앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례   최근 전기자동차의 수요가 증가함에 따라 전기자동차의 성능을 보다 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 모터 분야에서 헤어핀(hairpin) 코일의 적용으로 성능이 향상됨을 확인하였으며, 이미 여러 양산형 모델에도 적용되어 실사용 중에 있다. 그러나 헤어핀 코일은 복잡한 제조 공정 및 제작 기술이 필요하다는 단점이 있다. 이렇게 기존 생산 공정에서 발생할 수 있는 문제점을 해결하고 추가적인 성능 향상을 도출하기 위해 금속 3D 프린팅 기술을 적용하여 모터 코일을 제조하는 방법이 연구되고 있다.  이번 호에서는 앤시스에서 제공되는 맥스웰(Maxwell)과 앤시스 애디티브(Ansys Additive)를 활용한 시뮬레이션을 기반으로 헤어핀 코일의 DfAM(Design for Additive Manufacturing) 및 적층공정 해석을 수행하며 전체 제작 프로세스를 제시하고자 한다.    ■ 김선명 원에이엠 DfAM팀의 연구원으로, 적층제조 특화 설계를 담당하고 있다. 이메일 | smkim@oneam.co.kr 홈페이지 | www.oneam.co.kr   전기자동차용 헤어핀 모터 코일 헤어핀 코일이란 <그림 1>과 같이 헤어핀의 형상처럼 직사각형 단면의 도선을 구부려서 제작되는 모터 코일이다. 기존의 원형 도선의 권선 형태로부터 성능 개선을 위해 개발되었으며, 성능 향상이 입증되어 이미 상용 전기차량에 적용되어 실사용 중에 있다. 이러한 직사각형 단면의 헤어핀 코일을 사용하는 이유는 기존 원형 코일 대비 높은 점적률(fill-factor)을 갖기 때문이다. 점적률이란 <식 1>과 같이 모터고정자의 슬롯 면적 대비 구리 도선이 차지하는 면적의 비로 계산이 된다. 점적률이 높아지면 <그림 2>와 같이 도선 간 빈 공간 영역이 작아진다. 따라서 상대적으로 권선 저항이 낮아지게 되고 도선간 접촉 면적이 증가함에 따라 열전달 계수가 높아져, 방열 효과도 증가하는 효과가 있다. 이러한 헤어핀 코일의 적용으로 원형도선 대비 모터의 성능을 향상시킬 수 있다.   식 1   그림 1. 헤어핀 코일   그림 2. 원형 도선과 헤어핀 코일의 비교(출처 : MG Motor article : Why 1% efficiency improvement means so much, Hairpin Technology : Hubiz)   헤어핀 코일은 <그림 3>과 같은 공정을 통해 조립된다. 제일 먼저, 원재료인 사각형 단면의 코일을 헤어핀 형태로 성형한 후 모터 고정자의 슬롯에 조립한다. 그 다음 같은 상끼리 연결될 수 있도록 트위스팅(twisting) 공정을 거친 후, 서로 접촉하는 도선끼리 용접하는 과정을 거쳐 완성된다. 추가로 도선에 용접될 부분의 절연재를 제거하는 등의 공정이 필요하다. 이처럼 헤어핀 코일 모터는 복잡한 제작 절차와 제작 공정이 필요하며, 특히 고난도의 용접 기술이 요구된다. 무엇보다 제조 공정 중 제품에 문제가 발생한다면 문제가 되는 부분만 처리가 불가능하기 때문에, 제작 공정이 처음부터 수행되어야 한다.   그림 3. 헤어핀 코일의 조립 공정(출처 : Maximising E-Machine Efficiency with Hairpin Windings, by Shaoshen Xue-Motor Design Limited)   이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 금속 3D 프린터를 사용한 모터 코일의 금속 적층제조에 대한 연구가 진행되고 있다. 금속 적층제조는 다음과 같은 장점이 있다. 제작 공정 간소화 : 헤어핀 코일의 3D 프린팅 공정 적용 시 3D 프린팅 장비만 있다면 기존의 복잡한 제작 공정이 필요 없으므로, 제작 공정을 보다 간소화시킬 수 있다. 일체화 : 개별 파트로 나누어진 헤어핀 코일을 일체화하여 하나의 부품으로 제작이 가능하기 때문에, 용접을 최소화한 공정이 가능하여 제작 중 파트 불량률을 최소화할 수 있다.  설계 자유도 향상 : 헤어핀 코일 형상의 제약이 없으므로 형상 구현의 자유도가 높기 때문에, 성능 향상을 위한 설계가 용이하다.  금속 적층제조를 고려한 헤어핀 코일의 설계를 위해서 시뮬레이션을 기반으로 전자기 성능 분석, 열 특성 분석, 적층 공정 해석의 전체 설계 및 제작 프로세스를 진행한다. 이 글에서는 앤시스 맥스웰과 앤시스 애디티브를 활용한 시뮬레이션을 기반으로 헤어핀 코일의 DfAM 및 적층공정 해석을 수행하며, 전체 제작 프로세스를 제시하고자 한다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

멀티피직스 해석, Strand7   주요 CAE 소프트웨어 소개   ■ 개발 정보 : Strand7 Pty Ltd, www.strand7.com  ■ 자료 제공 : 씨앤지소프텍, 02-529-0841, www.cngst.com Strand7(스트랜드7)은 복잡한 모델을 정확하게 분석하기 위한 고도의 자동화된 모델링 기능을 이용하여 구조, 열, 전자기 및 유체, 동역학 등을 포함하는 멀티피직스 문제를 간편하게 분석할 수 있는 유한요소 모델링 기능과 강력한 해석 솔버를 제공하고 있는 범용 유한요소 해석 소프트웨어이다. 2. 주요 특징 (1) 파라메트릭 및 기하 모델링 직관적이고 쉬운 그래픽 사용자 인터페이스는 전체 모델링 프로세스를 처음부터 끝까지 작업이 가능하다. 번거로운 Geometry 수정 작업을 거치지 않고 바로 모델링 작업을 수행할 수 있으며, 국부적인 영역에 대한 메시 사양을 정의와 CAD와의 커플링을 통해 CAD에서 정의한 영역 및 파라미터 정보를 가져올 수 있다.  (2) General Equation Input 수학 방정식을 사용하여 다양한 수식 데이터를 입력할 수 있다. (3) 모델 호환 DXF, IGES, STEP, Stereo-Lithography file Import / Export MSC/NASTRAN, ANSYS, STAAD-Pro, SAP2000 file Import / Export. (4) 요소 및 재료 Strand7은 1D Beam, 2D Plate & Shell, 3D Brick, Con-tact, Cable, Damper 등의 다양한 요소 및 전 세계 다양한 규격의 Beam Library를 제공한다. Strand7은 Isotropic, Orthotropic, Anisotropic, Lami-nate, Rubber, Carbon Fiber, Glass, Timber, Fluid, Soil 및 사용자정의 재료 물성을 지원한다.   (5) Automatic Mesh Generation Strand7에는 매우 직관적이고 간편한 강력한 자동 Mesh Generation 기능이 포함되어 있다. 이 기능은 자동 Mesh Generation 기능을 이용하여, 2D Plate/Shell 모델링이나 3D Brick 모델링을 매우 빠르고 간편하게 생성할 수 있다. (6) Verification Tools 복잡한 매시와 수치 입력 데이터의 검증을 그래픽을 통하여 체크할 수 있는 툴로, 구조물에 입력 오류나 입력 위치 등을 그래픽 Contour를 사용하여 사용자가 쉽게 검증하고 찾을 수 있도록 제공한다. (7) API 함수 기능 Strand7 API (응용 프로그래밍 인터페이스)를 사용하면 외부 컴퓨터 프로그램을 통해 Strand7과 상호 작용할 수 있다. Strand7 API에서 지원되는 언어는 C, C ++, C #, Pascal, Delphi, Visual Basic, FORTRAN, Matlab, Python 등 Win-dows DLL 파일을 동적으로 구성할 수 있는 모든 프로그램 언어이다. (8) 해석 기능 Strand7은 정적해석, 동적해석, 재료비선형해석, 열전달과 열응력해석까지 매우 다양한 해석을 수 행할 수 있다. Strand7의 Solver 기능은 다음과 같다. - Linear & Nonlinear Static - Natural Frequency - Response Spectra and Harmonic Dynamic - Linear and Nonlinear Transient Dynamic - Linear and Nonlinear Buckling - Heat Transfer & 콘크리트 수화열 - Collapse, 피로도 & Creep  - 대변형 해석 (현수교, 사장교, Cable Structure) - Laminated 복합소재 해석 - 막구조(Membrane) 해석 - 이동하중 해석 (영향선 및 영향면) - 시공단계별 해석 - 지반 해석 (9) Post Processing Strand7은 해석된 결과를 응력도, 변위, Cutting Plane, 그래프, 레포트 등의 다양한 플롯 기능과 3차원 애니메이션 기능을 통해 명확하고 정확한 분석이 가능하다.   3. 적용 분야 Strand7은 건축/토목 강구조, 콘크리트 구조, 지반구조물 등에 활용 가능하고, 중공업 분야와 기계 분야, 항공기/선박디자인, 의용공학, 전자기, 복합소재 등 다양하고 광범위한 분야의 설계 분야에서 활용이 기능하다. 4. 지원 전략 Strand7 지속적인 연구, 개발과 벤치마크 테스트를 통한 검증결과를 및 검증 문서와 예제 파일 사용자에게 제공하고 어떠한 에러 발생시, 사용자에게 문제 해결을 위한 즉각적인 기술 지원을 한다. Strand7은 프로그램에서 사용된 각종 유한요소이론에 대한 설명과 정보들을 자세하게 기술한 Theoretical 매뉴얼을 제공하여 사용자로 하여금 해석 결과에 대한 신뢰도를 더욱 높일 수 있게 한다.     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

설계자를 위한 유동 해석 소프트웨어, SOLIDWORKS Flow Simulation   주요 CAE 소프트웨어 소개    ■ 개발 : Dassault Systèmes, www.solidworks.com/domain/simulation ■ 자료 제공 : 다쏘시스템코리아, 02-3270-7800, www.3ds.com/ko / 노드데이타, 02-595-4450, www.nodedata.com / 메이븐, 02-852-2555, www.swmaven.co.kr SOLIDWORKS(솔리드웍스) 사용자가 사용할 수 있는 SOLIDWORKS Flow Simulation은 설계 시 유체 유동 및 열전달 시뮬레이션 수행을 통해 제품의 성능을 향상하고 설계 통찰을 얻을 수 있는 포괄적인 유동 해석 기능을 제공한다.  CFD(Computational Fluid Dynamics)를 기반으로 해석을 수행하며 Add-in 형태로 제공되어, SOLIDWORKS CAD 모델을 SOLIDWORKS Flow Simulation 환경에서 그대로 활용할 수 있다. 따라서 CAD 모델 변경시 해석 모델이 자동으로 업데이트되는 장점을 지닌다. 제품 개발 시 설계와 해석을 동시에 진행하여야 하는 경우 합리적이고 효율적으로 업무를 진행할 수 있다. SOLIDWORKS Flow Simulation은 단일 파트로 구성된 지오메트리에서 어셈블리까지 모두 활용할 수 있으며 외부 유동, 내부 유동, 복합 열전달, 비뉴턴 유체, 자유수면 고려, 다공성 매체, 입자 스터디 등 다양한 해석 기법을 제공하며 정상 상태에서 비정상 상태 해석까지 수행할 수 있다. 다양한 난류 모델 및 내장되어 있는 유체 모델을 손쉽게 선택할 수 있도록 구성되어 있으며 ‘마법사’ 기능을 통해 까다로운 유동해석 조건을 손쉽게 부여할 수 있다. Electronics Cooling 및 HVAC 모듈을 추가할 경우 확장된 해석 기능 활용을 통해 전자제품 냉각 해석 및 HVAC 관련 해석을 수행할 수 있다.  SOLIDWORKS Flow Simulation은 지오메트리 변경에 따른 최적화 해석을 자동으로 수행하는 기능을 제공하는 등 해석에 국한하지 않고 설계 전반에 필요한 통찰을 제공한다. 해석 시 사용자가 보유한 모든 computing resource(Number of CPU Cores) 사용에 제약이 없으며, SOLIDWORKS Simulation 구조 해석에 필요한 정적 하중을 생성할 수 있다. 해석에 필요한 모델 생성의 경우 지오메트리 기반으로 자동 생성되며, 손쉽게 수정 및 관리할 수 있다.   좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

금속 3D 프린팅 적층제조 해석, Simufact   주요 CAE 소프트웨어 소개   ■ 개발 : Simufact Engineering, www.simufact.com ■ 자료 제공 : 한국엠에스씨소프트웨어, 031-719-4466, www.mscsoftware.com/kr   1. Simufact : 금속 가공 산업을 위한 가상 제조 Simufact(시뮤팩트)는 금속 성형(Forming), 용접(Welding), 열처리(Heat treatment), 적층(AM, Additive Manufac-turing) 공정에 대한 해석을 수행할 수 있는 시뮬레이션 솔루션이다. Simufact 솔루션을 통해 블랭킹, 와이어/빌렛 전단 가공, 다단계 성형, 펀칭, 트리밍, 열처리, 기계적 접합, 용접 및 적층 공정 등을 시뮬레이션할 수 있어, 제조 공정 최적화 및 비용 절감이 가능하다. 2. Simufact Forming : 완벽한 3D 기능을 통해 금속 성형 제조 프로세스에 대한 정확한 시뮬레이션 수행  ■ 단조(Forging), 성형(Forming) 해석  ■ 박판 성형(Sheet metal forming) 해석  ■ 압연(Rolling, Ring rolling) 해석  ■ 자유단조(Open die forging) 해석  ■ 열처리(Heat treatment) 해석  ■ 기계적 접합(Mechanical joining) 해석  3. Simufact Welding : 복잡한 용접 공정 중 발생하는 용접 변형 및 잔류 응력 예측  ■ 아크 용접(Arc welding) 해석  ■ 레이저 빔 용접(Laser beam welding) 해석  ■ 전자 빔 용접(Electron beam welding) 해석  ■ 브레이징(Brazing) 해석  ■ 저항 점 용접(Resistance spot welding) 해석  ■ DED(Direct Energy Deposition) 해석  ■ 열처리(Heat treatment) 해석  ■ 냉각(Cooling) 공정 해석  4. Simufact Additive : 변형, 잔류 응력 등 금속 3D 프린팅 출력물의 결과 예측  ■ 적층(Additive Manufacturing, Build-up) 공정 해석  ■ 서포트(Support) 절단(Cutting) 및 제거(Removal) 공정 해석  ■ 열처리(Heat treatment) 해석  ■ 힙(HIP, Hot Isostatic Press) 공정 해석  ■ Metal Binder Jetting - Sintering 공정 해석 5. 주요 기능 ■ 병렬처리(Parallel Processing)를 통한 해석 속도 증대 ■ 직관적이고 사용자 편의성을 고려한 사용자 인터페이스 ■ Simufact Forming · 복잡한 기계장치의 기구학적 특성 고려 · 소재의 비선형 재료 특성(소성, 변형률, 온도 효과) 고려 · 성형 공정 해석 결함 예측 · 열역학적 특성 고려 : 초기 가열 조건, 성형 및 마찰로 인한 온도 상승, 소재/환경 간 열전달 · 미세 조직(Micro-structure) 거동 예측 · 재료 물성 데이터베이스 제공 ■ Simufact Welding · 복잡하고 다양한 용접 공정(순서, 속도, 열량 등) 시뮬레이션 · 용접 공정 및 용접 후 변형, 잔류 응력 예측 및 용접 결함 파악 · 다양한 용접 열원 및 구속조건 모델 · 상 변화(Phase transformation)를 고려한 용접해석 · 열영향부(Heat affected zone) 예측 및 용접 후 강도 평가 ■ Simufact Additive · 적층 공정의 각 단계별 응력, 변형 및 크랙(Crack) 예측 · 매크로(Macro) 해석 기능: 보정(Calibration) 기능 · 메조(Mezo) 해석 기능: 열 및 열-구조 연성해석 · 적층 해석 결과와 실제 출력물 또는 초기 설계 데이터와 비교 분석 기능 6. 적용 효과 ■ 성형, 용접 및 적층 공정 시뮬레이션을 통해 공정 ■ 설계 최적화 및 생산 비용 절감 ■ 성형 해석과 용접 해석의 연계해석을 통해 실제 제조 공정 설계 및 제품의 품질 향상     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기   

유동해석, 멀티피직스 해석, Simcenter FLOEFD   주요 CAE 소프트웨어 소개   ■ 개발 : 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어, www.siemens.com ■ 자료 제공 : 델타이에스, 070-8255-6001, www.deltaes.co.kr Simcenter FLOEFD는 지멘스 NX, Solid Edge, CATIA V5, Creo, SolidWorks와 같은 기계설계 3D CAD에 탑재된 CFD 해석 툴이다. Simcenter FLOEFD는 MCAD 환경에서 실행되기 때문에 3D CAD 데이터의 전환 또는 이동없이 곧바로 해석을 진행할 수 있다. 몇 번의 클릭만으로 복잡한 형상에 대한 유동 해석을 쉽고 빠르게 수행할 수 있다. 설계로부터 성능을 평가하고 재설계하는 반복 시간을 크게 단축시켜준다. 1. 제품의 주요 특징  (1) FAST ■ 3D CAD 데이터 정리의 신속한 진행 및 3D CAD에서 CFD 소프트웨어로의 Geometry transfer가 불필요 ■ 계산공간 내 유동영역 자동 검출 ■ 벽면 근처 조밀한 격자 불필요(Integral Boundary Layer Model 사용) ■ 수치계산-이론식-실험에 의한 경험식 등의 조합을 사용하여 CFD 해석을 수행(격자 등의 문제로 수치 해를 구하기 곤란한 곳에 경험식/이론식을 자동 적용하여 해를 구할 수 있음) (2) EASY ■ CFD 해석에 대한 전문지식을 요구하지 않음(3D CAD 설계자들에 유리)  ■ 3D CAD로 설계와 CFD 해석을 수행, 설계자들은 익숙한 환경에서 쉽게 사용이 가능함 ■ 수치계산-이론식-경험식 등의 자동 사용으로 수렴성이 매우 뛰어남 ■ 자동으로 육면체 격자 제작하여 해석하며, 사용자 필요시 수동격자 제작 가능 (3) ACCURACY ■ 2015년 일본자동차학회 상용 CFD 소프트웨어 자동차 외부유동 해석 블라인드 테스트 시험결과 비교, FLOEFD는 STAR-CCM+와 함께 가장 정확한 CFD 해석 소프트웨어임이 확인됨 2. 주요 기능 (1) 유동 해석 ■ 정상상태 및 과도상태 해석(Steady state and transient analysis) ■ 압축성 / 비압축성 유동 해석(Compressible / incompressible fluid flow analysis) ■ 해석 영역 내 일치하지 않은 유체해석 용 격자의 자동 연결 ■ HVAC 정확한 모델링을 위한 HVAC 전용 모듈 (2) 열 해석 ■ 정상상태 및 과도상태 해석(Steady state and transient analysis) ■ 전도, 대류, 복사열전달 해석(Conduction, convection and radiation) ■ 조립제품 및 단품 등에 대한 thermal coupling 해석, CFD 해석 결과와 구조해석 소프트웨어와의 data interface  (3) 전자기장 해석 ■ 저주파 전자기장 해석(Low frequency EM analysis) ■ 고주파 전자기장 해석(High frequency EM analysis) (4) EDA 인터페이스 기능(data importing with EDA(PADS, ORCAD, Altium, etc…)  (5) 구조해석 ■ 정적 선형 구조해석(Static Linear analysis) ■ 정적 비선형 구조해석(Static non-linear analysis) ■ 육면체 자동격자 제작  (6) 배터리 해석 전용 모듈 (7) LED 해석 전용 모듈(Special purpose analysis module for LED lamp) ■ LED 열 모델링  ■ Monte Carlo 복사모델을 사용하여 LED 광원을 정확하게 해석   좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

멀티피직스 해석, 안전 시뮬레이션, Simcenter 3D   주요 CAE 소프트웨어 소개    ■ 개발 : 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어, www.plm.automation.siemens.com/global/ko ■ 자료 제공 : 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어, 02-3016-2000, www.plm.automation.siemens.com/global/ko / 델타이에스, 070-8255-6001, www.deltaes.co.kr / 스페이스솔루션, 02-2027-5930, www.spacesolution.kr   Simcenter 3D는 구조, 음향, 유동, 열, 모션, 전자기장, 재료 및 복합소재 해석을 지원하고, 최적화 및 다중 물리 시뮬레이션을 포함하는 시뮬레이션 솔루션이다.  솔버 및 전/후처리 기능은 시뮬레이션 기반의 통찰력을 시간 내에 얻기 위해 필요한 모든 도구를 제공한다. 또한, 1D/3D를 연동한 시뮬레이션 및 시험/시뮬레이션을 연계한 Hybrid 모델링 기능 덕분에 Simcenter 3D는 이전보다 현실적인 시뮬레이션 성능을 제공할 뿐만 아니라, 데이터 관리 기능을 갖춘 확장 가능한 개방형 CAE 통합 환경이다.  Simcenter 3D는 고성능의 지오메트리 편집, 연상 시뮬레이션 모델링 및 다분야 솔루션을 업계 전문 기술과 통합하여 시뮬레이션 프로세스 속도를 단축한다. Simcenter 3D는 모든 CAD 데이터와 함께 사용할 수 있는 독립형 시뮬레이션 환경을 제공하며, NX와 통합되어 원활한 CAD/CAE 경험을 제공한다. 1. 주요 기능 (1) CAE 전처리(Pre-Processing) 기능 CAD/CAE 단일 사용자 환경에서 설계자부터 전문 해석자까지 사용 가능한 CAE 전/후처리 도구를 제공하고, 높은 수준의 CAD 수정/편집 기능을 이용하여 더욱 효율적이고 빠르게 3D 시뮬레이션 모델을 생성할 수 있다. ■ 설계 검증을 위한 CAE/CAE 통합 사용자 환경지원 ■ 다분야, 다물리 해석을 위한 플랫폼 제공 ■ 동기화 기술로 직관적이고 빠른 CAD 수정 ■ CAD 형상 연계 유한요소 생성 ■ 복잡한 모델을 위한 유한요소 Assembly 구조 지원 ■ Simcenter Nastran 외 3rd Party Solver 지원 ■ 설계 검증 프로세스 구축 및 자동화 가능 (2) 구조 해석 Nastran Solver를 이용하여 정적, 모드, 좌굴 해석 등의 선형 구조 해석을 지원하고, 미소변형 및 거동하는 대형 제품의 구조 해석을 빠르게 수행하는 SMP, DMP 방식의 병렬계산을 지원한다. 기하 비선형, 접촉, 소성, 크립, 초탄성 거동 등 모든 비선형 모델을 지원할 뿐만 아니라, 대부분의 선형 비선형 문제를 순차적으로 수행할 수 있는 Multistep 솔루션을 제공한다.  특히 가스터빈, 펌프 등의 회전 시스템이 작동할 때 회전 RPM/Unbalance/Gyroscope 효과에 의해 공진주파수가 변화하여 진동을 유발하는 형상에 대해 예측하고 개선하는 Rotor Dynamics 솔루션과 3D Printing 형상의 제작 과정에서 열변형 등의 문제를 사전에 예측하여 변형된 보상 형상을 CAM에 내보냄으로써 실제로 출력하고자 하는 형상을 trial-and-error를 최소화하는 Additive Manufacturing 솔루션을 제공한다. (3) 음향 분석 음향 해석은 보다 조용한 제품, 소음 규제 준수, 음장 예측 작업 등 당면 과제를 해결하는 데에 도움이 될 수 있다. Simcenter 3D는 통합 솔루션 내에서 내부 및 외부 음향 해석을 제공하여 초기 설계 단계에서 정보에 기반한 의사 결정을 지원하여, 제품의 음향 성능을 최적화하도록 한다. 확장 가능한 통합 모델링 환경에는 효율적인 솔버와 해석이 용이한 시각화 기능이 통합되어 있어서 제품의 음향 성능을 신속하게 파악할 수 있다. ■ 경계요소법(BEM), 유한요소법(FEM), 기하 음향학(RAY) 기반의 음향해석 지원 ■ AML(Automatically Matched Layer)을 이용한 무한 방사조건 지원 ■ FEM AO(Adaptive Order)를 이용한 계산속도 향상 ■ 다양한 시뮬레이션을 이용한 소음해석 프로세스 → MBD/EM/CFD to NVH (4) NVH & FE-TEST Correlation 시스템 수준의 FE 및 테스트 결합 Hybrid 모델을 만들고 실질적 하중 조건 규명(TPA)과 소음 및 진동 반응을 시뮬레이션 하는데 필요한 도구가 결합되어 있다. 소음 및 진동 성능을 탐색하고 가장 중요한 원인을 정확히 파악하기 위한 여러 가지 시각화 및 해석 도구가 여기에 포함된다. 사용자에게 익숙한 도구를 통해 엔지니어는 설계를 신속하게 수정하고 소음 및 진동 성능의 영향을 몇 분 안에 평가할 수 있다.  Simcenter 3D는 시뮬레이션 모델의 신뢰성을 향상시킬 목적으로 측정된 동특성과 예측 모델 사이의 상관관계를 규명하고, Nastran SOL200 기반의 민감도 해석을 통해 시뮬레이션 모델의 신뢰성 향상 및 모델링 표준화를 지원하는 FE-TEST Correlation을 지원한다. (5) 모션 해석 복사기, 슬라이딩 선루프 또는 윙플랩 같은 복잡한 기계 시스템의 작동 환경을 이해하는 것은 어려울 수 있다. 모션 시뮬레이션은 기계 시스템의 반력, 토크, 속도, 가속도 등을 계산한다. CAD 형상 및 어셈블리 구속조건을 정확한 모션 모델로 즉시 변환하거나 처음부터 직접 모션 모델을 만들 수 있으며, 내장된 모션 솔버와 후처리 기능을 통해 제품의 다양한 거동을 연구할 수 있다. (6) 내구 해석 내구성 엔지니어에게 가장 어려운 작업은 가장 효율적인 방식으로 오류 방지 구성요소와 시스템을 설계하는 작업이라는 데에는 이견이 없다. 피로 강도가 충분하지 않은 시스템 부품은 영구적인 구조적 손상과 생명에 위협이 될 수 있는 상황을 초래할 수 있다. 실수는 제품 리콜을 초래해 제품뿐만 아니라 전체 브랜드 이미지에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.  개발 사이클이 짧아지고 품질 요구사항이 계속 증가하면서 테스트 기반 내구성 방식은 그 한계를 드러내고 있다. 시뮬레이션 방법으로 내구성 성능을 평가하고 향상시키는 것이 유일하게 유효한 대안이다. Simcenter는 실제 하중 조건을 빠르고 정확하게 고려해 피로 수명 예측 해석을 수행할 수 있는 최첨단 해석 방법에 대한 액세스를 제공한다. (7) 열해석 Simcenter 3D Thermal은 열 전달 솔루션을 제공하고 복잡한 제품 및 대형 어셈블리에 대한 전도, 대류 및 복사 현상을 시뮬레이션할 수 있는 기본 기능 뿐만 아니라 정교한 복사 분석, 고급 광학 특성, 복사 및 전기가열 모델, 1차원 유압 네트워크 모델링 및 위상 변화, 탄화(Charring) 및 삭마(Ablation)와 같은 고급 재료모델을 위한 광범위한 방법을 제공한다. 사용자는 Simcenter 3D 통합 환경을 활용하여 신속한 설계변경 및 열 성능에 대한 신속한 피드백을 얻을 수 있고, 설계 및 엔지니어링 프로세스와 쉽게 통합되는 Simcenter 3D 열 해석 솔루션은 설계자와 해석자의 공동작업을 용이하게 하여 제품 개발의 생산성 향상을 지원한다. ■ 분리, 불일치 요소면, 형상의 자동 연결 ■ 모델링 자동화를 위한 유저 서브루틴, 유저 플러그인, 수식 및 API를 지원 ■ 통합된 환경에서 복합 열전달, 열-유동, 열-구조 등 연성해석 수행 가능 ■ ECAD와 연계로 반복작업과 모델링 에러 개선 (8) 유동해석 Simcenter 3D Flow는 복잡한 부품 및 어셈블리의 유체 유동을 모델링하고 시뮬레이션하기 위한 정교한 도구를 제공하는 CFD 솔루션이다. 잘 확립된 Control-Volume 공식의 성능과 정확성을 Cell-Vertex 공식과 결합하여 Navier-Stokes 방정식으로 설명된 유체 운동을 이산화하고 효율적으로 해결한다. 압축성(Compressible) 유체 및 고속(High Speed) 유동, non-Newtonian 유체, 무거운 입자추적(tracking of heavy Particles) 및 다중회전 기준 프레임(multiple rotating frames of reference)을 포함하는 내부 또는 외부 유체의 유동 시뮬레이션을 지원한다. ■ 단일 환경에서 Multi-Physics 시뮬레이션 기능 지원, 열-구조-유동 연성해석 ■ ECAD와 연동하여 전자장치의 냉각을 위한 최적화된 열-유동 해석 도구를 제공 (9) Material Engineering 오늘날 다양한 분야에서 첨단 소재를 사용함으로써 제품을 혁신하고 있으며, 이러한 이유로 새로운 소재들이 시장에 빠른 속도로 도입되고 있다. 첨단 소재를 제품에 적용할 때 균열은 매우 중요한 고려 사항이지만, 첨단 소재의 마이크로(micro) 및 메조(meso) 균열은 기존의 유한 요소법으로 모델링 및 해석하기가 어렵다.  하지만 Simcenter 3D는 완전한 대표 체적요소(RVE : Representative Volume Element) 분리, 소재 내부의 균열 또는 응집 영역(cohesive zones) 등 마이크로 레벨의 재료 특성을 고려할 수 있으며, 이를 통해 매크로(macro) 구조 모델과 마이크로 구조 모델이 전체 격자가 분리된 상태에서 균열이 소재를 통해 전파되는 현상을 해석할 수 있다.  (10) 저주파 전자기장 해석 Simcenter 3D LFEM은 모터, 변압기, 스피커 등의 전기기기에 대한 성능, 열에 의한 에너지 손실과 같은 전자기적 특성을 예측하는 솔루션을 제공한다. 3D CAD 모델로부터 전자기장 해석 모델을 구축하여 정교한 자성 재료 정의하고 속성, 경계 조건 및 통합 1D 회로 모델링 도구를 사용하는 부하를 정의할 수 있으며, 결과의 정교한 후처리를 수행하는 전자기장 해석 전과정을 지원한다. ■ 전자기장 해석에 필요한 고급 재료물성 지원 ■ 6자유도 운동을 고려한 전자기장 해석 ■ 해석 시간을 절감하는 고급 격자생성 기능 및 경계조건 지원(Smart Meshing & BC) ■ 전자기-열 연성해석 ■ 전자기장 해석결과로부터 열/유동/소음진동 해석을 진행하는 프로세스 제공 (11) 고주파 전자기장 해석 Simcenter 3D HFEM은 항공우주 산업의 전자기 호환성(EMC) 관련 인증의 핵심 주제인 번개(IEL) 및 고강도 복사장(HIRF)의 간접 효과를 검증하는 시뮬레이션을 지원한다. 또한 자동차 산업에서 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 및 센서뿐만 아니라 EV 파워 트레인의 EMC 및 전자기 간섭(EMI) 성능을 검증하고 개선하는 고주파 시뮬레이션을 지원한다. Simcenter 3D에 탑재된 Simcenter 고주파수 EM 솔버는 Maxwell의 전자기 방정식을 풀기 위한 적분방(MoM 및 MLFMA)을 기반으로 하는 전파 솔버를 지원한다. 또한 UTD 및 IPO를 기반으로 점근법(asymptotic methods)을 사용할 수 있고, 2.5D 및 전체 3D 필드 문제를 효율적으로 해결하기 위해 다양한 솔버가 통합되었다. 솔버 가속 옵션(MLFMA, DDM, 다중 경계 조건 MoM기반 알고리즘)이 내장되어 대규모 시스템의 계산 시간을 단축한다. (12) 안전 시뮬레이션  Simcenter 3D Safety(Madymo)는 자동차 안전 시뮬레이션에 광범위하게 사용되고 있으며, 엔지니어가 고급 통합 안전 시스템을 생성하는 데에 필요한 기능을 제공한다. Simcenter 3D Safety는 탑승자 및 보행자 안전 개발을 위한 전용 사용자 환경을 제공하며, 빠르고 정확한 솔버는 광범위한 DOE 및 최적화 연구를 가능하게 한다.  Simcenter 3D Safety는 다물체 동역학(MBD), 유한요소(FE) 및 전산유체역학(CFD) 기술을 단일 솔버에 통합하여, 엔지니어에게 정확성과 속도 간의 적절한 균형을 유지하면서 안전 시스템을 모델링할 수 있는 유연성을 제공한다. 또한 활성 인체 모델은 모든 뼈, 근육 및 연부조직 재료로 인체를 모델링할 수 있어, 충돌 안전 시뮬레이션 시 차량 탑승자 및 보행자의 골격, 근육, 관절 등의 상세 상해정도 분석 및 평가를 지원한다. (13) 타이어 시뮬레이션 Simcenter 3D Tire는 차량의 동적 시뮬레이션을 위해 타이어의 거동을 모델링하는 플랫폼과 서비스를 제공한다. Simcenter 3D Tire를 통해 차량 제조 업체와 공급 업체는 실질적인 타이어 특성을 고려할 수 있고, 모든 동역학 시뮬레이션 툴 및 연산 시스템과 연동될 수 있는 타이어 모델을 변수화 및 표준화하기 위해 필요한 타이어 테스트를 최소화할 수 있다.  MF-Tyre는 모든 주요 차량 동적 시뮬레이션 툴에서 사용할 수 있는 Pacejka Magic Formula 기반 타이어 모델이다. MF-Swift는 승차감, 도로 하중 및 진동 분석을 위한 MF-Tyre의 확장 모듈이다. MF-Swift는 MF-Tyre 기능에 일반적인 3D 장애물 포위(obstacle enveloping) 및 타이어 벨트 동역학을 추가 지원한다. 이러한 접근 방식을 통해 모든 관련 차량 동적 시뮬레이션을 수행할 수 있는 올인원(all-in-one) 타이어 모델의 생성을 지원한다.      좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

용접 소프트웨어, QustomWeld   주요 CAE 소프트웨어 소개   ■ 개발 : QustomApps, www.qustomapps.com ■ 자료 제공 : 브이이엔지, 031-718-8501, www.veng.co.kr QustomWeld는 2D 및 3D 용접 해석을 Abaqus 환경하에서 할 수 있도록 해준다. QustomWeld는 용접 비드의 선택, 용접 토치 경로에 대한 법선 벡터 계산, 용접 시나리오에 따른 유한 요소 삽입 및 용접 이력에 따른 해석 결과를 포함하는 용접 해석 전 과정을 자동화할 수 있다. QustomWeld 인터페이스는 다수의 용접 로봇이 비드를 생성하는 증착 용접을 하는 경우나 비드 생성이 없는 레이저 용접을 동시에 고려할 수 있다. 복잡한 용접 시퀀스도 해석할 수가 있는데, 여러 경로의 용접 토치의 이동에 따라서 용접 비드가 동시에 생성되거나 순차적으로 생성, 혹은 이 두가지를 모두 고려할 수도 있다. 이런 과정은 단 하나의 로봇 혹은 다수의 로봇이 작업할 경우에도 적용이 가능하다. QustomWeld는 단순한 용접에도 적용이 가능하고 앞서 언급한 복잡한 모든 용접과정의 해석에도 문제없이 적용할 수 있다. 1. 주요 특징 QustomWeld 인터페이스는 Abaqus/CAE 환경에서 개발되었다. Abaqus/CAE에서 제공하는 요소 생성, 하중 및 경계조건 적용, 대류 열전달 적용 기능과 더불어 Abaqus/CAE에서 제공하는 모든 기능을 QustomWeld에서 사용할 수 있다. 만약 Abaqus/CAE가 지원하지 않고 있는 Abaqus Keyword는 텍스트 에디터를 통하여 지원할 수 있다. User subroutine은 요소의 활성화와 이동하는 열원을 해석하기 위하여 최적화 되어있다. 이 user subroutine은 라이브러리 형태로 제공되어 Fortran 컴파일러가 필요하지 않다. 비드를 표현하는 유한 요소의 활성화 및 토치를 묘사하는 열원를 위한 user subroutine은 Abaqus 2019부터 제공하는 Additive Manufacturing(3D Printing) 테크놀러지를 이용하여 개발되었다. 2. 주요 기능 (1) 용접 모재 선택 ■ CAD 지오메트리 혹은 메쉬 선택 ■ 외부 CAD 툴로부터 가지고 오거나 Abaqus/CAE에서 직접 생성 (2) 증착 용접(Deposition Weld) ■ CAD 지오메트리 혹은 메쉬 선택 ■ 토치 방향은 비드 중심, 인접요소의 법선 방향, 사용하는 좌표계, 혹은 사용자 지정 테이블로부터 계산됨 ■ 비드 및 토치 경로 선택 시 선택 영역을 하이라이트 하거나 컬러를 지정할 수 있음 ■ 에너지를 고려한 토치 콘트롤 ■ 토치의 열유속(Heat Flux)은 골닥 (Goldak)의 이중타원형 혹은 원뿔 형태의 형상으로 지정 ■ 2D and 3D에서 온도 기반의 청킹 (chunking) 고려 가능 (3) 빔/레이져 용접(Beam (Autogenous) Welds) ■ 용접 비드가 생성되지 않는 빔 혹은 레이저 용접 ■ 토치의 열유속(Heat Flux)은 골닥 (Goldak)의 이중타원형 혹은 원뿔 형태의 형상으로 지정 (4) Robots ■ 비드 혹은 빔 용접 로봇은 각각 용접 특성에 따른 기본 값 적용 ■ 용접 특성은 각각의 로봇에 다르게 적용 가능 (5) Welding Scenarios ■ 용접 시나리오는 자동적으로 용접 로봇의 제어방법에 따라서 생성될 수도 있고 다음 로봇 조건에 따라서 변경 가능 · 용접 및 비드 시퀀스 · 비드 사이의 냉각 시간 · 비드 방향 (전방 혹은 후방) · 비드 활성화 ■ 로봇에 따른 순차적 혹은 동시적 비드 생성 제어 (6) 해석 컨트롤 ■ 비드 생성과 빔 용접은 순차적으로 진행하거나 용접 비드를 여러 번의 청크로 활성화 가능 ■ 전체 해석 모델, 용접 순서, 비드 생성 순서에 따른 해석 결과에 대한 컨트롤 ■ 냉각 온도에 따른 비드 생성 중지     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

주조 해석 소프트웨어, ProCAST   주요 CAE 소프트웨어 소개   ■ 개발 : ESI, www.esi-group.com ■ 자료 제공 : 한국이에스아이, 02-3660-4500, www.esi-group.com ESI의 주조 시뮬레이션 제품인 ProCAST는 주조 산업을 위한 솔루션을 제공한다. 전 세계의 주요 산업 파트너 및 학술 기관과 25년 이상의 협력을 통해 개발된 ProCAST는 까다로운 산업 요구 사항을 충족할 수 있는 광범위한 모듈 및 다양한 주조 기능을 제공한다.  형상을 가장 잘 구현할 수 있는 유한 요소 기법을 기반으로 하여 모든 주조 공정에 대하여 모델링뿐만 아니라 충진, 응고, 결함, 기계적 특성 및 복잡한 부품 변형을 포함하여 전체 주조 공정에 대한 예측 평가가 가능하다. 이를 통해 제품 공정 초기단계부터 올바른 의사 결정을 할 수 있는 기반을 제공한다.  뿐만 아니라 충진, 응고, 수축공 결함과 같은 기본적인 사항들에 대하여 빠른 해석 결과를 얻을 수 있도록 초점이 맞춰진 ESI의 QuikCAST 또한 ProCAST 환경에서 사용이 가능하다. 1. 제품의 주요 기능 및 특징 (1) 다양한 DB 보유 및 조성을 통한 DB 계산이 가능한 모듈인 Computherm 탑재 금속 물성 및 주로 쓰이는 금형이나 코어와 같은 데이터베이스를 150가지 이상 보유하고 있으며, Computherm이라는 보조 모듈을 이용하여 조성만으로도 열적, 기계적, 야금학적 인자들을 계산하여 해석에 활용이 가능하다. (2) 주조 조건 최적화 기능 탑재 Optimization 기능을 활용하여 해석에 사용된 조건들을 다른 변수로 입력하였을 때의 결과와 비교하여 가장 최적의 조건을 유출할 수 있다. (3) 미세조직 해석 초기 발생하는 핵의 성장 여부와 더불어 Grain의 형태와 성장 방향 등을 해석할 수 있는 CAFE(Cellular Automata Finite Element) 모듈을 탑재하고 있다. (4) Advanced 복사열 해석을 통한 정확한 정밀주조 해석 Enclosure를 통하여 Viewfactor를 고려한 복사열전달 현상을 표현할 수 있어, 정밀주조 공정에서 보다 정확한 열해석이 가능하다. 2. 주요 적용 분야 (1) 정밀주조 ProCAST는 타 프로그램과 달리 Viewfactor를 고려한 복사열 해석이 가능하여 EQX/DS/SX 공정을 지원하며, FEM 기반의 정확한 형상 표현이 가능하기 때문에 고온에서 복잡한 형상으로 이루어지는 정밀주조 해석이 가능하다. (2) 사형주조 상용 샌드, 발열슬리브에 대한 데이터베이스를 제공하며, Microstructure 모듈과의 연계 해석을 통해 주철에서의 접종 효과 및 합금 조성에 따른 상의 분포 및 기계적인 성질 예측이 가능하다. (3) 저압/고압 다이캐스팅 Moving Mesh의 Penetration기법을 활용하여 고압주조 공정에서 움직이는 피스톤에 의한 주입 조건 표현이 용이하며, Cycling 해석을 통하여 반복작업을 하였을 때의 금형의 온도 분포 등을 해석할 수 있다. (4) 경동주조 실제 Ladle이나 Basin에서 용탕이 Tilting 되는 것을 구현하여 단순 Inlet으로 입력하는 결과보다 더 정확한 해석이 가능하다. (5) 원심주조 수평축 및 수직축을 이용한 다양한 형태의 원심주조가 가능하며, 일반 대기와 진공 환경 등의 다양한 주조 환경을 고려한 해석이 가능하다. (6) 열처리 및 일반 유체해석 ProCAST는 주조해석 뿐만 아니라 열처리 해석이나 물과 같은 일반적인 유체 해석이 가능하여 범용적으로 사용이 가능하다.     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

EDA에서 FEM으로의 변환을 위한 툴, PCB Module   주요 CAE 소프트웨어 소개   ■ 개발 : Simutech, en.simutech.com.tw ■ 자료 제공 : 브이이엔지, 031-718-8501, www.veng.co.kr PCB Module은 EDA에서 FEM으로의 빠르고 정확한 변환을 위한 툴이다. PCB 설계의 복잡성이 점점 더 빨라짐에 따라 개발 주기와 프로토타입 비용이 매우 중요하다. CAE 사용자는 종종 모델을 구축하고 메시를 생성하는 데 많은 시간을 할애한다. PCB Module은 사용자가 간단한 단계로 복잡하거나 방대한 모델의 설정 분석을 신속하게 완료할 수 있도록 도와준다. 1. 주요 특징 ■ 구조 및 열전달 해석을 위한 PCB 모델의 빠르고 간편한 생성 ■ ODB++, GDSII, DXF 등 PCB 레이아웃 파일 및 PNG, BMP 등 이미지 파일 지원 ■ 이미지 인식기술을 통한 PCB 레이아웃의 3차원 유한요소모델로의 변환 ■ 선형/비선형 재질 특성에 대한 요소 하나하나의 등가물성 자동 계산 ■ 이미지 인식기술을 통해 ECAD 레이아웃 내 체적분율 계산 가능 ■ 레이아웃을 분할하여 단위 조각 내 체적분율 계산 후 Abaqus 해석용 유한요소모델로 재구성 함(Trace Mapping 기법 이용) ■ ECAD 레이아웃 파일(GDS/DXF/ODB++)의 Import ■ Layer Preview: Signal layer들에 대해 각 layer의 레이아웃 확인 가능 ■ Material Manager · PCB를 구성하는 재질 및 특성 정의 · 기본 재질 라이브러리 제공 및 사용자 재질 정의 가능 ■ Stack Information · 각 Layer별 적층 순서 및 재질 구성, 두께 정보 등에 대한 지정  · 기본 재질 라이브러리 제공 및 사용자 재질 정의 가능 ■ Mesh Setting · 유한요소모델 확인 및 해석 조건 지정 등     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기