재료 물성 캘리브레이션 최적화 프로세스

시뮬리아(SIMULIA)는 포괄적인 해석 워크플로를 제공하는 솔루션 포트폴리오를 갖추고 있다. 이번 호에서는 아이사이트(Isight)의 데이터 매칭(Data matching) 기법을 통한 해석과 시험의 상관관계(Correlation)를 중심으로, 해석 신뢰도를 높이기 위한 재료 물성 캘리브레이션(Calibration)의 최적화 프로세스를 살펴본다.

김문성

다쏘시스템코리아의 부장으로, 시뮬리아CSE(Center of SIMULIA Excellence) 팀의 수석 솔루션 컨설턴트이다. 성균관대학교 기계공학과 박사 과정을 수료하고, 인지니어스코리아에서 기술담당을 거쳤다. 최적화와 인공지능 분야에 관심이 많다.

최근 다양한 산업에서 해석에 대한 의존 성이 높아지고 있으며, 고비용의 시험을 대 체하기 위해 해석 신뢰도 향상에 대한 연구 도 활발히 진행되고 있다. 해석의 신뢰도 향 상을 위해서는 재료에 대한 정확한 데이터가 해석에 반영되어야 하며 이는 재료시험 을 통해서 얻어진다.

재료에 대한 기계적 물성을 확보하기 위 해서는 주로 인장시험, 압축시험, 굽힘시험, 충격시험, 경도시험, 피로파괴시험 등이 이루어진다. 금속 재료와 달리 고무류 제품의 경우, 정확한 해석 물성을 반영하기 위해서 는 다양한 조건(Uniaxial, Planar, Equi-biaxial, Volumetric)에서의 시험 결과 데 이터가 필요하지만 비용, 시험장비, 시편채 취의 어려움 등으로 인하여 모든 시험을 할 수 없는 게 현실이다. 이로 인해 부족한 시 험 데이터로 해석을 진행할 경우, 실제 제품 의 거동 및 현상을 반영하지 못하여 시험과 해석이 일치하지 않는 경우가 많은 제조산 업에서 발생한다.

또한 모든 시편 시험 데이터를 확보하더라 도 실제 부품 및 시스템 단위에서 여러 불확 실한 요인(치수오차, 온도/압력, 마찰, 해석 조건 등)에 의해서도 편차가 발생한다. 물론 시험 역시 시험자의 숙련도, 장비 및 센서성능, 시험조건 등에 따라서도 시험편차가 발생할 수 있다. 

  ▲ Simple Tension

 ▲ Equibiaxial Tension

▲ Planar Tension 

이렇게 고무와 같이 재료 시편 시험이 어려운 경우나 정확한 시험 데이터를 얻을 수 없는 경우, 실제 부품에서의 하중-변위 선도를 이 용하여 역으로 해석에 필요한 물성계수를 탐색하는 역해석을 통한 시험/해석 코릴레이션(Correlation) 방법이 필요하다. 

또한 고무의 초탄성 뿐만 아니라 점탄성 거동 특성을 고려하기 위 하여, 점탄성 시험 데이터로부터 정확한 물성 계수를 사용자가 손쉽 게 정의하는 방법 등도 필요하다. 

이번 호에서는 아이사이트(I s i g ht)의 데이터 매칭(D at a matching) 기법을 이용한 재료 물성 캘리브레이션(Calibration) 프로세스를 통하여 정확한 물성계수를 쉽게 구하는 사례에 대하여 알아 보려고 한다.