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MFBD 및 다분야 통합 해석의 성능과 편의성 강화, 리커다인 V9R1
2017-09-02 3,472 26
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■ 개발 및 공급 : 펑션베이, 031-622-3700,http://www.functionbay.co.kr" target="_blank"> http://www.functionbay.co.kr
■ 주요 특징 : 메셔 엔진 성능 및 안정성 개선, 지오메트리 모델링 기능 및 플렉서블 모델링 개선, 다분야 통합 해석을 위한 신규 툴킷 추가, 해석에 자주 사용되는 파라미터를 손쉽게 적용할 수 있는 파라미터 템플릿 추가 등
■ 사용 환경(OS) : 윈도우 7/8/10(64 비트)

2017년 10월 새롭게 출시되는 리커다인 V9R1(RecurDyn V9R1)은 또 한 번 강력한 성능 개선으로 사용자의 설계 퍼포먼스 극대화를 이끌어낸다. 지오메트리 모델링, 사용 편의성 및 접촉 해석 등 MBD(Multi-Body Dynamics) 관련 기능이 개선되었으며, 더욱 정확한 MFBD(Multi Flexible Body Dynamics) 해석을 위한 메셔(Mesher) 엔진 업그레이드 및 유연체 모델링 기능 개선이 이루어졌다. 또한, 다분야 통합 해석을 위한 신규 툴킷들이 추가되었다.

UI 편의성 및 MBD 강화


해석자, 설계자 모두에게 더욱 편하고 정확한 해석 환경을 제공하는 것은 리커다인의 중요 개발 포인트 중 하나이다. V9R1에서는 다양한 지오메트리 모델링 기능과 반복되는 해석 파라미터 입력에 대한 편의 기능이 추가되었다. 또한 MBD 해석에서 핵심 요소 중 하나인 접촉해석에서도 개선이 이루어졌다.

파라미터 템플릿


리커다인에서 해석작업을 수행할 때 자주 사용되는 파라미터가 있을 경우, 매번 수작업으로 이를 변경할 필요 없이 파라미터 템플릿(Parameter Template)을 통해 손쉽게 적용할 수 있다. 자주 사용되는 입력 파라미터와 옵션을 저장하여 조인트(Joint), 포스(Force), 접촉(Contact) 등을 생성할 때 설정되는 초기값으로 적용할 수 있다. 저장, 가져오기, 내보내기를 지원하여 추후 다른 모델링 작업에서도
동일하게 활용할 수 있어, 작업시간과 실수를 줄이고 팀 내 협업의 효율성을 향상시킬 수 있다.

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그림 1. 파라미터 템플릿

지오메트리 모델링 개선


정확한 해석을 위한 손쉬운 모델링 수정작업을 위해 다양한 지오메트리 모델링 기능이 추가되었다.

헬릭스 커브(Helix Curve) 생성 기능을 통해 헬릭스 커브를 쉽게 생성하고 이를 메시 작업에 활용할 수 있다. 그리고 서피스(Surface) 생성 기능에 새롭게 추가된 필 커브(Fill Curve)는 폐곡선의 내부를 채워 서피스로 변환하여 준다. 이를 활용하여 스위프 메시(Sweep Mesh), 익스트루드 메시(Extrude Mesh), 스핀 메시(Spin Mesh)에서 사용되는 셸 메시(Shell Mesh)를 쉽게 생성할 수 있다.

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그림 2. 지오메트리 모델링 - Fill Curve

또한, 꿰메기(Sew) 기능을 통해 끊어진 서피스를 손쉽게 연결할 수 있으며, 오프셋 서피스(Offset Surface) 기능으로 사용자가 원하는 거리만큼 오프셋된 서피스를 생성할 수 있다.

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그림 3. 지오메트리 모델링 - Sew

솔리드(Solid) 생성 기능으로 새롭게 추가된 필 서피스(Fill Surface)와 두껍게 하기(Thicken)는 각각 폐곡면을 이용하여 서피스에 두께를 부여하여 솔리드를 생성할 수 있다.

접촉 기능 개선


접촉 관련 옵션, 편의기능 및 새로운 2D 접촉요소의 추가로 더욱 정밀한 해석 결과 분석이 가능하다.

리커다인에서는 애니메이션을 통해 접촉 해석 결과를 확인할 때, 대략적인 접촉 발생 위치와 접촉 집중 영역을 손쉽게 파악할 수 있다. 이와 더불어, V9R1에서는 큰 힘이 발생하는 접촉점을 애니메이션 시 우선으로 보여주고, 데이터 파일로도 접촉점 정보가 접촉힘이 큰 순서로 정렬되어 기록된다. 이를 통해, 시각적 또는 수치 데이터로 빠르게 파악하여 설계에 반영할 수 있다.

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그림 4. 접촉점(Contact Point) 정렬

또한, 지오 2D 서클 접촉(Geo 2D Circle Contact)이 추가되었다. 지오 서클 접촉은 기존 지오 커브 접촉(Geo Curve Contact)의 접촉 알고리즘을 그대로 적용하고 2D 서클 형상에 최적화된 전용 접촉으로, 베어링과 같이 서클 프로파일(Circle Profile)을 가지는 기계 부품에 대하여 접촉 해석을 빠르게 수행하며 더욱 정밀한 접촉 결과를 얻을 수 있다.

MFBD 기능 강화


리커다인에서 기계 시스템의 MFBD 해석을 보다 빠르고 쉽게 수행할 수 있다. 이러한 장점은 내장된 메셔와 다양한 유연체 모델링 기술이 V8R5 버전에서 새로운 모델링 기법인 G 모델링(G-Modeling)을 만나면서 극대화되었다. 이번 V9R1에서는 메셔 엔진을 업그레이드하고 유연체 모델링 편의 기능들을 추가하여 향상된 MFBD 환경을 제공한다. 이를 통해, 해석 초보자도 정확한 해석 결과를 도출할 수 있게 돕는다.

메셔 업그레이드


메셔의 엔진이 업그레이드되면서 메시 처리 속도가 빨라지고 전반적인 성능 및 안정성이 개선되었다. 또한, 강력한 메시 기능들이 추가되어 다양한 형상에 대하여 더욱 정밀하고 향상된 품질의 메시를 손쉽게 생성할 수 있다. 이로 인해, MFBD 해석에서 보다 정확한 응력(Stress) 결과를 도출할 수 있다.
스위프 메시 기능은 사용자가 생성한 커브를 따라가는 형상의 솔리드 메시를 간편하게 생성할 수 있도록 도와준다. 특히, 리커다인에서 직접 커브나 헬릭스 커브를 손쉽게 생성하여 스위프 메시에 활용할 수 있다. 그리고 지오메트리 리파인먼트(Geometry Refinement) 기능에 엣지 제거(Remove Edge) 옵션이 추가되어, 고려하지 않아도 되는 엣지를 생략하고 메시를 수행할 수 있다. 이는 곧 향상된 성공률 및 높은 품질의 메시 결과로 이어진다.

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그림 5. 메셔 - Geometry Refinement

또한, 단순한 형상이거나 높은 형상 정밀도가 불필요한 경우, 새롭게 추가된 메시 옵션을 통해 요소수가 상대적으로 적으면서 높은 품질의 메시 결과를 얻을 수 있다.

FFlex 모델링 개선


FFlex 모델링 관련 기능이 다양하게 개선되었다. Split(메시 분할), Modification, Mirror 기능이 추가되면서 더욱 정밀한 FFlex 모델링 작업이 가능하다.

Split 기능은 하나의 유연체(FFlex Body)에 대하여 사용자가 지정한 요소 그룹을 또 다른 유연체로 분리시킬 수 있다. 또한, Modification 기능으로 수정을 원하는 요소가 있을 때 이를 삭제하거나 다시 생성할 수 있고, 기존 요소도 노드 위치를 수정하여 변경할 수 있다.

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그림 6. 유연체 모델링 - Split

Mirror 기능은 기존 강체에만 적용할 수 있었던 부분을 FFlex 보디에도 사용할 수 있도록 확장한 것으로, 대칭형 지오메트리에 대하여 더욱 높은 품질의 메시를 생성할 수 있다.

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그림 7. 유연체 모델링 - Mirror

다분야 통합 해석


동역학 해석은 CAE 전반에 걸쳐 필수 해석과정으로 주목받고 있다. 특히 구조해석, 열유체해석, 입자해석 등을 함께 고려하는 다분야 통합 해석 분야에서도 중요한 역할을 하고 있다. 다분야 통합 해석 분야에서 꾸준히 장점을 발휘해 온 리커다인은 이번 V9R1에서도 다분야 통합 해석에 대한 다양한 개선이 이루어졌다.

탄성 유체 윤활을 리커다인에서 손쉽게 적용할 수 있는 툴킷과 실험, 계측된 목표신호를 통해 입력신호를 구할 수 있는 툴킷, 그리고 입자 기반 해석 소프트웨어인 EDEM과의 연성해석 인터페이스를 새롭게 추가하였다.

EHD(Elastro-Hydrodynamics)


리커다인 EHD는 시스템의 동역학적 거동에 대하여 탄성 유체 윤활(Elastro-Hydrodynamic Lubrication) 특성을 예측하기 위한 3차원 해석 툴킷이다. 베어링-저널, 피스톤-실린더의 고속 회전 및 병진 운동에서 접촉면에 대한 윤활 효과를 손쉽게 정의하고, 윤활막의 두께 및 압력 변화를 빠르게 예측할 수 있다. 이를 통해 윤활조건을 최적화하고 개발 시간 및 비용을 크게 줄일 수 있다.

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그림 8. 리커다인 EHD 툴킷

이러한 윤활 모델에는 유연체로 구성된 피스톤 스커트와 실린더 라이너, 저널베이링 등에 대한 변형을 고려할 뿐만 아니라 유체 역학적 윤활과 경계 윤활 효과가 포함된다. 예를 들어, 리커다인을 통해 엔진의 동역학적 거동을 모델링하고, 여기에 EHD를 통한 윤활 특성을 적용함으로써 보다 정확한 해석을 수행할 수 있다.

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그림 9. EHD - Contour Type

EHD Bearing(Rotational Lubrication)은 저널 베어링의 고속 회전 운동시 베어링과 저널 사이의 접촉면에 대한 유체 윤활 해석을 지원하고, ‘Oil Hole & Groove Effects’를 비롯한 다양한 효과를 고려할 수 있어 고속 회전에 대한 윤활 해석이 가능하다.

EHD Piston(Piston Lubrication)은 피스톤의 고속 병진 운동 시 피스톤과 실린더 사이의 접촉면에 대한 유체윤활을 적용할 수 있고, 고속 운동 시 발생되는 피스톤의 틸팅(Tilting)에 의한 유체 윤활막의 압력 및 두께 변화도 확인할 수 있다. 또한, 실린더 혹은 피스톤을 RFlex 보디로 적용할 경우, 접촉면의 변형으로 인한 윤활막 두께 및 압력 변화 또한 확인할 수 있다.

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그림 10. EHD - 유연체에 유체윤활 적용

EDEM 인터페이스


입자 기반 해석 소프트웨어인 EDEM과 리커다인의 연성해석을 지원한다. EDEM의 솔버와 리커다인의 MBD 솔버가 서로 데이터를 주고받으며 해석함으로써, 동역학 시스템에 의한 입자의 거동 및 입자의 거동에 의해 동역학 시스템에 작용하는 하중에 대하여 보다 정확한 결과를 도출한다.


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그림 11. EDEM 인터페이스


리커다인과 EDEM의 연성 해석(Co-Simulation)을 통해 실제 산업 현장에서 일어나는 입자 거동에 영향을 미치는 다양한 물리적 현상이 포함된 영역에 대해 시뮬레이션이 가능하다. 특히, 리커다인과 EDEM 모두 사용자 친화적인 GUI 환경을 제공하여 보다 쉽고 빠르게 입자거동과 강체 시스템의 동역학적 거동의 연성해석을 수행할 수 있다.

TSG(Time Signal Generator)


TSG는 실험을 통해 계측된 변위, 속도, 가속도, 힘과 같은 측정값 을 목표 신호(Target Signal)로 하여, 리커다인 모델에서 동일한 위치에 동일한 신호가 도출될 수 있게끔 하는 입력 신호(Drive Signal)를 생성해주는 툴킷이다.

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그림 12. 리커다인 TSG 툴킷 관련 기능

실제 환경에서의 기계 시스템 작동을 제품 개발환경에서 시험할 때에는 실제 환경을 모사할 수 있는 다양한 입력 값, 특히 액추에이터(Actuator)에 대한 입력 신호(Drive Signal)가 필요하다. 하지만, 실험을 통해 얻은 기계 시스템의 여러가지 측정값은 입력신호가 아니라 출력 값이기 때문에 입력 값으로 사용할 수가 없다. 이 때, TSG 툴킷을 이용하여 실험 측정값(Target Signal)과 동일한 결과를 도출할 수 있는 거동을 만들어낼 수 있도록 입력 신호를 계산할 수 있다.

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그림 13. 리커다인 TSG 툴킷의 프로세스

특히 타이어, 지면, 접촉 등 다양한 비선형성 요소를 모두 고려한 MBD 해석 결과를 실제 계측된 목표 신호와 유사하게 도출하는 것은 매우 어렵고 많은 시간이 소요된다. 이때, 비선형성 해석 요소들의 조합으로 기계 시스템에 작용되는 하중을 단순화된 액추에이터로 정의하고, TSG 툴킷을 통해 구한 입력신호를 액추에이터에 적용하여 단순화된 가상의 시험대 해석모델을 구축할 수 있다. 단순화된 가상의 시험대 모델을 통해 더욱 빠르게 하중 시험 결과를 도출할 수 있고, 나아가 리커다인의 강력한 MFBD 해석을 통해 내구해석까지 수행할 수 있다.

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그림 14. 리커다인 TSG 툴킷의 활용

FMI 2.0 지원


리커다인 V9R1은 FMI 2.0을 공식 지원한다. 이를 통해 FMI 2.0을 지원하는 소프트웨어와의 연성해석이 가능하다. FMI 1.0을 지원하는 소프트웨어의 경우, 기존의 FMI 1.0을 계속 이용하여 연성해석을 수행할 수 있다.


기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

정수진 sjeong@cadgraphics.co.kr


출처 : CAD&Graphics 2017년 09월호

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