시뮬리아를 활용한 해석 솔루션 워크플로 (4)
전호진
다쏘시스템코리아의 차장으로 시뮬리아CSE 팀의 솔루션 컨설턴트이다. 한양대학교 기계공학부 및 대학원 기계설계학과를 졸업하고 두산인프라코어, LG전자에서 엔지니어로 근무했다. 관심 분야는 구조해석과 재료 거동이다.
복합재료는 두 가지 이상의 서로 다른 특성을 갖는 재료로 구성된다. 무게 대비 고강도/고강성의 소재를 제작할 수 있기 때문에 항
공 및 자동차 등 다양한 산업 분야에서 폭 넓게 적용되고 있다. 최근에는 배기 가스에 대한 환경 규제가 점차적으로 강화되고 있는
추세여서, 이에 대응하기 위한 경량화 소재로 복합재료에 대한 관심이 점차 커지고 있다.
특히 여러 종류의 복합재료 중 섬유강화 플라스틱 복합재료(Fiber Reinforced Plastic Composite)를 중심으로 활용이 급성장하고 있는 추세이다. 섬유강화 플라스틱 복합재료는 강화재(Reinforcement)인 섬유(Fiber)와 모재(Matrix)인 플라스틱으로 이루어진 플라이(ply)의 조합으로 구성된다. 설계자는 각 플라이를 다양한 방향으로 적층하여 최종적으로 의도한 성능을 구현하게 된다.
일반적인 금속재료처럼 등방성을 갖는 재료는 재료의 방향성을 무시하는 것이 가능하기 때문에 물성을 정의할 때 재료의 방향과 관련하여 특별히 고려해야 할 사항이 없다. 하지만 섬유강화 플라스틱 복합재료처럼 플라이가 방향성을 가지고 있고 이를 적층할 때 적층 순서에 따라 그 특성이 달라지게 되는 경우, 설계자는 플라이 두께, 플라이 적층 순서 및 적층 각도 등 다양한 설계 변수를 고려해야 한다. 또한 섬유와 모재의 파손 및 플라이 계면 파손 등이 복합재 내부에서 발생하기 때문에 금속 재료와 다른 파손 기준을 적용하여야 한다. 이와 같은 이유로 복합재를 이용한 제품 설계 시 설계자가 경험에 기초하여 설계를 진행할 경우 시행착오로 인한 설계비용이 증가될 수 있다. 따라서 이와 같은 시행착오를 최소화하고 제품의 개발 기간 단축 및 신뢰성 향상을 위해 해석적인 평가가 반드시 진행되어야 한다.
이번 호에서는 복잡한 복합재 해석 모델링 및 해석을 보다 편리하게 수행할 수 있는 아바쿠스(Abaqus)의 기능 및 장점을 살펴보고,
아이사이트(Isight)를 이용하여 해석 자동화 및 최적화 프로세스를 구성하는 방법을 알아보고자 한다. 먼저 아바쿠스의 컴포지트
모델러(Composite modeler)를 사용하여 복합재 설계 정보를 해석 물성으로 변환하는 과정을 서술하고, 다음으로 아바쿠스에서 제공하는 스크립트(script)를 이용하여 해석 및 결과 처리 자동화의 과정을 설명한다. 마지막으로 파라메트릭 최적화(Pa rametr ic Optimization) 및 프로세스 자동화(Process Automation)가 가능한 아이사이트를 이용하여 설계 변수를 최적화하는 방법에 대해
소개한다.
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