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앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례
PyFluent 소개 : 플루언트를 위한 파이썬   앤시스 플루언트(Ansys Fluent)에서 파이썬(Python)의 사용이 가능해짐에 따라 플루언트의 커스터마이징 영역이 더욱 확장되었다. 덕분에 파이썬을 이용하여 단순히 플루언트를 컨트롤하는 것뿐만 아니라, 파이썬이 가지고 있는 방대한 라이브러리를 이용하여 플루언트를 완전히 새로운 방식으로 사용할 수도 있다. 이번 호에서는 앤시스 2022 R2 버전에서 첫 출시된 PyFluent(파이플루언트)를 자세히 알아보도록 하자. ■ 이종원 | 태성에스엔이의 유동 3팀 매니저로, 항공/방산의 유동 해석 및 Discovery를 담당하고 있다. 이메일 | jwlee@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr   PyFluent는 플루언트를 위한 파이썬 라이브러리로 앤시스 2022 R2 버전에서 처음 출시되었다. PyFluent는 파이썬 환경 내에서 플루언트를 사용할 수 있게 해 주는 PyAnsys 생태계의 일부로, 다른 PyAnsys 라이브러리 및 외부의 파이썬 라이브러리를 사용할 수 있도록 해준다. 따라서 파이썬을 잘 다루는 엔지니어에겐 희소식이 될 것 같다. 예를 들어 <그림 1>과 같이 단순히 애플리케이션을 통해 플루언트를 조작하는 것뿐 아니라, 새로운 방식으로 플루언트를 사용하거나 재구성할 수도 있기 때문이다. PyFluent와 관련한 자세한 내용은 <그림 2>와 같이 PyAnsys 웹페이지(https://docs.pyansys.com)에서 확인할 수 있다. PyAnsys 공식 웹사이트에서는 PyFluent 매뉴얼 및 관련 예제를 제공하고 있으며, 지속적으로 업데이트되어 최신의 PyFluent 정보를 확인할 수 있으니 참고하도록 하자.   그림 1. 애플리케이션을 활용한 플루언트 조작   그림 2. PyAnsys 공식 웹사이트
이종원 작성일 : 2022-12-26 조회수 : 1286
앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공 사례
자동차 조향 시스템의 래틀 소음 분석   자동차의 조향 장치(steering system)에서 회전운동을 직선운동으로 변환하는 랙 앤드 피니언 기어는  소음 발생 원인이 된다. 이번 호에서는 앤시스 모션 드라이브트레인(Ansys Motion Drivetrain)을 이용한 NVH 해석을 진행하여 문제의 원인을 분석하는 방법에 대해 소개하고자 한다.  ■ 이상혁 태성에스엔이 구조3팀 수석 매니저로, Ansys Mechanical & Motion 기술지원을 담당하고 있다. 이메일 | shlee@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr   주행 중 발생하는 자동차의 소음 및 진동은 엔진, 변속기, 기어 시스템 등 여러 복합적인 요소의 상호작용으로 발생한다. 따라서 정확한 해석기법을 통해 각 요인별 진동 특성을 파악하고 개선하는 작업이 중요하다. 특히, 기어의 진동 및 소음은 크게 와인 소음(wine noise)과 래틀 소음(rattle noise) 두 가지로 구분되며, 모두 비선형 접촉으로 이루어진다. 따라서 비선형 소음진동 특성을 고려하여 해석을 진행하고 결과를 분석할 수 있는 소음진동 해석 툴킷(Ansys Motion, Drivetrain Toolkits)을 이용하면 기어에서 발생하는 다양한 소음진동 원인들을 분석할 수 있다.   조향 시스템의 원리 조향 장치(steering system)는 운전석의 조향 핸들을 회전시키고 각 링크기구를 움직여 좌우 앞바퀴의 방향을 바꾸어 차량의 주행 방향을 제어할 수 있도록 해 주는 장치이다. 즉, 핸들부터 바퀴까지 이어지는 부품들이 조향 장치에 해당하며, <그림 1>과 같이 핸들, 조향 축, 랙 앤드 피니언 기어, 타이로드, 너클 암 등의 부품으로 이루어져 있다.  자동차에서 축을 중심으로 회전하는 부품은 ‘암’, 밀거나 당기는 부품을 ‘로드’라고 하는데, 만약 운전자가 핸들을 돌리게 되면 핸들에 연결된 조향 축이 회전하게 되고 그 끝에 달린 피니언 기어가 회전하게 된다. 이 때 피니언 기어는 랙 기어와 톱니가 맞물려 있어, 핸들의 회전 운동을 왕복운동으로 변환하여 좌우로 움직인다. 이러한 랙의 움직임은 타이로드에 전달되고 다시 너클 암에서 최종적으로 바퀴의 방향을 바꾼다.    그림 1. 조향 장치의 구성   이런 조향 장치를 구성하는 부품의 대부분은 마찰에 의하여 동력을 전달하는 기어 구조와 회전력을 전달하는 링크 구조로 되어 있어 소음 및 진동이 발생할 가능성이 높으며, 발생 시 운전자가 쉽게 인식할 수 있다. 전동식 파워 조향 장치는 기어의 마모에 의한 유격, 제조 공차 등에 의한 백래시(backlash)의 증가 및 이로 인한 진동이나 소음, 특히 구조적으로 타 부품과의 공차, 마찰에 의하여 발생하는 소음인 래틀 소음이 발생하며 이런 소음은 운전자에게 불쾌한 소음뿐만 아니라 불안감을 유발할 수 있다. 그럼 기어에서 발생하는 래틀 소음에 대해서 간략하게 살펴보도록 하자.   랙/피니언 기어의 소음진동 원인 기어의 래틀 소음은 백래시에 의해 발생하는 소음의 한 종류이다. 백래시란 <그림 2>와 같이 기어, 나사, 톱니바퀴 등 서로 맞물려 운동하는 기계장치에서 원활한 기어 물림을 위해 꼭 필요한 여유 공간이다. 기어 시스템에서 반드시 필요한 백래시이지만, 때에 따라 시스템 공진주파수 영역과 겹치며 기어 치의 앞뒷면이 충돌해 소음진동을 일으키는 주요 원인으로 작용하기도 하는데, 이를 대표하는 소음진동 특성을 래틀 소음이라고 한다.  
이상혁 작성일 : 2022-12-02 조회수 : 2287
버추얼 클래스 4.0의 특징과 활용 사례
양방향 소프트웨어 교육을 위한 플랫폼   지난 2021년 10월 ‘버추얼 클래스(Virtual Class) 3.0’이 출시된 이후, 약 1년여 만에 전반적인 디자인 및 더욱 강화된 사용자 편의성을 갖춘 ‘버추얼 클래스 4.0’이 출시될 예정이다. 이번 호에서는 버추얼 클래스의 기능 및 특장점과 활용 사례, 그리고 버추얼 클래스 4.0에서 업그레이드된 부분에 대해 자세히 살펴보겠다.   ◼︎ 박명성 태성에스엔이 eTSNE팀의 매니저로 근무하고 있으며, Virtual Class의 기술지원을 담당하고 있다. 이메일 | mspark@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr   코로나 19는 교육 현장 전반에서 엄청난 속도로 온라인 교육 수요의 가속화를 불러왔다. 온라인 교육의 장단점에 대한 논란에도 불구하고, 교육 현장에서는 포스트 코로나 시대를 위한 지각 변동이 일고 있다.  먼저 제도와 정책적인 변화 측면으로는 원격 교육 및 혼합 교육 지원을 위한 제도 개편 등이 진행 중이며, 기존의 단순 혼합 교육 방식에서 교육 효과성 향상을 위한 교육 방식으로의 전환이 가속화되고 있다. 또한, 기술의 발전을 통해 클라우드, IoT(사물인터넷), AI(인공지능) 등 첨단 기술을 기반으로 실감화, 연결화, 융합화 등 수업과 교육 전반에 걸친 응용 기술의 적용이 확대되고 있다. 최근에는 화상 채팅 툴을 이용한 온라인 교육이 가능하나, 소프트웨어 실습이 필요한 교육의 경우 그 한계가 명확하다 볼 수 있다. 이러한 급변하는 교육 환경의 변화 속에서 소프트웨어 교육 플랫폼인 ‘버추얼 클래스(Virtual Class)’는 교육 간 지적되었던 문제점들을 개선하기 위해 개발되었다. 버추얼 클래스는 단 한 번의 가상 환경 구성으로 모든 사용자에게 동일한 환경을 제공한다. 사용자는 별도의 소프트웨어를 설치할 필요 없이 인터넷 브라우저를 통해 버추얼 클래스를 이용할 수 있으며, 실습 환경과 화상 기능을 통해서 장소와 거리에 제약 없이 소프트웨어 실습 교육을 수강할 수 있다. 또한, 버추얼 클래스를 통해 교수자와 학생이 언제 어디서나 필요할 때 활용이 가능함은 물론 장비 구매에 대한 비용을 최소화할 뿐만 아니라, 교수자가 수업 준비에 할애하는 시간을 줄여 교육의 질을 향상시킬 수 있는 하이브리드형 소프트웨어 실습 교육 플랫폼이다.   버추얼 클래스의 기능 및 특장점 (1) 동일 소프트웨어 실습 환경의 배포 버추얼 클래스는 1대의 가상 컴퓨터에 실습에 필요한 환경을 구성하면 그 환경을 복사하여 인원의 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 실습 환경 종료 시 기존 구성은 삭제되어 새로운 환경이 사용자에게 제공되기 때문에, 개인 정보 보호는 물론 불필요한 데이터들이 삭제된다는 장점이 있다.   (2) 다양한 성능의 실습 환경 버추얼 클래스는 Basic, HPC, 그리고 GPU 등 세 가지 사양을 제공하며, 교수자가 이를 미리 파악하여 선택적으로 실습 환경을 학생들에게 제공할 수 있다.(<그림 1> 참조)   그림 1. 버추얼 클래스의 지원 사양   (3) 사용 기기의 호환성 앞서 언급한 것처럼 버추얼 클래스는 인터넷 브라우저를 기반으로 하기 때문에, 사용자의 하드웨어 사양이 실습에 영향을 미치지 않는다. 따라서 사용자가 인터넷 브라우저를 실행할 수 있다면 <그림 2>와 같이 데스크톱 PC, 태블릿 PC 등 언제 어디서나 장비의 종류에 관계 없이 사용할 수 있다.   그림 2. 기기 호환성
박명성 작성일 : 2022-11-02 조회수 : 3380
앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례
플루언트 메싱을 활용한 적층제조 형상의 격자 생성   오늘날 ‘3D 프린팅’이라고 흔히 알려져 있는 ‘적층제조(Additive Manufacturing)’는 복잡한 형상을 쉽게 제작할 수 있어 많은 산업군에서 이용되고 있다. 일반적으로 적층제조 방식으로 설계된 제품들의 성능 비교를 위해 열/유동 CFD 해석이 활용되는데, 특히 앤시스 플루언트 메싱(Ansys Fluent Meshing)을 사용하는 경우, 기존 적층제조 방식으로 설계한 형상이 하나의 서피스(Surface)로만 이루어진 특정한 포맷(STL)으로 제한되는 것에 비해, 해당 포맷을 포함한 다양한 CAD 형상에 대해 사용자가 편리하게 격자를 생성할 수 있는 장점이 있다. 이번 호에서는 적층제조 방식으로 설계한 TPMS(삼중 주기적 최소 곡면 : Triply Periodic Minimal Surface) 열교환기를 예시로 격자 생성 과정에 대해 설명하고자 한다.   ■ 문성식 태성에스엔이 유동 2팀 매니저로, 유동해석 지원 및 용역업무를 담당하고 있다. 이메일 | ssmoon@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr     적층제조 적층제조(AM)는 3D 프린팅 기술을 바탕으로 분말형 수지, 금속 등의 재료를 한 층씩 적층하면서 제품을 제조하는 방식으로 이해할 수 있다. 과거에는 비용이 너무 많이 들거나 제조가 불가능했던 특수한 형상을 이러한 방식으로 설계할 수 있기 때문에, 자동차 대시보드 및 시제품, 건축 모형, 귀금속 디자인 등 다양한 제품들이 점점 더 많아지고 있는 추세이다. 이러한 기술 경향에 맞춰 태성에스엔이 적층제조 센터에서도 드론, 발사체 개폐밸브, 자동차 휠 등 다양한 분야에 적층제조 방식을 활용하는 연구 개발을 진행하고 있다. 또한, 그 중에서 3D 프린팅을 이용해 복잡하지만 소형화가 가능하고 열전달 성능을 높일 수 있는 TPMS 열교환기의 연구도 진행 중이다. 열교환기의 객관적인 성능 비교를 위해서는 열/유동 해석이 필수적이나, 3D 프린팅의 특성상 CAD 포맷은 STL의 형식으로 제공됨에 따라 하나의 서피스로만 이루어지게 된다. 하지만 해석을 위해서는 구분된 유동영역과 경계 조건을 적용하기 위한 각각의 면들이 필요하다.  이번 호에서는 TPMS 열교환기에 대해 간단하게 살펴보고, 플루언트 메싱을 활용하여 STL 포맷으로 제공된 TPMS 열교환기를 예시로 격자 생성 과정(형상 수정, 경계면 생성 및 유동영역 추출)에 대해 알아보도록 하겠다.    TPMS 열교환기란 삼중 주기적 최소 곡면(Triply Periodic Minimal Surface : TPMS)을 이용한 열교환기는 Sin과 Cos의 조합에 따라 다양한 TPMS 곡면을 가질 수 있다.(그림 1) 이러한 TPMS 곡면을 활용하여 3차원 공간을 2개의 공간으로 분할할 수 있다. TPMS로 분리된 두 공간에서 서로 다른 2개의 유체가 섞이지 않고 흐르기 때문에 완벽한 3차원 열전달이 가능하다.   그림 1. Triply Periodic Minimal Surfaces   TPMS 열교환기는 기존 판형 열교환기(전열판과 전열판이 적층 및 브레이징되어 간접 열교환이 이루어지는 2차원 유로가 형성)의 구성과 유사하다고 볼 수 있다.(그림 2) 하지만 TPMS 구조로 인해 유체의 흐름이 2차원에서 3차원으로 확장되고 열교환 면적이 극대화되는 효과를 가져온다. 따라서 제한된 제품의 체적에서 추가적인 압력 강하 없이 열전달 성능을 크게 향상시킬 수 있는 장점을 갖는 열교환기가 될 수 있다.    
문성식 작성일 : 2022-10-04 조회수 : 3332
앤시스 디스커버리의 소개 및 활용
설계부터 해석까지, 단일 환경에서 실시간 해석 진행   앤시스 디스커버리(Ansys Discovery, 이하 디스커버리)는 설계부터 해석까지 모든 과정을 하나의 환경에서 진행할 수 있는 시뮬레이션 툴이다. 해석 과정에서 격자를 생성하지 않고, 해석 전문 프로그램에 비해 경계 조건 설정 및 사용법이 간단하여 최근 해석에 익숙하지 않은 설계 엔지니어들이 많이 사용하고 있다. 이번 호에서는 디스커버리가 어떤 프로그램인지 소개하고 그 활용법에 대하여 소개하겠다. ■ 신주경 태성에스엔이 구조 2팀 매니저로 근무하고 있으며, 자동차의 구조 해석 및 Discovery를 담당하고 있다. 이메일 | jgshin@tsne.co.kr  홈페이지 | www.tsne.co.kr   최근에는 많은 기업들이 제품 개발 프로세스에 해석을 적용하여, 제품 개발에 드는 시간적/경제적 비용을 절감하고 있다. 하지만 대부분 설계 엔지니어에 비해 해석 엔지니어의 수가 현저히 적기 때문에, 해석을 사용한 설계 검증이 신속하게 이루어지지 못하는 경우가 많다.  <그림 1>은 제품 개발 프로세스를 간단하게 그래프로 나타낸 것으로, 현재는 해석이 전체 개발 프로세스 중반에 해당하는 상세 설계 부분에서 적용되고 있다. 그렇다면 만약 제품 개발 초기 단계에서 설계와 동시에 설계 검증한다면 어떨까?   그림 1. 제품 개발 프로세스   그 답은 <그림 2>에서 확인할 수 있다. 기존 제품 개발 프로세스에서는 제품 양산 단계 직전에 시험 평가를 통해 설계 검증을 진행했기 때문에 주로 제품 개발의 중간 단계에서 설계 변경이 많이 이루어졌고, 그에 따라 설계 변경 비용이 많이 들 수밖에 없었다. 디지털 엔지니어링, 즉 해석을 적용하여 설계 검증 단계를 전보다 앞으로 당김으로써 이러한 문제들이 조금 해결되긴 했지만 여전히 설계 변경에 많은 비용이 발생하고 있다. 하지만 <그림 2>를 보면, 개념 설계 단계에서 해석을 적용함으로써 적은 비용으로 좀 더 많은 설계 변경을 시도할 수 있고 결과적으로 제품 개발에 드는 비용을 줄일 수 있다. 이와 같이 개념 설계 단계에서 해석을 적용했을 때의 이점이 많기 때문에 최근에는 많은 기업들이 개념 설계 단계에 해석을 적용하고 있으며, 앤시스에서는 이를 위해 디스커버리라는 제품을 제공하고 있다.   그림 2. 해석 적용 시기에 따른 제품 성능 및 제조 원가 비교   1. 디스커버리의 특징 디스커버리를 활용하면 하나의 환경에서 모델 설계부터 해석을 통한 검증까지 모든 과정을 실시간으로 진행할 수 있다. 이를 위해 Model, Explore, Refine 이렇게 총 세 단계의 모드(작업 환경)를 지원하며, 목적에 따라 모드를 선택하여 작업을 수행하면 된다. Model 모드는 2D 또는 3D 모델을 만들기 위한 스케치 및 모델링 작업을 진행할 수 있는 단계이다. Explore 모드는 실제 해석을 진행할 수 있는 단계로, 하중 및 구속조건만 설정해 주면 따로 격자를 생성하지 않아도 해석이 가능하다. 그리고 해석을 수행한 후 설계, 하중 조건, 구속 조건을 변경하면 그 즉시 다시 해석이 진행되어 조건 변경에 따른 해석 결과를 실시간으로 확인할 수 있다. Refine 모드는 Pro 레벨(Mechanical, CFD, Electromagnetics)의 라이선스를 추가로 사용하여 격자를 생성해 좀 더 정확한 해석을 수행할 수 있는 단계이다.  디스커버리의 가장 큰 특징은 다음과 같다.  
신주경 작성일 : 2022-09-01 조회수 : 3692
제품 개발 혁신을 가속화하는 크레오 파라메트릭 9.0 (2)
제품 개발 혁신을 가속화하는 크레오 파라메트릭 9.0 (2)   이번 호에서는 크레오 파라메트릭 9.0(Creo Parametric 9.0)에서 업데이트된 내용 중 부품 모델링(part modeling)에 대해 알아보자.    ■ 김주현 디지테크 기술지원팀의 차장으로 Creo 전 제품의 기술지원 및 교육을 담당하고 있다. 이메일 | sskim@digiteki.com 홈페이지 | www.digiteki.com   1. 서피스 나누기 및 통합 크레오 파라메트릭 9.0에서는 서피스 나누기 기능이 추가되었다. 서피스 나누기 기능은 그동안 크레오 시뮬레이트(Creo Simulate)에서만 사용 가능한 서피스 영역을 대체할 수 있는 기능이다. 서피스 나누기를 사용하면 커브나 스케치 영역에 인접한 부분에 접촉 서피스로 분할할 수 있다. 이러한 기능은 기존 버전에서는 불가능했다. 이로 인해 모델 형상에서 참조 가능한 객체로 표면적을 필요로 하는 경우 많은 생산성이 향상되었다. 서피스 나누기는 스케치 투영 기반 및 체인 기반 생성방법을 지원한다. 서피스 통합은 서피스 나누기를 통해 나눠진 서피스를 사용자가 다시 하나의 서피스로 통합할 수 있는 기능이다. 서피스 참조 업데이트 옵션을 사용하여 자 피처의 서피스 참조를 대상 서피스로 전달할 수도 있다. 서피스 나누기의 대표적인 사례는 다음과 같다. ■ 3D 모델 주석에서 접촉영역, PMI, 제조 요구 사항 등의 측면을 지원하는 의미 참조로 사용      ■ 모양새, 서피스 마무리, 텍스처와 같은 렌더링 표현     ■ 시뮬레이션 및 제너레이트 설계에서는 나눠진 서피스를 하중, 제약조건 또는 메시의 정의에 활용
김주현 작성일 : 2022-09-01 조회수 : 3608
3D 프린터를 활용한 정밀주조 프로세스 개선
제조산업에 쓰이는 3D 프린팅   용융된 금속을 거푸집(주형)에 부어 형상을 만드는 전통적인 주조 방식은 인류에게 수 천년 이상 사용되었다. 지난 세기 동안 왁스로 제작된 패턴을 녹여 낸 후 세라믹 주형에서 금속 부품을 만드는 정밀주조(investment casting) 방식으로 많은 혁신의 이점을 얻었지만, 현시점의 복잡하고 다양한 종류의 제품을 생산하는 것은 여전히 느리고 비용이 많이 드는 프로세스이다. 정밀 주조 방식으로 생산 시간은 일반적으로 몇 개월로 측정되며 비용은 수 억 원에 달할 수 있다. 광범위한 응용 분야와 최종 결과물의 다양한 수요에도 불구하고 이 산업은 효율성, 리드 타임 및 생산능력과 관련된 문제에 직면하고 있다.  ■ 조안기 | 쓰리디시스템즈코리아의 application engineer 팀장이다. 이메일 | anki.jo@3dsystems.com 홈페이지 | https://ko.3dsystems.com   3D 프린터를 이용한 패턴 제작의 장점 기존의 정밀주조 방법에서는 패턴을 왁스로 제작하며 이 왁스를 제작하기 위해 금형을 만들어야 했다. 이 방식은 금형 제작이라는 전통적인 제조 방법이 추가되며 금형을 제작하기 위해서는 금형 설계 및 CNC 가공 및 후처리의 상당 시간을 소요하게 만든다. 이런 왁스 금형을 제작하는 데만 약 8~12주의 시간이 소요되어 전체 리드타임을 길게 만들고 금형 제작에 많은 금액을 지불해야 한다. 또한 제품 형상은 절삭 가공의 금형 기술로 제작할 수 있는 범위 안에서 가능하다 보니, 혁신적인 제품을 생산하는 데에는 제약이 생기거나 불가능할 수도 있다.    그림 1. 전통적 정밀주조 프로세스   그림 2. 3D 프린팅을 활용한 정밀주조 프로세스   3D 프린팅 기술을 사용하면 주조용 패턴을 생산하는데 드는 리드 타임과 비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 복잡한 임펠러와 같은 형상의 금형 제작에 8~12주가 소요되었던 것에 비해, 3D 프린터로 패턴 제조 시 2~3일이면 가능하기에 약 95%의 시간을 단축할 수 있다. 이는 초기 제품 개발에 짧은 리드 타임 및 낮은 초기 비용의 장점으로 설계 및 주조 방안의 변경에 즉각적인 대응이 가능하여, 더 많은 개발품에 에너지를 투자할 수 있겠다.   왁스 패턴 vs. 3D 프린팅 패턴 왁스 패턴을 위한 금형 제작은 대량 생산을 위한 적합한 도구이지만 초기 비용이 매우 크며, 형상이 복잡하면 금형의 동작성도 증대되어 디자인 및 생산 비용이 증가하게 된다. 또한 금형으로 만들어진 왁스 패턴이 주조를 위한 최종 결과물이 아닌 경우 추가적인 구조 형상을 수작업으로 완성해 주어야 한다. 이러한 왁스 패턴 대비 3D 프린팅 패턴을 사용하면 다음과 같은 장점이 있다. ■ CAD 파일만 있으면 바로 출력 가능  ■ 금형 보관 비용 불필요 ■ 공정 단순화 ■ 아주 복잡한 형상 가능 ■ 짧은 리드 타임 ■ 저렴한 초기 비용 ■ 패턴에 추가 수작업 불필요  
조안기 작성일 : 2022-09-01 조회수 : 2392
앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례
전기/전자 기기에 사용되는 냉각 장치 모델링   최근 전기/전자 분야에서는 소형화 및 고집적화의 개발 트렌드에 따라 열에 대한 관심도 증가하고 있다. 이번 호에서는 전기/전자 분야에서 많이 사용되고 있는 냉각 방식과 함께, 앤시스 아이스팩(Ansys Icepak)을 이용한 다양한 냉각 장치들의 모델링 및 해석 조건에 대해 소개한다. ■  김준형 | 태성에스엔이 EBU-LF팀 매니저로 근무하고 있으며, 전기/전자의 열해석 분야를 담당하고 있다. 이메일 | jhkim21@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr   최근 전기/전자 분야에서는 IoT, 5G 통신, 전기차, 신재생에너지 등의 관련 산업이 급속하게 발전하고 있다. 특히 차세대 반도체 구현에 필수적인 고집적화 또는 전기차 시장 성장에 따른 SiC 및 GaN같은 고전력 에너지 관련 분야의 개발이 활발하다. 또한 시장에서는 모바일 기기의 소형화 및 고성능을 요구하고 있다. 전기/전자 분야에서 고집적화 및 소형화에 대한 요구는 전체적인 방열 면적 축소와 단위 면적당 발열량 증가를 의미하며, 결국 열 문제가 발생하게 된다. 따라서 개발 단계에서 설계자가 성능과 방열을 함께 고민해야 하는 것은 이제 필수가 되었다.  전기/전자 분야에서 전기 또는 전자 장치에 전력 또는 신호가 인가될 때 발생되는 손실 전력 또는 신호는 빛, 진동, 열 등 다양한 에너지로 변환될 수 있지만, 대부분은 열에너지로 변환된다. 그러나 장치 및 회로에서 과도한 열이 발생될 경우 성능의 신뢰성과 수명 저하라는 문제가 발생되게 되므로, 원하는 허용 온도(safe operating temperature) 내 온도 분포를 갖도록 설계하는 것이 중요하다. 이를 방열 설계 또는 열관리 시스템(thermal management system)이라고 한다. 열해석을 진행하기 위해서는 형상, 물성 외에 발열량이 필요하다. 전기/전자 분야에서의 발열량은 손실 값과 동일하기 때문에 손실 값을 기준으로 냉각 방식을 선정해야 한다. 손실 값의 경우 수동(passive) 소자는 대부분 간단한 줄 발열(Joule heating)에 의해 계산되지만, 능동(active) 소자의 경우 계산 방법이 복잡하며 필요시 실험 값에 의한 결과가 필요한 경우가 있다. 방열 설계를 위해 주요 발열원에 대한 발열량을 도출하였으면 냉각 방식을 선정해야 한다. 냉각 방식에는 대표적으로 자연 공랭, 강제 공랭, 수랭 등의 방법이 있으며, 방열판(heatsink), 히트파이프(heatpipe), 냉각 팬(cooling fan) 등의 다양한 냉각 장치들을 이용하여 설계하게 된다. 엔지니어는 전체적인 발열량과 열전달의 경로를 파악하고 제품에 맞게 냉각 방식을 선정해야 해야 한다.     발열량에 따른 냉각 방식 앞에서 언급하였듯이 엔지니어는 제품에서 발생되는 발열량과 환경에 맞는 냉각 방식을 찾아야 한다. <그림 1>의 내용처럼 발열량 범위에 따라서 적용할 수 있는 여러 냉각 방식이 있으며, 효율과 복잡성을 고려하여 제품에 맞게 선택해야 한다.    그림 1. 발열량에 따른 냉각 방식 비교 그래프  
김준형 작성일 : 2022-08-01 조회수 : 3716
유체기계 설계를 위한 토털 솔루션
TurboTides의 특징과 모듈 소개   이번 호에서는 사용자의 설계 방식 혹은 목표에 따라 워크플로를 구축할 수 있는 유체기계 설계 솔루션 TurboTides의 특징을 소개한다. ■ 조현욱 | 태성에스엔이 F1팀의 매니저로 전기전자반도체 산업군의 유동해석 기술지원을 담당하고 있다.  이메일 | hwjo@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr   그림 1. TurboTides의 모듈 구성 및 워크플로   TurboTides의 특징 오늘날 유체를 매개로 필요한 에너지를 전달하거나 받는 열유체 시스템에서 유체기계는 심장과 같은 역할을 하고 있다. 이러한 유체기계 설계 시 시스템에서 요구하는 실행 조건을 만족하면서, 이를 유지하기 위한 에너지를 가장 효율적으로 설계해야 한다. 하지만 유체기계의 형상은 운동 에너지 손실을 최소화하기 위해 자유곡선 형태의 설계를 갖고 있으며, 다양한 수력 부품으로 인한 설계 변수가 많아 설계자에게 있어서 TurboTides와 같은 유체기계 전용 설계 소프트웨어는 필수라고 볼 수 있다. TurboTides는 <그림 1>과 같이 유체기계 설계를 위해 필요한 보편적인 과정들을 모듈화하여 System, 1D, 2D, CAE까지 모델링 및 솔버(solver)를 제공한다. System 모듈은 열유체 시스템에 적합한 운전조건 분석이 가능하고, 1D와 2D 모듈에서 유체기계의 기초 및 상세 설계를 진행하ie, CFD와 FEA 모듈에서 3차원 해석을 통해 설계를 검증할 수 있다.. (1) 통합된 GUI 환경과 편의성 TurboTides는 System 모듈, 1D 모듈, 2D 모듈, CFD 모듈, FEA 모듈까지 크게 5개의 모듈로 구성되어 있다. 5개 모듈의 사용 방법이 각각 다르다면 반복 작업이 필수인 설계 과정에서 사용자는 피로감을 느낄 수 있다. 그러한 점에서 볼 때 TurboTides는 <그림 2>와 같이 모든 GUI가 심플하고 서로 다른 모듈 간에도 동일하게 구성되어 있으며, 사용방법 또한 일관성 있게 구성되어 있다는 장점이 있다.   그림 2. TurboTides의 GUI 구성   또한 TurboTides의 모든 모듈의 사용방법은 동일하다. 기본적인 방법은 ①번 위치에서 모듈을 선택하고, ②번 위치에서 필요한 기능들을 수행하며, ③번과 ④번에서 작업 과정과 결과를 확인하는 순서로 이루어져 있다.   (2) 심리스하며 유연한 워크플로 TurboTide의 기능들은 유체기계 설계 과정을 단계별로 모듈화하였다. 각각의 단계로 데이터를 전송하기 위해 이전 모듈에서 익스포트(export)하여 다른 모듈로 임포트(import)하지 않고, <그림 3>과 같이 클릭 한 번으로 쉽게 작업할 수 있게 심리스한 워크플로를 제공한다.  
조현욱 작성일 : 2022-07-01 조회수 : 3363
선형 문제 해결을 위한 ROM 생성 도구
Model Reduction inside Ansys의 소개와 활용   이번 호에서는 ROM(Reduced Order Model : 차수축소모델)을 생성할 수 있는 ACT(Application Customization Toolkit : 애플리케이션 커스터마이제이션 툴킷)인 Model Reduction inside Ansys를 소개한다. ■ 김도현 | 태성에스엔이 M1팀의 매니저로 구조 해석에 대한 업무를 담당하고 있다. 이메일 | dhkim@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr ROM 생성을 위한 모델차수축소법은 <그림 1>과 같이 초기 시스템의 운동방정식을 축소 시스템으로 근사화하는 기법이다. 이 때, 초기 시스템의 상태변수를 축소 시스템의 상태변수로 나타내는 것이 주된 목표이며, 이를 위해 투영행렬(projection matrix)이 사용된다. 이 투영행렬을 구성하는 기저벡터에 따라 모델의 차수를 축소하는 방법이 달라진다.  현재 앤시스에서 사용할 수 있는 모드중첩법(Mode-Superposition Method : MSUP)은 고유벡터(eigenvectors)를 활용한 축소 방법의 하나다. 이 외에도 Ritz 벡터, POD 벡터 등을 기반으로 하는 다양한 축소 방법이 존재하지만, 이번 호에서는 크릴로프 벡터(Krylov vectors)로 투영행렬이 구성된 크릴로프 부공간 기반 모델차수축소법을 소개하고자 한다.   그림 1. 모델차수축소법의 개념   프로그램 소개 CADFEM의 Model Reduction inside Ansys는 크릴로프 부공간 기반의 모델차수축소법으로 ROM을 생성할 수 있는 프로그램이다. 열, 구조 등 앤시스 메커니컬(Ansys Mechanical)을 사용하여 계산할 수 있는 모든 선형 문제에 적용할 수 있으며, 열해석은 ACT를 제공하기 때문에 앤시스 메커니컬 환경에서 GUI로 작업이 가능하다. Model Reduction inside Ansys의 ACT를 활용하여 ROM을 생성하고 시스템 해석 단계에서 ROM을 가져와 열해석을 수행하는 예제를 살펴 보도록 하겠다.   툴바 소개 Model Reduction inside Ansys를 설치하고 ACT를 활성화하면 앤시스 메커니컬에 <그림 2>와 같이 새로운 툴바(toolbar)가 생성된다.   
김도현 작성일 : 2022-06-02 조회수 : 25198
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