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ANSYS 블로그

April 28, 2021

구조 분석을 위한 FEA Meshing의 Fundamentals

시뮬레이션은 많은 산업에 중요한 도구입니다. 그랜드뷰 리서치 (Grand View Research)에 따르면 글로벌 시뮬레이션 소프트웨어 시장은 2021년부터 2028년까지 연평균 17.1%의 연평균 성장률 (CAGR) 로 성장할 것으로 전망된다. 이는 주로 시뮬레이션 소프트웨어가 제품 개발 비용, 물리적 테스트 및 결함이 있는 프로토타입을 포함하여 비즈니스를 제공하는 많은 이점 때문에 상당히 증가합니다.

시뮬레이션과 같은 CAE (Computer-Aided Engineering) 애플리케이션에서는 FEA (finite element analysis), CFD (computational fluid dynamics) 등과 같은 제품을 분석하는 소프트웨어 유형이 있습니다. CAE 시뮬레이션을 수행하기 위해 분석에는 사전 처리, 해결 및 사후 처리의 세 가지 중요한 단계가 있습니다. FEA 사전 처리 단계, 특히 우수한 품질 메시의 중요성에 대해 설명합니다.

기어박스 케이싱 파트의 메시 예제

FEA의 메싱은 무엇입니까?

FEA (Finite element analysis) 는 파트/어셈블리, 자재 특성 및 경계 조건을 포함하는 실제 시스템의 수학적 표시입니다. 여러 상황에서 실제 세계의 제품 작동은 단순한 수동 계산으로는 접근할 수 없습니다. FEA와 같은 일반적인 기술은 부분적인 미분 방정식들을 이용하여 물리적 현상을 정확하게 포착함으로써 복잡한 거동들을 표현하기 위한 편리한 방법이다. FEA는 설계 엔지니어 및 전문가 둘 다에서 사용될 수 있도록 성숙되고 민주화되었습니다.

메싱 은 FEA를 사용하여 정확한 시뮬레이션을 수행하는 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 메시는 기하학적 구조의 형태를 나타내는 노드 (요소 유형에 따라 변할 수 있는 공간의 좌표 위치) 를 포함하는 요소로 구성됩니다. FEA 솔버는 불규칙한 모양으로는 쉽게 작업할 수 없지만, 큐브와 같은 일반적인 모양으로는 훨씬 더 행복하다. 메싱은 불규칙한 모양을 더 인식 가능한 "요소" 로 변환하는 프로세스입니다

meshing을 시작하기 전에 먼저 기하학적 구조 또는 CAD 모델을 업로드해야 합니다. 예를 들어, Ansys Mechanical 을 사용하여 시뮬레이션 프로세스를 시작해야 합니다.

Meshing CAD/Geometry를 준비하는 방법

메커니즘과 같은 FEA 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하는 경우, CAD 모델의 특징을 파악하는 것이 중요합니다. 많은 경우, CAD 기하학적 구조는 매우 복잡하고 제조 목적을 위해 상세히 설명되어 있다. 그러나 시뮬레이션의 경우, 기하학적 구조의 파트가 패배할 수 있으므로 시간을 절약하기 위해 해당 세부사항을 제거하는 것을 의미합니다.

예를 들어, 제품에 네임 플레이트가 첨부되어 있을 수 있습니다. 이 네임 플레이트의 물리적 효과를 배울 필요가 없을 수 있으므로, 메싱을 저장하고 시간을 해결하는 메시를 생성하는 것을 방지하기 위해 플레이트를 배변할 수 있습니다.

Ansys Spaceclaim을 사용하여 기하학적 구조의 이름 플레이트가 쉽게 패배하여 플레이트에서 불필요한 분석을 수행하지 않았습니다. 

시뮬레이션을 위해 CAD 모델을 미리 준비하는 것의 또 다른 중요한 점은 기하학에서 두 개 이상의 파트 간의 관계를 설명하는 것입니다. 예를 들어, 기하학적 구조가 공통 면 (또는 모서리) 사이에 노드를 공유하는 경우, 컨포멀 (conformal) 또는 비컨포멀 메시 (nonconformal mesh) 가 될 것인지를 결정하는 것이 중요하다. 등각 메시 (conformal mesh) 는 접착제 또는 용접에 의해 결합된 부품에 사용된다. 비컨포멀 메시 (nonconformal mesh) 는 컨택트들 또는 조인트들에 의해 결합된 부품들을 위해 사용된다. Ansys 기계에서는 이러한 접근법을 필요에 맞게 혼합할 수 있습니다.

자세한 내용은 FEA 모델 블로그 개선을 위한 세 단계를 읽어 보십시오.

Meshing 메소드 유형: Tetrahedral대 Hexahedral

두 가지 기본 유형의 메싱 메소드가 있습니다. 이러한 목적을 위해 3D모델을 참조합니다.

  • Tetrahedal 요소 meshing 또는 " tet
  • 육면체 요소 meshing 또는 " hex

Hex 또는 " 브릭 요소는 일반적으로 tet 요소보다 낮은 요소 수에서 더 정확한 결과를 초래합니다. 복잡한 기하학적 구조인 경우, tet 요소가 최상의 선택이 될 수 있습니다. 이러한 기본 또는 자동 메싱 방법은 사용자가 이동해야 하는 위치를 얻기에 충분할 수 있지만 더 많은 메시 제어 방법을 제공할 수 있는 추가 메소드가 있습니다.

Hybrid Meshing

기계식으로, 멀티한 (Multizone) 메소드를 사용할 수 있습니다. 이 방법은 각각 다른 메소드로 기하학적 구조의 여러 파트를 메울 수 있는 16진 및 tet 요소의 하이브리드입니다. 이를 통해 보다 적은 기하학적 준비를 수행할 수 있으며 로컬 제어 메쉬를 더 많이 사용할 수 있습니다.

Ansys Mechanical의 하이브리드 메싱 기능을 사용하는 파이프 연결 구조

 

스윕 메슁

스윕 메싱을 사용하면 실제로 메시가 볼륨 및 면을 통해 메시를 스윕하여 일반적인 사이징으로 효율적인 메시를 작성하는 데 도움이 됩니다.

사용할 메시 메소드를 결정하는 것은 일반적으로 해결하려는 분석의 유형 (명시적 또는 암시적) 또는 물리학과 달성하고자 하는 정확도의 레벨에 따라 다릅니다. 다른 몇 가지 옵션은 추가 제조와 같은 특정 분석에 사용되는 데카르트 메싱 및 레이어된 테츠입니다.

Meshing Controls

메싱 제어는 보다 정확한 메시를 가능하게 합니다. Ansys Mechanical 를 사용하면 동일한 방법으로 전체 CAD를 메쉬하는 글로벌 메시 대신 로컬 메시를 제어할 수 있습니다. 로컬 메싱 제어의 일부 예제에는 기하학적 구조의 로컬 크기 조정, 미세 조정 및 영향 범위가 포함됩니다.

예를 들어, 오토바이 프레임을 사용하시기 바랍니다. 전체 기하학적 구조에서 일반 메시 접근 방식을 적용하지만 용접 및 굵은 연결이 있는 다른 전략을 사용할 수 있습니다. 로컬 메싱 제어를 사용하면 이러한 위치에서 보다 세련된 메시를 작성할 수 있으며 더 작은 요소로 전체 파트를 메시할 수 없습니다. 이는 해결하는 데 더 오래 걸립니다.

용접된 조인트를 표시하는 오토바이 프레임의 기하학적 구조.

 

양호 품질 메시가 중요한 이유는 무엇입니까?

간단히 말해 좋은 품질의 메시는 더 정확한 결과를 얻을 수 있

. 좋지 않은 메시는 융합의 어려움을 초래할 수 있으며, 이는 부정확한 결과 및 잘못된 결론을 초래할 수 있다. 메시의 품질은 몇 가지 시나리오에 따라 다릅니다.

  • 어떤 유형의 해석을 진행하고 있는가
  • 메시에 얼마만큼의 시간을 투자하고자 합니까
  • 솔빙에 얼마만큼의 시간을 투자하고자 합니까

일부 인스턴스에서는 디자인 결정을 명확히 하는 데 도움이 되는 빠른 솔루션을 찾고 있을 수 있습니다. 이 경우, 메시를 설정하는 데 많은 시간을 소비하고 싶지 않을 수 있다. 다른 시간과 다른 방법 및 컨트롤을 사용하여 메시를 설정하는 데 시간과 노력이 필요한 매우 정확한 솔루션이나 결과를 원하는 경우도 있습니다.

우수한 메시에는 요소 품질 및 가로 세로 비율과 같은 사용자의 요구 (분석 유형, 정확도 레벨, 시간 레벨) 에 맞는 품질 기준이 있습니다. 궁극적으로, 사용자의 기하학적 구조를 이해하고 컨트롤을 사용하여 최상의 메시를 가능하게 하는 것이 좋습니다. 이는 결국 더 나은 제품 디자인을 제공합니다.

Ansys Learning Hub의 에서 메싱 코스로 소개 를 참조하십시오.

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