[포커스] 앤시스, 구조해석의 경계를 넓히는 포트폴리오와 사례 소개

앤시스코리아는 지난 7월 15일 ‘앤시스 스트럭처 온라인 테크 데이(Ansys Structures Online Tech Day)’ 행사를 진행했다. 이번 행사에서는 전통적인 구조해석에서 나아가 제품 개발 프로세스를 바탕부터 향상시킬 수 있는 앤시스의 기술 확장 내용과 다양한 해석 사례가 소개되었다. ■ 정수진 편집장

앤시스코리아의 문석환 대표는 “시뮬레이션 분야에 집중하는 포트폴리오 강화를 꾸준히 추진하고 있다”면서, 세 가지의 확장전략을 소개했다. ▲제품의 설계 과정뿐 아니라 아이디어부터 유지보수 단계까지 모든 제조 과정에 시뮬레이션을 적용하는 횡적 확장 ▲시장의 메가트렌드와 복잡한 기술 환경 및 시장 상황에 대응할 수 있도록 솔루션과 서비스를 결합하는 종적 확장 ▲그리고 제조산업뿐 아니라 소비재, 의료, 헬스, 리서치 등 다양한 시장의 확장이 중심축이다.

이번 ‘앤시스 스트럭처 온라인 테크 데이’에서는 전통적인 구조해석 솔루션 대신 셜록, 그란타, 디스커버리 등 이런 앤시스의 확장 전략을 나타내는 소프트웨어들이 비중 있게 소개되었다. 또한, 2019년 9월 앤시스가 인수한 LS-DYNA에 대한 소개와 함께 구조해석 분야의 다양한 고객사례도 발표되었다.

ECAD-MCAD 연계로 전자설계의 구조 신뢰성 해석

셜록(Ansys Sherlock)은 ECAD(전자 캐드) 데이터를 MCAD(기구 캐드) 데이터로 변환하는 전/후처리 도구와 열/구조/진동 등 전자장비의 물리현상에 대한 신뢰성을 분석하는 RPA(Reliability Physics Analysis) 도구를 제공한다. 2019년 앤시스가 인수한 DfR 솔루션즈의 제품이던 셜록은 PCB(회로기판)의 레이아웃 데이터를 빠르게 MCAD로 변환할 수 있는 것이 특징이다.

셜록의 전처리 과정에서는 물성 데이터가 자동 입력되고, MCAD나 FEA 툴로 데이터를 내보내 메시와 경계조건을 줄 수 있다. 후처리에서는 온도/응력/변형률 등의 신뢰성을 예측할 수 있다. 또한, 구조해석을 위한 앤시스 메커니컬(Ansys Mechanical)이나 냉각 시뮬레이션 툴인 아이스팩(Ansys Icepak)으로 데이터를 내보내 다양한 해석을 추가로 진행할 수도 있다. 해석한 FEA 결과는 다시 셜록으로 임포트해서 변위나 응력해석 데이터를 기반으로 셜록에서 신뢰성을 예측할 수 있다.

▲ 앤시스 셜록은 전자장비의 물리적 신뢰성을 빠르게 분석할 수 있다.

정확한 해석을 위한 재료 데이터 관리

앤시스는 2019년 재료 정보 관리 솔루션 업체인 그란타 디자인을 인수하고, 재료 관리 제품군을 자사 포트폴리오에 추가했다. 그란타의 가장 큰 특징은 메탈, 폴리머, 복합재 등 700여 가지의 재료 데이터를 보유한 데이터 라이브러리이다. 이 라이브러리에는 CAE를 위한 재료의 물성치 데이터 외에도 프로세스나 장비 등의 시험을 위한 텍스트, 웹 링크, 파일 등 다양한 데이터가 포함되어 있다.

앤시스 그란타(Ansys Granta)는 네 가지의 제품군을 제공하는데, 크게는 그란타의 자체 데이터베이스를 사용하는 제품과 기업의 인하우스(in-house) 재료 데이터를 관리할 수 있는 제품으로 구분된다.

그란타 MDS(Materials Data for Simulation)는 앤시스 메커니컬이나 일렉트로닉스 데스크톱에 임베드되어, 그란타의 재료 데이터를 구조해석 및 전자기/회로해석에 사용할 수 있다. 그란타 셀렉터(GRANTA Selector)는 특정한 상황에서 선택할 수 있는 데이터 목록과 재료 특성을 보여주고 비교할 수 있게 함으로써, 재료를 선택하는데 도움을 준다.

그란타 MI 엔터프라이즈(GRANTA MI Enterprise)는 사내에서 재료와 관련된 업무를 하는 다양한 사람들이 효율적으로 재료 데이터를 생성하고 사용할 수 있도록 관리하는데 초점을 두었다. 데이터 관리 체계를 사용자가 정의할 수 있고 버전 관리나 사용자별 접근 권한 제어 등도 가능하다. 앤시스는 2020 R1 버전에서 그란타 MI 프로(GRANTA MI Pro)를 새롭게 추가했다. 그란타 MI 프로는 CAD 및 CAE 사용자에게 초점을 맞추고, CAD/CAE 애플리케이션에서 직접 그란타 재료 데이터를 사용할 수 있도록 한다. 그란타 MI 엔터프라이즈에서 데이터 구조 변경과 접근 제어 등의 기능을 제거한 버전이다.

▲ 앤시스 2020 R1에서 추가된 그란타 MI 프로

실시간 구조/유동 시뮬레이션의 저변 확대

앤시스 디스커버리(Ansys Discovery)는 지난 2018년 ‘설계자를 위한 시뮬레이션’을 내건 디스커버리 라이브(Ansys Discovery Live)를 발표한 후 AIM과 스페이스클레임(SpaceClaim)을 포함한 포트폴리오로 발전했다. 설계 탐색을 위한 실시간 시뮬레이션(디스커버리 라이브), 설계 검증을 위해 정확도가 높은 시뮬레이션(디스커버리 AIM), 빠른 전처리와 CAD 데이터 클린업을 위한 다이렉트 모델링(디스커버리 스페이스클레임) 등의 기능을 제공한다.

제품 개발 사이클이 짧아지고 복잡성이 늘면서, 짧은 시간에 많은 설계 아이디어를 탐색하고 구체화하는데 시뮬레이션이 유용하게 쓰이고 있다. 하지만, 소수의 해석 엔지니어가 아닌 많은 설계 엔지니어가 해석이 복잡하 어렵기 때문에, 또 CAD에 임베디드된 해석 툴의 기능이 부족하기 때문에 해석을 많이 활용하지 못하고 있다. 디스커버리는 이런 점을 파고들어 설계 프로세스의 모든 단계에서, 모든 구성원이 모든 피직스 해석을 할 수 있도록 하는데 주력하고 있다.

앤시스 디스커버리의 최신 버전인 2020 R2에서는 디스커버리 라이브/AIM/스페이스클레임의 사용자 인터페이스(UI)를 통합하고, 여러 제품으로 나누어져 있던 라이선스를 디스커버리와 스페이스클레임으로 간소화했다. 디스커버리 라이선스만으로 지오메트리 모델링과 GPU 솔버 기반의 실시간 구조/유동 해석을 할 수 있게 했다. 또한, 그란타 머터리얼 인터페이스가 추가되어, 그란타의 물성치 데이터베이스를 디스커버리에서 활용할 수 있게 되었다.

▲ 앤시스 디스커버리는 실시간 시뮬레이션을 쉽고 빠르게 할 수 있다.

강화된 비선형 멀티피직스 해석 역량 제공

앤시스는 2019년 명시적 동역학(explicit dynamics) 및 고급 유한요소해석(FEA) 기술을 갖춘 LS-DYNA의 개발사 LSTC를 인수했다. LS-DYNA는 전/후처리기, 충돌해석을 위한 더미(dummy)와 배리어(barrier), 최적화 소프트웨어 등을 포함하고 있으며 자동차, 항공, 제조, 소비재, 구조, 전자, 방위 등 다양한 산업에서 쓰이고 있다.

LS-DYNA는 ‘원 코드’ 전략을 내세우고 있다. 대변형이 발생하고 복잡한 비선형 소재 특성이나 접촉조건을 갖는 동적 거동 물리현상의 해석을 중심으로 익스플리시트/임플리시트 해석, CFD 및 유체-구조 연성해석, 연성 구조 해석 등 멀티피직스 해석이 가능하다. 모든 솔버와 메소드를 기본으로 포함하고 있는 것도 특징이다. LS-DYNA는 키워드를 기반으로 모델링을 하는 것이 기본 구조인데, 키워드를 배워야 하는 어려움을 덜 수 있도록 모든 키워드를 지원하는 전/후처리기를 온라인으로 무료 배포하고 있다.

에어백/시트벨트/센서 등에 특화된 익스플리시트 해석뿐 아니라 임플리시트 해석, 임플리시트-익스플리시트 교차 해석이 가능하고, 소음진동이나 피로해석, 열해석, 성형해석도 지원해 비선형 다중물리해석을 할 수 있다. 여기에 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics), DEM(Discrete Element Method), ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) 등 메시리스(meshless) 해석이나 캐드 데이터 기반으로 경계조건을 주고 해석을 하는 아이소지오메트릭 해석(IGA) 등 다양한 해석 기술을 지원한다.

또한, 다중모델 통합 최적화를 위한 LS-OPT와 위상/형상 최적화를 위한 LS-TaSC 등 최적화 소프트웨어를 제공하며, 고성능의 MPP(Massively Parallel Processing) 클러스터링도 지원한다.

▲ 앤시스 LS-DYNA는 비선형 중심의 멀티피직스 해석을 제공한다.