CATIA ELFINI FEA Rug 응력 Fine Mesh 해석

 

 

 

Rug는 구조들을 체결하기 위한 기계요소로 많이 사용된다. 문짝 여닫이에 사용되는 경첩도 유사한 구조 사례이다. 한편 아래 그림에서처럼 소형 항공기 날개 구조와 동체의 박스빔 구조와 연결하는데 사용되기도 한다.

이와같이 항공기 구조에서 가혹한 하중이 전달되는 구조요소이기 때문에 부분적으로 로컬하게 응력의 집중이 일어날 수 있어 변형 에너지 밀도가 높아지므로 세밀한 Mesh 체계를 사용한 FEA 분석이 이루어져야 할 필요가 있다. 특히 항공기 구조 해석팀인 stress 분과에 근무하는 엔지니어라면 이러한 rug 구조해석은 너무나 흔해 빠진 실사례임을 잘 알 수 있을 것이다.

 

Par Design의 zx 평면에서 Sketcher를 사용하여 간단한 형상의 솔리드 rug를 생성하자. Part Design 모듈에서 File>New 를 선택하여 Tree 생성 후 Part1에 커서를 위치시키고 나타나는 메뉴에서 properties를 클릭하여 나타나는 데이터 입력 창 박스의 Product 탭을 클릭하여 Part1 대신 파일명을 finement 로 입력 설정 후 저장한다.

 

zx 평면에서 Sketcher로 들어가 다음과 같은 형상의 rug 단면을 작도하자.

 

 

Sketcher에서 빠져 나와 Pad 아이콘 명령을 상ㅇ하여 두께를 1 unch 로 설정하여 솔리드를 생성하여 저장하자.

 

 

rug 구조의 물성을 항공기에서 흔히 사용하는 두랄루민 즉 알루미늄으로 부여하자.

탭에서 Metal을 선택하면 나타나는 알루미늄 아이콘을 클릭하여 Tree의 PartBody에 Drag & Drop 하자.

 

Tree에서 aluminum을 클릭하면 다음의 데이터를 볼 수 있다.

 

시작 탭에서 분석 및 시뮬레이션의 Generative Structual Analysis 를 선택하여 FEA 작업을 실시한다.

 

Mesh Size and Sag in Static Analysis

 

초록색 직사면채 아이콘을 클릭하여 데이터 입력 창에 다음과 같이 Mesh 와 Sag Size를 Default로 입력하자.

 

Nodes and Elements 에 커서를 위치 시킨 후 Mesh Visualizaton을 클릭하여 Mesh를 생성하자. 아래 그림에서처럼 거친 Mesh 가 생성되어 원공 주변의 급격한 응력변화를 포팍하기는 어려우리라 예상되므로 로컬하게 좀 더 세밀한 fine Mesh를 생성해 보자.

 

Mesh Specification 아이콘 모음에서 Local Mesh 아이콘을 선택하자. 보이지 않으면 아래와 같이 tools에서 customize를 클릭하여 Model Manager를 선택 후 Add commands를 클릭하여 오른쪽의 아이콘 모음을 찾아내자.

 

 

Tree에서 정상적인 Mesh.1이 실행된 상태에서 Local Mesh Size를 찾아 클릭하자.

 

Local Mesh Size 데이터 입력 창에서 rug의 원공 면을 Support로 선택 후 Value를 0.2in 로 입력 후 OK 버튼을 누른다.

 

Tree의 Nodes and Elements에서 Mesh Visualization을 실행하면 다음과 같이 fine Mesh 실행 결과가 얻어진다. Local Mesh Size 데이터 입력 작업을 되풀이하여 Value를 0.1in 로 입력 후 OK 버튼을 누루고 Mesh Visualization 한 결과 포함 다음의 2종류의 Mesh 사례를 관찰할 수 있다. 2번째 경우 원 공 주위 Mesh가 무척 촘촘해졌음을 알 수 있다.

 

fine Mesh 연습이 충분하므로 Tree에서 이들을 선택하여 Delete 명령을 실행한 후 다시 Nodes and Elements에서 원래의 거친 Mesh로 Mesh Visualization을 실행하자.

Links.1에서 Show 모드로 바꾼 후 왼쪽 평면에 변위 Restraints를 부과하자.

 

Bearing Load 형태의 하중을 부과하자. 원 공에 축에 설치된 베어링을 설치하고 –x 방향으로 힘을 가하면 베어링과 원 공의 자연스러운 접촉에 따라 정현파 곡선형 분포하중이 가해진다.

 

Compute를 실행 후 Deformation 과 Displacement 처리하면 최대 변위가 0.00029 inch임을 알 수 있다.

 

von Mises 처리 후 최대 응력은 1730 psi 가 된다. 변위는 2000년 초 출간된 Tutorial과 동일하지만 von Mises 응력 값은 Tutorial의 3040 psi 와 상당히 차이가 난다

.

이번 Tutorial 의 목표가 Adaptive 기능을 학습함에 있으므로 응력 값의 차이가 있어도 그냥 인정하고 넘어가도록 한다. 결국 이 문제는 NASTRAN 이라던가 또는 ANSYS 와 같은 타 FEA 초프트웨어와의 벤치마킹을 통해서 다수결에 입각하여 입증하는 것이 좋을 것이다.

 

이번 블로그의 목표는 동일한 솔리드 모델에 대해 Fine Mesh 기법을 바탕으로 하는 Adaptive Refiment 기법 사례까지 보여주는 것이었으나 von Mises 응력 계산에서 Tutorial 과 큰 차질이 있어 이 예제는 별도로 작성 예정이다.