멀티피직스 CAE 시뮬레이션의 한계를 극복하다

코시뮬레이션(co-simulation)은 여러 물리 시뮬레이션 방식을 연계하는 기술로 꾸준히 발전해 왔다. 각각의 물리 영역마다 별도의 솔루션으로 시뮬레이션해 왔던 것에서 나아가, 시뮬레이션 도구를 세트로 사용하거나 연계하는 것이 확대되고 있다. 이 글에서는 다물체 동역학, 음향, 유체 등을 중심으로 하는 코시뮬레이션 기술의 사례를 살펴본다.

■ 키이스 한나(Keith Hanna) | 엠에스씨소프트웨어 마케팅 부사장
■ 번역 및 감수: 윤광수 | 한국엠에스씨소프트웨어 기술사업본부 이사
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그림 1. Adams-scFLOW 연계해석을 통한 횡풍이 자동차 서스펜션의 동작에 미치는 영향 예측

멀티피직스(multiphysics) 시뮬레이션, 즉 여러 물리 시뮬레이션 방식을 연계한 코시뮬레이션(co-simulation) 또는 연계해석은 지난 20년간 CAE의 ‘궁극적 기술’로 손꼽히고 있다. ***윗첨자 1) 사실 멀티피직스는 잘못 정의된 용어이나, 엔지니어링 시뮬레이션 작업을 수행하는 엔지니어들의 입장에서 더 널리 사용되고 있는 표현이기는 하다. 유체는 일반적으로 우리가 거주하는 실제 환경에서 구조적 영향, 음향 또는 역학과 불가분의 관계이지만, 엔지니어들은 오래 전부터 이러한 물리학의 하위 영역을 별개의 CAE 시뮬레이션 솔루션으로 시뮬레이션해 왔다.
필자는 고등학교 재학 시절에 ‘멀티피직스’라는 단어를 엉뚱하게 사용해서 물리 교사 선생님에게 꾸중을 들은 적이 있다. 사실, 화학이나 생물학과 마찬가지로 물리학에는 하나의 학문 분야만 존재한다. 물리학은 뉴턴의 운동(및 유체) 법칙, 맥스웰의 전자기 이론, 구조 응력-변형 법칙 등과 같은 하위 분야로 나뉜다. 1990년대에 처음 등장한 멀티피직스라는 단어는 사실 CAE 산업이 결합 공식으로 기초 물리 방정식을 푸는데 실패하면서 파생된 결과물이다.
멀티피직스의 시초는 다양한 수학적 기법 덕분에 우리가 발견하게 된 현실적인 문제와도 부분적으로 연관이 있다. 예를 들어, 유한체적법(유체 계산에 가장 적합한)과 유한요소법(구조 및 음향 계산에 가장 적합한)은 보다 효율적인 해석 솔버 융합을 통해 실제 엔지니어링 문제를 해결하는데 사용하는 최상의 방법론이다. 또한, 그 수학적 접근법들은 서로 조합할 때 잘 조화를 이루지 못하기 때문에, 소프트웨어 제공업체는 이때 사용할 수 있는 엔지니어링 시뮬레이션 도구를 개발하기 위해 멀티피직스라는 난제를 해결하는 데 힘쓰고 있다.

그림 2. MSC의 멀티피직스 코시뮬레이션 기술