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 | http://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.