Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Your Dreams, in nodeDATA
2
AGENDA
1. 유한요소 해석 기초
2. 실무 적용사례 Design Optimization Analysis
Glass 처짐량 최적화 해석
Bolt Connector
Motion Simulation
3. 성공사례
4. Summary
Your Dreams, in nodeDATA
4
설계에서 고려해야 할 문제들
제품은 재료의 변형 및 파손을 유발하는 단순 하중부터 진동, 피로 좌굴, 열 등의 다양한 외부 하중에 노출 될 수 있다
항복 영구 변형
파손
진동 외부충격
흔들림
피로
지속 가능성
좌굴
갑작스런
변형
열 열변형, 온도
Your Dreams, in nodeDATA
5
유한요소 해석이란?
구조물을 단순한 모양의 작은 조각들로 나누어 복잡한 하나의 문제를 동시에 해결 할 여러 개의 단순한 문제로 수식화 하여 문제를 해결하는 방법
평형 방정식 구성
[K]{u}={f}
변위 계산 (역 행렬) {u}=[K]-1{f}
변형률 계산 (B : 형상) {ε}=[B]{u}
응력 계산 (C : 물성) {б}=[C]{ε}
Your Dreams, in nodeDATA
6
유한요소의 선정 기준
Solid와 Shell 요소는 각 절점 사이에 절점을 추가 할 수 있다
구조물의 형상에 적합한 요소를 선정하는 것이 중요하다
Thin Walled Structures
Structural Members
Solid Element
Shell Element
Beam Element
Large Chunky Structures
Mixed Mesh
Solid Element Shell Element Beam Element
Your Dreams, in nodeDATA
7
유한요소의 수렴성
분할된 요소의 형태가 실제 형상과 유사한지 확인 한다
요소가 조밀할 수록 신뢰성은 높아지지만 많은 시간이 소요된다
Coarse Mesh 2,002 nodes
Moderate Mesh 29,677 nodes
Fine Mesh 170,552 nodes
Your Dreams, in nodeDATA
8
Moderate Mesh Coarse Mesh Fine Mesh
유한요소의 수렴성
분할된 요소의 형태가 실제 형상과 유사한지 확인 한다
요소가 조밀할 수록 신뢰성은 높아지지만 많은 시간이 소요된다
Study Max Stress(Mpa) Displacement(mm) Solving Times(s)
Coarse Mesh 6.845 0.147 0.5
Moderate Mesh 7.932 0.149 2
Fine Mesh 8.393 0.149 13
Your Dreams, in nodeDATA
9
유한요소의 수렴성
모든 부분이 동일한 정확성을 요구하는 것은 아니다
필요한 부분에 신뢰성을 높일 수 있도록 요소를 적절히 분배하는 것이 중요 하다
Times
Number of DOF
신뢰성
시간
최적조건
Your Dreams, in nodeDATA
11
Design Optimization Analysis
최적화 해석이란?
최적화된 설계란 문제에 대한 응답을 정의된 구속 조건 범위 안에서 변수를 변경하여 목표 값을 최대화 하거나 최소화 하는 것
최적화 해석 구성 요소
설계 조건
설계 변수
목표
Your Dreams, in nodeDATA
14
설계 조건
최대 응력은 50Mpa 보다 작아야 한다
최대 변위는 0.5mm 보다 작아야 한다
1차 고유 진동수는 300 Hz 보다 커야 한다
설계 변수
변수 1 : 1.5 ~ 3.5mm(A)
변수 2 : 1.25 ~ 6.5mm(B)
변수 3 : 2.5 ~ 9.5mm(C)
변수 4 : 2.5 ~ 9.5mm(D)
목표
원가 절감
변수3
변수2
변수1 변수4
Design Optimization Analysis
Static Analysis
Frequency Analysis
Your Dreams, in nodeDATA
16
Design Optimization Analysis
Static Analysis Result
최적화 해석의 변수
Stress
Displacement
최대 : 23.45(Mpa)
최대 : 0.39mm
Your Dreams, in nodeDATA
17
Design Optimization Analysis
Frequency Analysis Result
최적화 해석의 변수
1차모드 2차모드 3차모드
Your Dreams, in nodeDATA
19
Design Optimization Analysis
모델 치수를 이용하여 변수 설정
변수 : 치수, 하중 및 구속 조건 등의 요구 사항
변수3
변수2
변수1 변수4
Your Dreams, in nodeDATA
20
Design Optimization Analysis
구속 조건 및 Goal
구속 조건 : 무게, 응력, 센서, 변위, 고유 진동수, 온도 등의 해석 결과에서 부터 물성치와 치수에 이르기 까지 다양하게 선택 가능
구속조건 Goal
Your Dreams, in nodeDATA
21
Design Optimization Analysis
변수, 구속 조건 및 Goal 설정
치수의 최소 값과 최대 값의 범위를 지정
시뮬레이션 Data를 이용한 구속조건 이용
Goal은 무게의 최소화 비용의 최소화
Your Dreams, in nodeDATA
22
Design Optimization Analysis
Design Results
변수 값과 구속 조건을 이용하여 25개의 시나리오 작성
각 조건에 만족하는 최적의 형상 확인
* 변수 변수 1 – 1.25mm 변수 2 – 6.0 mm 변수 3 – 2.5 mm 변수 4 – 2.5 mm
* 구속조건 Stress – 28.06 N/m^2 Displacement – 0.49 mm Frequency – 303.06 Hz
* Goal Mass : 7.78Kg
Your Dreams, in nodeDATA
23
Design Optimization Analysis
Design results
기존 대비 약 29% 무게 감소
Mass : 10.9Kg Mass : 7.8Kg
6.35 3.175
6.35
6.35
1.25 1.587
3.175
1.25
Before Optimization After Optimization
단위 : mm
Your Dreams, in nodeDATA
25
Glass 처짐량 최적화 해석
Vacuum Pad 위치에 따른 Glass 처짐량 최적화
VAS 장비 Glass 2장을 진공상태에서 합착하는 장비
Glass 처짐의 3가지 발생원인 Lifter Bar 형상에 대한 Glass 처짐
Vacuum Pad 위치에 따른 처짐
Vacuum Pad에 의한 합착 기류에 의한 Glass 처짐
Your Dreams, in nodeDATA
26
Glass 처짐량 최적화 해석
처짐량 해석 – Vacuum Pad 위치
고정블록
Vacuum pad
Glass Plate LIFT
대칭 구속 조건을 이용하여 모델의 1/4 만 해석
1/4 대칭 모델 작성 해석 모델
구속(16Point)
중력방향
Your Dreams, in nodeDATA
27
Glass 처짐량 최적화 해석
Mesh 모델
- SHELL 요소 사용 - 고품질 요소 사용 - 총 요소 수 : 6,246
제조사 삼성코닝
탄성 계수 7.36e+10 N/m²
포아송비 0.1
질량 밀도 2380 kg/m³
두 께 0.6t
Glass 물성치
Your Dreams, in nodeDATA
29
Glass 처짐량 최적화 해석
Optimization Analysis
Vacuum Pad 위치 변수 설정
*변수 : Vacuum Pad의 위치 치수를 변수로 적용
변수3 변수2
변수1
변수4
Your Dreams, in nodeDATA
30
Optimization Analysis
구속 조건 및 Goal
구속 조건 : 없음
Goal : 최소 변위
Goal
* 변수 변수 1 : 50 ~ 100 mm 변수 2 : 50 ~ 100 mm 변수 3 : 350 ~ 450mm 변수 4 : 350 ~ 450 mm
* Goal 변위 - 최소값
Your Dreams, in nodeDATA
31
Optimization Analysis
Optimized Design Results
변수값과 구속조건을 이용하여 25개의 시나리오 작성
각 조건에 만족하는 최적의 설계를 찾음
* 변수 변수 1 : 99.69mm 변수 2 : 98.44 mm 변수 3 : 447.05 mm 변수 4 : 381.10 mm
* Goal Displacement : 2.058mm
Your Dreams, in nodeDATA
33
Glass 처짐량 최적화 해석
Results
Displacement : 3.894mm Displacemen : 2.058mm
Before Optimization After Optimization
기존 대비 약 1.9mm 처짐 감소
Your Dreams, in nodeDATA
35
Bolt Connector
자동으로 Toolbox 부품을 Bolt Connector로 변환
볼트의 크기, 유형, 재질 및 예비 하중을 자동으로 변환
재질 / 크기 / 유형 / 예비하중 등
Your Dreams, in nodeDATA
41
성공사례
Alliance Space Systems
우주선 및 과학 기계 설비 제조 업체
화성 탐사 로봇(MER) 프로젝트 ‘Spirit 호’와 ‘Opportunity 호’의 로봇 팔을 개발
- ASI는 통합형 SolidWorks Simulation 을 사용하여 파트와 어셈블리 설계를 테스트 및 최적화 하였습니다.
- ASI는 무게의 경우 1 그램 단위까지, 공간은 1 밀리미터 크기까지 검토하였습니다.
- 우리는 응력과 열해석에서 SolidWorks Simulation을 사용하여 설계를 최적화 할 수 있었습니다.
-로봇 팔의 무게를 20% 감소
Your Dreams, in nodeDATA
42
성공사례
Kadant Johnson
로터리형 조인트, 사이폰과 난방 설비 제조 업체
고속 제지기 건조 장치의 로터리형 조인트와 사이폰 어셈블리의 최적화 설계
- SolidWorks Simulation을 사용하여 각 구성 부품을 최적화하고 짧은 시간 동안 더 많은 개념을 테스트하면서도 설계 반복 작업은 더 적게 할 수 있었습니다.
- 기존의 개발 기간보다 훨씬 짧은 기간에 더 강력하고 더 내구성이 있으며 더 가벼운 어셈블리를 만들어내었습니다.
- 각각의 세 가지 프로젝트에서 무게를 40%~50% 감소
Your Dreams, in nodeDATA
44
Summary
• import, export로 인한 데이터 손실 없음
• SolidWorks와 동일한 환경에서 구동
SolidWorks와의 완벽한 호환
• 다양한 material 라이브러리 지원
• drag 기능을 이용하여 간단히 조건 부여
라이브러리 기능 제공
• 한글 메뉴 및 한글 도움말, Tutorial 지원
• Auto mesh 지원
사용이 쉬운 구조
Your Dreams, in nodeDATA
45
Premium Dynamics Non linear Composites
Professional Thermal Fatigue
Buckling
Drop Test
Frequency
Optimize
Pressure Vessel
Motion Pro
Motion Static SolidWorks
Premium
Simulation Product Matrix
구조 해석부터 열, 유체, 동역학, 사출 성형 해석 까지!!
Flow Electronics HVAC Flow
Simulation
Plastics Premium
Professional
다중 캐비티 러너 밸런싱 냉각 시간
섬유 해석& 복굴절
코인젝션 인서트 오버몰딩
쉘 &솔리드 메싱
웰드라인
충전
에어트랩 다중 게이트
미성형