피로 해결사 - ANSYS AIM으로 해결하는 가스 압축 실린더의 피로 해석

ANSYS AIM(ANSYS Integrated Multiphysics)은 하나의 환경으로 앤시스에서 제공하는 모든 해석을 포괄하는 통합 해석 프로그램으로, 해석 엔지니어뿐만 아니라 해석 경험이 없는 설계 엔지니어들도 쉽게 결과물을 도출하고 멀티피직스 해석까지 실행할 수 있다. 또한 완전한 3D 엔지니어링 해석을 위한 단일 환경과 직관적으로 사용할 수 있는 사용자 정의 환경을 제공한다. 따라서 단일 물리계의 해석뿐만 아니라 연성 해석과 같은 다물리계에 대한 해석도 수행할 수 있다.
이번 호에서는 ANSYS AIM을 사용하여 얼마나 쉽게 피로 해석을 수행할 수 있는지 알아보도록 하겠다.

■ 조선영 | 태성에스엔이의 과장으로 재료/피로/열 분야의 기술 지원 및 교육, 프로젝트 진행 업무를 담당하고 있다.
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압축 가스 실린더는 수중 다이버, 소방관 및 호흡 보조가 필요한 환자의 안전을 보장하는데 중요한 역할을 한다. 압축 가스 실린더의 고장은 호흡을 위해 실린더에 의존하는 사람에게 심각한 위험을 안겨주게 된다. 수중 다이버가 사용하는 일반적인 80 cf 알루미늄 실린더는 3,000 psi의 공기로 채워진다. 대부분의 탱크는 정기적으로 사용되면서 실린더가 비워지고 채워지면서 많은 가압 주기를 거친다. 많은 가압 주기 동안 피로가 발생하면 균열이 발생하여 전파될 수 있으며, 결국 탱크가 파손되는 문제가 발행될 수도 있다.

ANSYS AIM은 구조 해석, 피로 수명 예측이 가능한 도구들이 단일 사용자 인터페이스에 통합되어 있어 가스 실린더 설계 작업을 수월하게 해 준다. 이번 호에서는 ANSYS AIM을 이용한 가스 압축 실린더 형상의 구조 해석 및 피로 해석에 대해 설명한다. 예제를 통해 구조 해석 및 다양한 피로 해석 옵션 설정 방법에 대해 알아보고자 한다.

1. 문제 설명
가스 실린더 모델은 <그림 1>과 같다. 경계 조건은 가스 실린더 주입구를 고정하고, 실린더 내부에 10MPa의 하중을 적용할 것이다. 해석 결과에서 최대 응력을 확인하고, 실린더가 파손되기 전에 얼마나 많은 여압 주기(pressurization cycles)를 견딜 수 있는지 확인할 것이다.

 
그림 1. 가스 실린더 모델