 기능 소개
일시: 2016년 7월 14일 목요일 오후 4시 00분 ~ 4시 40분
발표자: 알테어 이소형 주임연구원

내용:

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한국알테어의 YUNA 입니다!
유한요소해석에 관심있는 모든 분들을 위해 간단한 이론과 HyperMesh를 이용해서 FEA Process를 차근차근 배워보는 “야금야금 CAE: 꿀바른 HyperWorks”를 연재합니다.
1년에 걸쳐 연재할 예정이니 앞으로 야금야금 함께 배워요!

제 21편 Element Quality

1. Element Quality (요소의 품질)
요소를 생성 하고 난 다음 꼭 해주어야 하는 과정이 있습니다. 바로 품질을 체크하는 것인데요! 요소의 품질은 Solution에서 해의 정확도와 관련이 있습니다. 아래를 보시면 요소의 일반적인 기준을 나타낸 그림입니다. Best가 가장 이상 적인 요소입니다. 2D라면 정삼각형, 정사각형, 3D 요소라면, 정사면체, 정육면체가 되겠죠?
우측으로 갈수록 요소의 품질이 낮아지는데요, 복잡한 모델일 수록 Best 요소로 생성하기는 어렵겠죠. 품질은 사용자가 원하는 해석에 맞게 기준을 정해서 판단하시면 됩니다!
1.1 품질 기준
– Skewness
Ideal Value = 0 (Acceptable < 45)
요소의 비대칭성, 즉 ‘요소가 얼마나 기울어 졌는가’ 를 나타내 줍니다.
Tria 요소의 한 꼭지점과 마주 보는 변의 중점을 직선으로 이어준 다음, 나머지 두 변의 중점을 이어서 교차각을 구합니다. Quad 요소는 마주 보는 변끼리 중점을 직선으로 이어준 뒤 교차각을 구합니다. 이 각 a를 90에서 빼면 Skew 값이 됩니다. 0에 가까울 수 록 대칭요소!
– Include Angle
Quad Ideal Value = 90 (Acceptable = 45 <각도< 135)
Tria Ideal Value = 60 (Acceptable = 20 <각도< 120)
요소 자체 꼭지각의 크기입니다. skew와 별개로 아주 뾰족한 요소를 걸러낼 때 씁니다.

– Aspect Ratio
Maximum element edge length / Minimum element edge length
Ideal Value = 1 (Acceptable < 5)
요소의 가장 긴 edge의 길이와 가장 짧은 edge의 길이 비 입니다. 값은 1에 가까울수록 좋습니다. 이 비율이 클수록 길고 뾰족한 요소라는 의미입니다.
– Minimum element Length
충돌해석의 경우 요소의 가장 짧은 edge의 length 체크가 중요합니다. (Time step calculations)때문에 중요!
삼각형의 경우 가장 짧은 edge의 길이 일 수도 있고, 삼각형의 높이(h)가 될 수도 있습니다.

– Warpage
2D Quad 요소 Ideal Value = 0 (Acceptable <10)
3D Hexa 요소 Ideal Value = 0 (Acceptable <30)
요소의 휘어짐 정도를 나타냅니다. 평면으로부터 얼마나 벗어났는가 인데요. 2차원 Quad 요소의 경우 2개의 Tria로 잘라줍니다. 그 다음 두 개의 Tria 면의 노멀 벡터를 그려준 다음 두 벡터가 사이의 각 을 측정하면 됩니다. 이때, 이 사이각이 0에 가까울 수록 평평한 요소가 됩니다. 3차원의 경우라면 요소의 전체 면에서 이 과정을 수행합니다. (Triangular 요소에는 적용되지 않습니다.)
– Jacobian
보통의 2D요소 Ideal Value = 1 (Acceptable > 0.6)
3D Tetra,Hexa요소 Ideal Value = 1 (Acceptable > 0.5)
이상적인 요소의 형상과 생성된 요소 사이의 차이를 알 수 있는 척도입니다.
Jacobian 값은 1에 가까울수록 이상적인 요소의 형상과 동일하다는 뜻입니다.

– Tetra Collapse
Tetra Collapse 수식 = h*1.24/A
Ideal Value = 1 (Acceptable > 0.1)
Tetra 요소가 얼마나 납작한 지 파악하는 기준입니다.
 해당 기준 값들은 Solver 마다 계산하는 방법은 조금씩 다를 수  있습니다. 이번 내용은 여기까지 입니다. 다음시간에 만나요~!

– 참조
이 자료는 “Practical Finite Element Analysis” 책의 내용과,  HyperWorks Help Documentation 자료를 포함하고 있습니다.
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알테어의 클릭투캐스트로 이젠 내가 주조 시뮬레이션 전문가!

알테어의 솔리드씽킹 클릭투캐스트는 직관적인 사용자 인터페이스(UI)로 CAE 초보자와 전문가 모두가 쉽게 이용할 수 있는 주조 시뮬레이션 소프트웨어입니다. 제품 개발 초기 단계에서 클릭투캐스트를 이용하여 제품의 생산 가능성을 판단하고 설계 방향을 결정할 수 있는 것이 큰 장점이며, 누구든지 단 몇 시간만에 원하는 결과를 얻을 수 있는 손쉬운 프로세스로 구성되어 있습니다.

클릭투캐스트에 대한 자세한 내용이 궁금하신 분은 [원문보기]를 클릭해주세요!

  시뮬레이션을 이용하면 짧은 시간동안 부품의 설계 및 제조 방법에 대해 많은 정보를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 시뮬레이션을 통해 다공성을 최소화할 수 있는 최적의 주입구 위치를 찾고 결정할 수 있는 것입니다. 뿐만아니라 제품 개발 초기에 주조 가능성을 판단하여 개발 시간을 크게 줄여줍니다. 특히 초보자 및 전문가 모두를 대상으로 개발된 클릭투캐스트는 엔지니어와 설계자들이 단기간에 사용법을 익히고 직접 시뮬레이션할 수 있어 제품 개발에 강력한 도움을 줄 수 있습니다.

▲ 제품 생산 가능성 확인

  클릭투캐스트를 이용하여 실행 가능한 시뮬레이션

• 컨셉 디자인의 제조 실현 가능성 판단
• 다른 컨셉 디자인과의 비교
• 설계 가이드라인을 통한 제조 문제 감소
• 주입구, 벤트, 라이저의 위치 결정
• 상세 설계 검증

라비 콘주(Ravi Kunju), 알테어 솔리드씽킹 부사장

* 클릭투캐스트에 대해 더 자세히 알고 싶으신 분들은 http://click2cast.com/을 방문해주세요.

  알테어는 현대적인 클라우드 기반의 비즈니스 인텔리전스 플랫폼 엔비전(Envision)이 릴리즈 되었다고 정식 발표했습니다. 엔비전의 판매, 기술 지원 등의 모든 서비스는 알테어의 제품 군인 솔리드씽킹(solidThinking)에서 이루어집니다. 엔비전에 대한 더 자세한 정보, 무료 평가판, 개인 및 기업 사용을 위한 구매 등은 EnvisionBI.com에서 확인하실 수 있습니다.

  엔비전은 사용자 혼자서도 금방 사용할 수 있도록 구성된 첨단 아키텍쳐를 바탕으로, 손쉽게 데이터 시각화, 탐색, 검색 등을 할 수 있도록 제공합니다. 데이터에 빠르게 접근할 수 있어, 사용자는 직관적이고 협력적이며 파워풀하고 안전한 엔비전 환경에서 차트 및 대시보드를 빠르게 생성하고 편집할 수 있습니다.

  알테어의 설립자이자 회장 겸 CEO인 제임스 R. 스캐파(James R. Scapa)는 “알테어는 엑사스케일 컴퓨팅, 클라우드 어플리케이션, IoT 등의 기술을 개발하고 활용하는데 끊임없이 투자하고 있습니다. 이를 위해서는 빅데이터, 그리고 기업에서 정보를 빠르게 접근, 시각화, 분석, 공유할 수 있도록 하는 것이 중요합니다. 엔비전은 기업이 비즈니스 및 기술적인 사용자들의 요구를 손쉽게 지원하도록 하는 정밀한 컨트롤과 함께, 아주 강력하고 현대적인 BI 플랫폼을 제공합니다.” 라고 설명했습니다.

  엔비전은 데이터를 매우 빠른 속도로 대시보드에 보내는 것뿐만 아니라, 급격하게 성장하고 있는 BI 시장에서 유료 클라우드 플랫폼 및 사설 클라우드 BI 솔루션처럼 뛰어난 접근성을 제공하여 세부적으로 나누어 설정할 수 있습니다. 또한 작성자와 탐색자 사이에는 이용 금액 차이가 없으며, 모두가 특정 사용자의 권한과 접근 전체를 관리할 수 있는 시스템입니다.

  동시 사용이 가능한 유동적인 비즈니스 모델, 그리고 서버, 데이터 소스 연결, 보고서 출력, 대시보드 생성 작업에 대한 추가적인 비용이 없는 엔비전은, 오늘날의 데이터 기반 기업들을 위한 확장성 및 장기 솔루션을 제공합니다.

  엔비전은 임베디드 기술 구성이나 수직적인 솔루션 스택에도 영향을 주고, 이러한 효과는 회사의 OEM 및 파트너 채널에게도 직접적인 이점으로 작용합니다. 알테어의 개방형 아키텍처 개발 전략에 따른 웹 애플리케이션과 서드파티 솔루션의 통합으로, 엔비전의 임베디드 링크 생성 자동화 및 개발자 API를 단순화합니다.

  알테어의 해석팀 상무인 예시원트 머매네니(Yeshwant Mummaneni)는 “유연성 및 사용의 용이성은 엔비전의 가장 큰 장점 중 하나입니다. 이 특징은 사용자 인터페이스 안에서 단 몇 분만에 대시보드를 구축하고, 몇 번의 클릭만으로 레이아웃을 수정할 수 있을 뿐 아니라, 매우 완벽하고 쉬운 방식으로 다른 어플리케이션과의 통합을 제공합니다.” 라고 설명했습니다.

  EnvisionBI.com에 접속하시면, 지금 바로 엔비전을 사용하실 수 있으며, 하이퍼웍스의 유닛 기반 라이선스 시스템에 통합되어, 알테어의 5000개 이상의 고객 기업에게도 제공됩니다. 직접 설치 실행 및 서드파티 통합으로, Envision-Info@solidThinking.com 으로 연락하여 솔리드씽킹의 글로벌 파트너 네트워크를 통해서도 사용하실 수 있습니다.

  엔비전에 대한 더 자세한 내용이 궁금하시면, 2016년 7월 26일 진행될 웨비나에 신청해주세요.

[원문보기]

적층 제조 기법으로 산악 자전거를 만든다?

  로봇 바이크 컴퍼니(ROBOT BIKE COMPANY: RBC)는 항공우주 엔지니어들과 산악 자전거 애호가들에 의해 영국에서 설립된 스타트업 기업입니다. 회사를 세우면서, “최고의 자전거 프레임을 만들겠다” 라고 포부를 밝힌 RBC의 설립자는, 탄소 섬유를 이용하면서 적층 제조(AM) 기술 결합에 대한 가능성을 확인했습니다. RBC의 목표는 허용 범위 내의 제조 시간과 비용에서, 모든 요구사항을 충족하면서, 개개인의 체중, 키, 타는 스타일 등을 고려한 최고의 산악 자전거를, 적층 제조 기술을 사용하여 개발하는 것이었습니다.

  RBC 팀이 적층 제조와 항공우주 산업의 제품 및 시스템을 개발에 상당한 경험을 가지고는 있지만, 이를 수행하기 위해서는 다양한 업계 전문가들과의 협력이 필요했습니다. RBC 팀은 적층 제조 기술 관련 설계 및 엔지니어링 솔루션 전문가들로 구성된 히에타 테크놀로지(HiETA Technologies), 적층 제조 기계 개발 분야 선두 기업인 레니쇼우(Renishaw), 그리고 알테어 프로덕트디자인(Altair ProductDesign) 팀의 설계 최적화 기술을 통해, 통합된 적층 제조 기술로 자전거의 유연성을 최대한 활용할 수 있었습니다.

  최근 몇 년동안, 3D 프린팅이나 적층 제조가 자전가 산업에서 이용되었다는 몇몇 흥미로운 사례가 있었지만, 지금까지의 제조 방법은 기술을 보여주거나 시중에 판매되는 제품보다 제조 시간을 단축하는 것에는 무리가 있었습니다. RBC의 프로젝트 목표는 많은 사람들에게 온라인으로도 판매될 수 있는, 사용자의 요구를 완벽하게 충족하는 제품을 설계하고 제조하는 것이었습니다. 적층 제조 기술은, 보다 사용자의 요구를 충족할 수 있는 많은 잠재력을 가지고 있어 자전거 제조업체들에게는 매우 흥미로운 제안이었습니다. 그러나 이 기술을 최대한 활용하여 자전거 설계를 하기 위해서는 엔지니어링 및 설계에 대한 전문 지식이 필요하다는 문제가 있었습니다.

  RBC는, 업계에서 아주 흔하게 사용되는 탄소 섬유를 이용하여, 가벼우면서도 고강도의 자전거 프레임을 만들고 싶었습니다. 프레임을 제외한 다른 부품들 및 시스템은 적층 제조된 티타늄 ‘노드’로 구성하고, 개별 라이더들의 각 사양에 기초하여 이를 제작하고자 했습니다. (높이, 무게, 타는 스타일 등) 그리고 알테어 프로덕트디자인(Altair ProductDesign)의 엔지니어링 팀은 헤드 튜브, 안장 기둥, 체인 지지대를 포함한 자전거 관절에 해당하는 부분을 설계하는 임무를 맡았습니다. 목표는, 적층 제조 기술을 이용하여, 최대한 경량화를 하면서도 산악 자전거로서 충격을 견딜 수 있는 강도를 동시에 유지하도록 하는 것이었습니다.

인스파이어와 이볼브를 이용한, 획기적인 설계 프로세스

▲ 인스파이어에서의 설계 영역 및 하중 조건 설정

▲ 인스파이어의 형상 최적화 작업

▲ 최적화된 브라켓의 전과 후 비교

▲ 최종 완성된 자전거의 렌더링

  먼저 알테어 프로덕트디자인 팀은, 요구하는 성능을 만족하면서 다른 라이더들의 사양도 고려할 수 있는 재료 효율적인 최적의 설계를 찾기 위해, 각 노드에 대한 최적화 연구를 수행했습니다. 최대한 빨리 최적의 설계 안을 찾기 위해, 알테어 프로덕트디자인 팀은 솔리드씽킹 인스파이어를 사용했습니다. 인스파이어에서는, 기존의 설계 안을 순식간에 인스파이어 가상 환경으로 불러오고, 실제 자전거를 타는 동안 자전거 프레임이 받는 다양한 힘을 직관적으로 적용할 수 있었습니다.

  인스파이어는 이러한 데이터를 바탕으로, 원하는 성능 목표를 달성하면서 꼭 필요한 곳에만 재료를 사용하도록 재료 효율을 높여주는 새로운 지오메트리를 제안해 주었습니다. 이 설계 안은, 부품들이 단단히 잘 만들어지도록 이상적인 출력 각도 및 위치를 결정하는 것 등을 포함하여, 적층 제조 기술이 잘 적용될 수 있도록 최적화되어야 했습니다. 이러한 작업은 히에타 테크놀로지와 함께 수행했습니다.

  재료 효율을 높여주는 설계 뿐만 아니라, 알테어 프로덕트디자인 팀은 프레임 설계를 단순화하여 제조 비용을 낮추는 방법도 찾을 수 있었습니다. 기존에 두 대칭되는 티타늄 부품 세 개로 구성되었으며, 탄소섬유 튜브를 연결하던 체인 지지대가 그 예입니다. 인스파이어로 설계 최적화를 한 후, 이볼브로 최종 설계 안을 보기 좋게 다듬었습니다. 중량, 성능, 제조 비용에 최적화된 새로운 설계 덕분에, 팀은 히에타 테크놀로지의 적층 제조 작업을 위한 요구사항들을 충족할 수 있었습니다.

  알테어 프로덕트디자인 팀은 적층 제조된 티타늄 프레임 노드로 중량 최적화된 설계를 얻을 수 있었고, 이 최적화 작업은 매우 성공적이었습니다. 인스파이어와 이볼브가 만든 혁신적인 재료 배치는, 적층 제조에 굉장히 최적화된 유기적인 설계 솔루션이었습니다. 제조의 복잡성 및 비용을 최소화하기 위해 파트 수를 줄여 중량을 최대한으로 줄일 수 있었습니다.

더 가벼워졌는데 튼튼하다고? 상식을 넘어선 최고의 산악 자전거!

  최적화된 RBC의 산악 자전거는 설계 및 제조에서의 최신 기술을 사용한 획기적인 제품이었습니다. 알테어 프로덕트디자인 팀의 도움과 인스파이어 및 이볼브의 사용은, 아주 가볍고 강한 프레임을 만드는데 크게 기여했으며, 히에타 테크놀로지와 레니쇼우의 지원을 통해 현재 제품 생산까지 가능하게 되었습니다.

  로봇 바이크의 공동 설립자인 에드 해이돈드왈츠(Haythornthwalte)는 “솔리드씽킹 인스파이어의 사용과 알테어 프로덕트디자인 팀의 도움으로 우리의 자전거는 무게를 줄임과 동시에, 자전거에 미치는 힘이 미리 예측했던 자전거가 견딜 수 있는 값보다 작게 유지되는 것을 확인할 수 있었습니다. 이를 통해 제품 내구성에 대한 고객의 높은 신뢰를 얻을 수 있었습니다.” 라고 기뻐했습니다.

[원문보기]

Mesh 를 생성하고 나서 수정이 필요한 부분을 찾아 보아야 합니다.
예를 들면 요소가 찌그러지거나, 휘어져 있는지에 대한 여부 등을 확인해야 하죠.

HyperMesh 에서는 element 종류별로 Quality 기준을 확인해보실 수 있습니다.

Check elems 패널은 초록색 버튼으로 구성되어 있으며, 입력한 값에 대해 버튼을 클릭하여 모델 내에서 해당되는 element를 확인할 수 있습니다.

동일한 Element quality 일지라도 해당 값을 계산하는 방법은 solver 마다 다르며,
어떠한 계산 방식을 이용할 것인지는 settings.. 버튼을 통해 설정하실 수 있습니다.

여기서는 다양한 element quality 기준 중 일부를 살펴보고자 합니다.
또한 HyperMesh 에서 계산하는 기준으로 정리했습니다.

Quality에 대한 기준 값은 작업하는 해석 및 모델의 종류 등에 따라 달라질 수 있으며, 가지고 계신 qaulity 관련 기준치가 있으시다면 그에 맞춰서 작업해주시면 됩니다.

HyperMesh 내에 default 로 설정되어 있는 값을 사용하실 수 있으나, 실제 사용하는 수치에 비해 상대적으로 높은 기준치일 수 있다는 점은 참고해주시기 바랍니다.

2D element 와 관련된 값은 다음과 같습니다.

warpage

– Quad element 의 node 들이 동일 평면 상에서 얼마나 떨어져 있는지 측정하는 기준
– Quad element를 두 영역으로 나눴을 때, 각 영역의 수직 방향 사이의 각도

aspect ratio
– element 의 가장 큰 length 값과 가장 짧은 length 값의 비율
– lenght (min)을 측정하는 방법에 따라 해당 값이 변동될 수 있음
– 일반적으로 해당 비율은 5:1 을 넘지 않는 것을 권장함

skew
– element 의 각도를 이용하여 기울어진 정도를 측정해주는 기준
– tria, quad element 에 따라 다른 방법으로 측정
   1) tria

    A. node 와 맞은편 edge 를 이등분하는 지점을 연결
B. 이등분된 edge의 주변 edge들의 이등분되는 지점을 연결
C. A와 B 두 선의 각도 중 작은 값을 90도에서 뺀 값 (90-a)
  2) quad

A. edge를 이등분하는 지점끼리 연결하여 2개의 선을 가정
    B. 두 선 중 하나의 선에 대해 수직되는 3번째 선을 가정
C. B 선과 A 선 사이의 각도 값

length (min)

– element 가 갖는 최소 길이를 의미하며, 2가지 방법으로 측정할 수 있음
 1) element edge 중 가장 짧은 길이를 측정
 2) node 의 맞은편 edge 로 수선의 발을 그었을 때의 가장 짧은 길이를 측정

– 측정 방법에 따라 aspect ratio 값에 영향을 주게 됨

jacobian
– 이상적인 형태의 element 에 근접한 정도를 측정해주는 기준
– 이상적인 형태는 element 종류에 따라 다름
– 0.0 ~ 1.0 사이의 값으로 나타나며, 1 이 이상적인 element 형태에 해당하는 값
– 일반적으로 0.6 ~ 0.7 을 기준치로 사용

3D 중 Tetramesh 와 관련된 값은 아래와 같습니다.

tetra collapse

– 이상적인 tetra element 와 근접하는 정도를 측정하는 방법 중 하나
– node 에서 수선의 발을 내린 거리와 1.24를 곱한 뒤, 맞은 편 면적을 나눠서 계산
– 1이 가장 이상적인 값이며, 0.1보다 큰 값부터 사용이 가능함

volume skew

– 이상적인 tetra element 와 근접하는 정도를 측정하는 방법 중 하나
    A(shape factor). element 부피를 동일 구체에 있는 이상적인 element 부피로 나눔
    B(volume skew). 1에서 A를 뺀 값 (1 – shape factor)
– 0이 가장 이상적인 값

Element quality 와 관련된 내용을 조금 더 살펴보고자 하시는 경우에는, 아래의 글을 참고하실 수 있습니다.

야금야금 CAE: 꿀바른 HyperWorks (제 21편 Element Quality)

제목: HyperMesh14.0의 Aero tool 신기능 소개
일시: 2016년 7월 19일 화요일 오후 4시 00분 ~ 4시 40분
발표자: 알테어 신재훈 선임연구원

내용:

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