Simerics for SOLIDWORKS CFD의 기능과 활용

솔리드웍스에 플러그인(Plug-In)으로 사용할 수 있는 CFD 소프트웨어로 시메릭스(Simerics)에서 개발된 SimericsMP 소프트웨어가 탑재되었다. 이 글에서는 플러그인 소프트웨어에 대한 일반적인 소개와 함께 솔리드웍스를 사용하고 있는 설계자가 활용할 수 있는 SimericsMP에 대해 살펴본다.

■ 자료 제공 : 경원테크, 031-706-2886, www.kw-tech.co.kr

초등학교에 입학하면서 누구나 연필을 사용했을 것이다. 지우개 달린 연필을 그때는 물론 지금도 당연하게 생각하고 있고, 지우개를 자주 잃어버렸던 한 화가에 의해 특허로 등록되었다는 사실은 학생시절에 한번쯤 들어봤을 것이다. 정확하게는 1858년 하이멘 립맨이 발명특허를 취득했다.
문제는, 편리하게 만들어지기는 했지만 실제로 글씨를 지우는 지우개의 기능은 그리 신통치 않았다는 점이다. 지워진 글씨가 종이 위에 검은자국을 만들기도 하고 지우개 가루가 예쁘게 뭉쳐지도 않았으며, 심지어는 종이가 찢어지는 일도 발생했기 때문이다. 그래서 필통 속에는 따로 큼직한 지우개가 들어있었고, 조금 더 잘 지워지는 지우개를 갖고 싶은 마음은 초등학교를 졸업하는 날까지 새로운 지우개를 구입하게 만들었다. 아마 볼펜과 더불어 끝까지 사용해본 적이 별로 없는 문구용품이 아닐까 싶다.

1. 플러그인 소프트웨어
'서로 다른 두 가지의 기능을 하나의 제품으로 합치면 보다 편리할 수 있다'는 생각은 소프트웨어 역시 마찬가지다. 제품을 설계하는 엔지니어에게 CAD 소프트웨어는 연필과 마찬가지일 것이다. 그리고 설계된 제품을 별도의 해석 소프트웨어를 이용하지 않고 동일한 CAD 소프트웨어 상에서 해석하려는 시도는 마치 지우개 달린 연필을 필요로 했던 생각과 같았을 것이다.
그렇게 구조, 유체를 해석하는 소프트웨어는 CAD 소프트웨어를 위한 플러그인(Plug-In) 형태로 개발되어 설계 엔지니어에게 많은 편의성을 제공하였다. 따라서 현재 대부분의 CAD 소프트웨어는 이러한 해석 소프트웨어들을 사용할 수 있는 선택 옵션을 다양하게 제공하고 있다.

2. 플러그인 소프트웨어의 요구사항
문제는 이렇게 플러그인 형태로 개발된 소프트웨어의 성능이 설계 엔지니어에게는 연필 끝에 달린 작은 지우개가 주었던 실망감으로 다가오지는 않았는지 한 번쯤 생각해볼 필요가 있다. 실망감을 안겨 준 원인이 무엇이었는지 생각해보면, 경제적인 측면과 기술적인 측면을 살펴볼 수 있다.
시장에서 여러 CAD 소프트웨어가 치열한 가격경쟁을 거쳐 비교적 저렴한 가격에 공급되고 있다. 대량생산이 가져다주는 원가하락으로 생각할 수도 있다. 이에 비해서 구조, 유동해석을 할 수 있는 CAE 소프트웨어는 아직까지도 CAD 소프트웨어와 비교하면 상대적으로 높은 가격대를 형성하고 있는 것을 알 수 있다. 시장 규모는 CAD 업계가 비교할 수 없을 정도로 크지만 말이다. 따라서 플러그인 소프트웨어가 가지는 가격적인 제한은 연필보다 끝에 달린 지우개가 비쌀 수 없는 문제로도 볼 수 있을 것이다. 그리고 CAD와 CAE 소프트웨어 업체가 계열사가 아닌 이상 이러한 가격 문제는 높은 성능의 해석 프로그램이 플러그인 소프트웨어로 공급되지 못한 일차적인 이유가 되었을 것으로 생각된다. 이러한 배경이 최근 들어 CAD 개발사가 CAE 소프트웨어 회사를 인수합병하는 이유가 아닐까 싶다.
다음으로 기술적인 문제에 대해 생각해보자. CAE 소프트웨어에서 다루는 구조, 유동해석 등의 문제는 해석이 일반화된 지금까지도 상당히 전문적인 작업으로 인식되고 있다. 이것은 단순히 해당 분야의 이론 지식이나 해석 경험의 문제는 아니다. 결과를 검토하는 작업은 오히려 현장 경험이 풍부한 설계자나 실험 업무를 담당하는 엔지니어가 나은 분석을 할 수 있다. 해석 소프트웨어를 플러그인 소프트웨어로 개발하여 CAD 프로그램에서 제공하는 것도 이러한 이유 때문일 것이다.

3. CAE 소프트웨어의 진입장벽
설계자가 해석 소프트웨어를 사용할 때 제일 먼저 느끼게 되는 심리적 진입장벽은 대부분의 해석 소프트웨어가 격자 생성(Mesh Generation)에서부터 시작한다는 점이라고 생각된다. 특히 유동해석의 경우에는 구조해석과 다르게 CAD 상에서 빈 공간으로 볼 수 있는 유동공간을 추출하는 작업에서 시작하지만, 이 부분은 CAD 숙련도가 높은 설계자가 훨씬 잘 하는 부분으로 볼 수 있어 이러한 작업은 심리적 진입장벽이라기 보다는 조금 시간을 소요하는 작업이라고 생각하자.
비행기와 같은 외부유동을 해석하기 위해서는 비행기 구조보다 훨씬 큰 외부영역을 계산공간으로 설정해야 한다. 따라서 유동해석의 경우에는 구조해석에 비해 해석 시간이 상당히 긴 경우가 대부분이다. 특히 설계를 하는 과정에서 특히 초기 개념설계를 할 때 종종 설계자는 정확한 해석결과보다는 경향성을 빠른시간 안에 확인하는게 더욱 중요할 수도 있다. 따라서 수치해석을 수행하는 솔버의 계산시간이 설계자에게는 무엇보다도 중요해진다.
이를 위해 플러그인에 적용되는 솔버는 범용 CFD 소프트웨어가 사용하고 있는 FVM(Finite Volume Method : 유한체적법) 방식보다 신뢰성은 조금 낮지만 계산시간이 빠른 FEM(Finite Element Method : 유한요소법) 방식을 적용하는 경우가 많다. 이러한 이유에서 플러그인 소프트웨어에 FVM 솔버가 들어갔다는 의미는 계산속도가 빠르지 않고는 힘들다는 의미로도 받아들일 수 있다.

▲ 메시의 종류