알테어가 차세대 무인항공기(UAV) 개발을 위한 스타트업 지원을 확대한다고 밝혔다. 또한, 영국의 항공우주 스타트업 머리디언 플라이트 시스템즈가 알테어 항공우주 스타트업 액셀러레이션 프로그램에 새롭게 참여한다고 덧붙였다.   머리디언은 알테어의 시뮬레이션, 데이터 분석 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 기술을 활용해 UAV 개발을 추진한다. 특히 공력, 구조적 안정성, 항공 탄성, 열 시스템 등 핵심 요소를 정밀 분석하고 최적화하는 데 주력할 예정이다. 알테어는 자사 항공우주 전문가를 통해 머리디언의 개발 프로젝트에 맞춤형 기술 지원을 제공한다. 양사는 연구 논문 공동 저술과 콘퍼런스 발표를 통해 개발 성과를 업계와 공유하며 항공우주 산업 발전에 기여할 계획이다.     머리디언의 사이프-딘 아칸니 최고경영자 겸 최고기술책임자는 “알테어의 소프트웨어 설루션과 기술 전문성이 UAV 설계 최적화와 하이브리드 전력 시스템의 인증 획득 가속화에 중요한 역할을 할 것으로 기대한다”고 밝혔다.   알테어의 피에트로 체르벨레라 항공우주·방위산업 수석 부사장은 “항공우주 산업의 혁신은 스타트업들의 도전에서 시작된다”면서, “알테어의 기술이 UAV를 비롯한 글로벌 항공우주 기술 개발 혁신에 기여하길 바란다”고 말했다.   한편 알테어 항공우주 스타트업 액셀러레이션 프로그램은 전 세계 항공우주 스타트업을 대상으로 운영되며, 국내 스타트업도 참여할 수 있다.

성공적인 유동 해석을 위한 케이던스의 CFD 기술 (18)   터보 기계는 흐르는 유체와 회전하는 요소 사이에서 에너지 전달이 일어나는 기계에 초점을 맞춘 기계공학의 한 분야이다. 이러한 장치는 많은 산업 분야에서 중추적인 역할을 한다.이번 호에서는 메시 작업 이후 유동 흐름 및 물리 모델을 설정하는 과정을 살펴본다.    ■ 자료 제공 : 나인플러스IT, www.vifs.co.kr   흐름 및 물리 모델 설정 메시 프로세스를 완료한 후 흐름 및 물리 모델을 설정하는 것은 정확한 예측을 위한 토대를 마련하는 중요한 작업이다. 이 프로세스에는 미묘한 터보기계 흐름 역학을 포착하는 데 중요한 적절한 층류 또는 난류 모델을 선택하는 것이 포함된다. 또한 재료 특성 지정, 경계 조건의 신중한 구성, 초기 조건 설정이 수반된다. 이러한 세부 사항에 주의를 기울임으로써 시뮬레이션 프레임워크는 복제하고자 하는 실제 물리적 시나리오를 반영할 수 있도록 잘 준비될 것이다.   머티리얼 프로퍼티 정의 재료 속성을 올바르게 지정하면 다양한 작동 조건에서 유체 또는 고체 재료의 물리적 거동을 사실적으로 캡처할 수 있다. 다음에는 지정해야 할 주요 머티리얼 프로퍼티가 나열되어 있다.  밀도 및 점도 : 유체의 경우 이러한 특성은 특히 관성 및 흐름 저항 측면에서 흐름 거동에 영향을 미치므로 정확한 밀도와 점도를 지정하는 것이 중요하다.  열적 특성 : 여기에는 열 전달과 관련된 시뮬레이션에 필수적인 비열 용량과 열전도도가 포함된다.  압축성 : 가스의 경우 밀도와 압력의 변화를 정확하게 모델링하려면 압축성 계수가 필요하다.  탄성 및 가소성(고체 재료의 경우) : FSI와 관련된 시뮬레이션에서는 유체 힘에 대한 구조적 반응을 예측하기 위해 탄성 및 가소성과 같은 기계적 특성이 필요하다. 재료 특성은 온도, 압력 및 기타 환경 요인에 따라 변화하는 경우가 많다. 특히 다양한 작동 조건이 예상되는 시뮬레이션에서는 이러한 변화를 고려하는 것이 필수이다. 재료 특성이 부정확하면 실제 성능과 상당한 편차가 발생하여 설계 프로세스가 잘못될 수 있다.   유동 모델 선택 시뮬레이션의 물리적 특성을 반영하기 위해 재료 특성을 정의했다면, 다음 단계는 적절한 유동 모델링 접근 방식을 선택하고 구현하는 것이다. 터보 기계의 흐름은 본질적으로 불안정(unsteady)하며 3차원의 점성, 불안정 효과의 조합으로 설명할 수 있다. 그러나 터보 머신의 설계는 다열 상호 작용(예 : 전위 효과 및 파동 전파), 난류(예 : 와류 흘림 및 2차 흐름), 설계 외 효과(예 : 회전 실속 및 서지), 외부 왜곡(예 : 돌풍 및 발생 바람), 블레이드 진동(예 : 플러터 및 강제 응답) 같은 현상으로 인한 불안정한 효과를 무시하고 안정된 유동 해석에 기반하는 경우가 많다.  <그림 1>에 제시된 흐름 모델은 불안정성을 올바르게 모델링하는 데 필수이다.    그림 1. 주기성 및 안정성을 기반으로 터보 기계의 불안정성을 포착하는 흐름 모델   Large Eddy Simulation(LES) & Detached Eddy Simulation(DES) : 터보 기계의 불안정한 현상을 포착하는 충실도 높은 모델이다. LES는 큰 난기류 스케일을 해결하고 작은 난기류 스케일을 모델링한다. 반대로 DES는 단단한 벽 근처의 RANS 방법과 벽에서 떨어진 영역의 LES 방법을 혼합하여 더 큰 규모의 난류 소용돌이와 흐름 분리를 포착한다. 두 방법 모두 난류와 불안정한 흐름 역학에 대한 상세한 인사이트를 제공하지만 계산 비용이 높다.  Reynold-Average Navier-Stokes(RANS) : RANS는 터보 기계의 안정적인 흐름 조건을 시뮬레이션하는 데 이상적이다. 이 접근 방식은 시간에 따른 NS 방정식의 평균을 구하여 평균 흐름 거동에 대한 통찰력을 얻는다.  Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(URANS) : URANS는 시간에 따른 효과를 포착하기 위해 RANS 접근 방식을 확장한 것이다. 주기적 및 일시적인 실행 문제를 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있다. 주기적 현상은 시간 평균 주기적 솔루션과 섭동을 포함하며, 과도 실행 문제는 일시적인 시작 및 종료 시나리오와 같은 불안정하고 비주기적인 현상과 관련이 있다.  Frequency Domain Method : 주기적인 불안정 현상을 시뮬레이션하기 위한 계산 방식이다. 시간에 따른 해를 계산하는 대신 진동 주파수를 고려함으로써 불안정성으로 인한 정상 상태 효과를 분석할 수 있다. 이 방법은 특히 블레이드 통과 효과와 같은 주기적 응답을 캡처하는 데 유용하며, 전체 과도 시뮬레이션에 비해 계산 비용을 절감할 수 있다.   난기류 모델링 레이놀즈 응력이라고 하는 NS 방정식의 비선형 항은 일반적으로 다양한 난류 모델을 사용하여 모델링한다. 난류는 속도 및 압력과 같은 유체 속성이 평균값 주변에서 무작위로 예측할 수 없는 변화를 보이는 것이 특징이다. 일반적으로 레이놀즈 수가 400에서 2000 사이의 임계값을 초과할 때 나타난다. 특히 산업용 애플리케이션의 95%에서 임계 레이놀즈 수가 이 임계값을 초과한다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공 사례   앤시스 플루언트(Ansys Fluent)의 iFSI 기능은 구조 연성 해석에서 매우 유용한 기능이다. 이번 호에서는 Thermo-elasticity Model을 적용한 바이메탈 열변형 해석 사례를 통해, 플루언트 iFSI 기능의 장단점을 살펴보고자 한다.    ■ 정세훈 태성에스엔이 FBU-F5팀의 수석 매니저로 유동 해석 기술 지원 및 교육, 용역 업무를 담당하고 있다. 홈페이지 | www.tsne.co.kr   앤시스에서 제공하는 FSI(Fluid-Structure Interaction : 유동-구조 연성 해석) 해석 방법은 크게 ‘extrinsic FSI’와 ‘intrinsic FSI’로 나뉜다. Extrinsic FSI는 CFD 및 메커니컬 솔버의 결과(유체-구조 상호작용 경계면에서의 압력, 열 및 변위)를 시스템 커플링 또는 External Data와 같은 별도의 프로그램을 통해 특정 반복(iteration)/시간(time)마다 주고받는 연성 해석 방법이다. 반면, ‘intrinsic FSI(iFSI)’는 별도의 커플링 프로그램 및 FEA 솔버 없이 앤시스 플루언트 솔버 단독으로 FSI 해석을 수행하는 방법으로, 앤시스 2019R1 버전에서 베타 기능으로 처음 소개되었으며 2020R1 버전에서 정식 기능으로 추가되었다. 2024R2 버전 기준으로, iFSI 해석 시에는 다음과 같은 제한 및 주의 사항이 있다. 다면체(polyhedral) 셀을 지원하지 않음 FSI 솔루션이 초기화 또는 시작된 경우 격자를 교체할 수 없음 유체와 고체 영역은 반드시 양면 벽(즉, wall/wall-shadow)에 의해 분리되어야 함 구조 모델을 활성화하려면 도메인에 적어도 하나의 고체 영역이 있어야 함 다음 동적 메시 옵션은 지원되지 않음 : in-cylinder, six DOF, 접촉 감지(contact detection)  Dynamic Mesh Zones 대화 상자에서 양면 벽(즉, 벽 또는 벽 그림자) 바로 옆의 유체 셀 영역(벽 대화 상자의 Adjacent Cell Zone 필드에 의해 표시됨)에 대해서만 선택 가능 DEFINE_PROFILE과 같은 다른 경계 조건 프로파일 또는 UDF는 사용할 수 없음 shell conduction, mesh adaption, mesh morpher, optimizer, adaptive time stepping 기능은 사용할 수 없음 구조 모델은 앤시스 워크벤치에서 앤시스 플루언트를 실행할 때 사용할 수 없음 선형 탄성(linear elasticity) 구조 모델은 고체 재료의 항복 강도를 초과하지 않는 응력 하중에 적합함   Thermal-elasticity Model thermal-elasticity model은 앤시스 플루언트 솔버에 탑재된 다음과 같은 구성 방정식을 통해 열하중에 의한 구조물의 변형을 예측하는 기능이다.   εt = total strain vector ∆T= T – Tref , Tref = Starting(reference) temperature  {α} = vector of coefficients of thermal expansion  {β} = vector of thermos elastic coefficients = [D]{α}  [D]  = elastic stiffness matrix <그림 1>에서 Energy Equation을 선택하고, <그림 2>와 같이 Structural Model에서 Thermal Effect 항목을 설정하면 해당 기능을 사용할 수 있다.   그림 1. Energy Equation 선택   그림 2. Structural Model 설정   바이메탈 열변형 해석 사례 <그림 3>은 유동장 내부의 바이메탈 변형량을 예측하기 위한 iFSI 해석 사례의 개략도이다.   그림 3. 바이메탈 연성 해석 개략도   이 사례에서 바이메탈 하부 재료(steel1)는 상부 재료(steel2)에 비해 더 높은 열팽창 계수를 가지고 있으며, 각 재료의 물성은 <표 1>과 같다. 유체는 이상기체로 가정했다. 바이메탈이 뜨거운 유체에 의해 가열되어 발생하는 열팽창과 굽힘 차이를 예측하기 위해 Thermal-elasticity Model을 적용한 iFSI 기법으로 해석을 진행했다.   표 1. 바이메탈 물성값     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

제품 개발 혁신을 가속화하는 크레오 파라메트릭 11.0 (8)   지난 호에서 크레오 파라메트릭(Creo Parametric)의 기본 메커니즘 기능을 사용하여 어셈블리 모델에 연결 구속을 정의하고 메커니즘을 구현함으로써, 동작 간섭과 범위 등 모델의 운동학적 특성을 분석해 보았다. 이번 호에서는 크레오 파라메트릭의 메커니즘 다이내믹 옵션(MDO)을 사용하여 어셈블리의 이동 구성 요소에 스프링, 모터, 마찰 및 중력과 같은 동적 특성을 부여하고 힘과 가속도 등 동적 영향을 평가하여 구조 시뮬레이션을 진행하는 방법을 알아보자.   ■ 김성철 디지테크 기술지원팀의 이사로 Creo 전 제품의 기술지원 및 교육을 담당하고 있다. 홈페이지 | www.digiteki.com   메커니즘 다이내믹 옵션을 사용한 동적 시뮬레이션 다음 그림에서 항공기 램 에어 터빈 어셈블리는 사전에 동작 분석을 위한 메커니즘 연결을 정의하고 위치 및 운동학적 분석을 진행하였다.     크레오 파라메트릭에서 어셈블리의 동적 영향을 평가하기 위해 메커니즘 모드로 전환하고, 엑추에이터 모델에 스프링을 추가하여 동적 특성을 정의한다.     대시보드에서 ‘확장’ 스프링 유형을 선택하고 스프링 참조로 실린더 연결이 정의된 두 보디 사이에서 연결점을 선택한다. 대시보드에서 스프링 강성 계수(K)와 스트레치108 · 되지 않은 상태의 길이 값을 설정한다.     옵션에서 그래픽 화면에 표시되는 스프링 아이콘 지름을 정의하고 스프링 생성을 완료한다. 메커니즘에서 생성한 스프링은 모델이 동작하는 동안 그래픽 화면에 동적으로 애니메이션되며 어셈블리 피처로 생성되어 모델 트리와 메커니즘 트리 모두에서 확인하고 편집할 수 있다.     스프링에 추가된 실리더의 동작 축이 한계에 도달할 때 충격력을 시뮬레이션하기 위해, 동작 축에 복원 계수 및 마찰 등 동적 특성을 추가할 수 있다. 복원 계수는 동작의 한계점에 충돌 속도의 손실을 결정하는 계수 값이다. 0의 값은 모든 에너지가 흡수되고, 1의 값은 에너지가 손실되지 않고 완벽한 탄성력의 충돌로 가정한다.     필요할 경우 힘 모터, 토크와 댐퍼 등 동적 힘을 정의하고 중력과 시뮬레이션 초기 조건을 추가할 수 있다.     메커니즘에서 동적 속성 정의가 완료되면 메커니즘 분석을 생성하고 실행한다.     다음 그림의 메커니즘 모델은 별도의 힘을 적용하지 않고 스프링의 강성에 의한 동적 분석을 진행한다. 동적 분석은 힘에 대한 강체의 운동 관계와 강체의 평형 관계를 시뮬레이션하여 강체에 작용하는 힘, 강체의 질량과 강체의 운동에 대한 다양한 결과를 분석할 수 있다.       ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례   ASME BPVC, Section-VIII, Division-2, Part 5는 해석을 통한 설계 요구사항에 대해 설명하고 있다. 이 중에서 5.4 Protection Against Collapse From Buckling은 좌굴 해석에 대해 설명하고 있는데, 2023년판부터 좌굴 해석의 내용을 좀 더 상세하게 설명하고 평가 방법도 변경되었다.  이번 호에서는 2021년판과 2023년판에서 설명하고 있는 선형 좌굴 해석 방법을 알아보고, 예제를 통해 하중계수 및 관련 요소들을 산출하는 방법에 대해 이해하고자 한다.    ■ 정준영 태성에스엔이 MBU-M5팀의 수석매니저로 구조 해석 기술 지원 및 교육, 용역 업무를 담당하고 있다. 홈페이지 | www.tsne.co.kr   ASME(American Society of Mechanical Engineers)는 미국 기계 학회의 약칭으로, 기계에 관한 표준 정립, 보일러 및 압력 용기의 설계, 제작, 검사에 관한 기술 기준을 제시하고 있다. ASME 규격은 1900년대 초까지 많은 보일러 사고에 의해 수 많은 인명 피해가 발생함에 따라, 보일러에 대한 안정성 확보가 필요하다는 관점에서 정립되어 설계에 대한 지침을 제공하고 있다. 그 중에서 Section-VIII-2, 5.4 항에 설명된 좌굴 해석은 2021년판까지 세 가지 타입으로 구분하여 설명하고 있었으나, 2023년판부터 개정되어 두 가지(A-탄성, B-소성) 방법을 제시하고 있다.    그림 1. ASME BPVC-VIII-2-2023   지금부터 2021년판 타입-1과 2023년판부터 개정된 방법-A에 설명된 선형 좌굴 해석 방법에 대해 소개한다.   ASME-VIII-2, 2021 Edition, 5.4.1.2 구조 안정성 평가에 사용되는 설계 계수(design factor)는 수행된 좌굴 해석 유형에 기반한다. 좌굴 하중이 수치 해석(분기 좌굴 해석 또는 탄소성 붕괴 해석)을 통해 결정될 때, 셸 부재에 적용하기 위한 최소 설계 계수는 다음의 세 가지 유형으로 정의한다.    TYPE-1 : Elastic Stress Analysis without Geometric Nonlinearities in the Solution(Minimum Design Factor, ΦB=2/βcr)  구성 요소의 전하중(prestress)을 결정하기 위해 솔루션에서 기하학적 비선형성 없이 탄성 응력을 이용하여 분기 좌굴 해석을 수행하는 경우 최소 설계 계수 ΦB=2/βcr을 사용해야 하며, 다음 의 βcr 계수에 대한 사용 값을 제시하고 있다.  The Capacity Reduction Factors, βcr   For unstiffened or ring stiffened cylinders and cones under axial compression    For unstiffened and ring stiffened cylinders and cones under external pressure    For spherical shells and spherical, torispherical, elliptical heads under external pressure    앞의 내용에서는 ASME-VIII-2, Table 5.3의 설계 하중 조합 (1)~(9)를 바탕으로 부품의 전하중을 설정한다.(그림 2)    그림 2. Load Case Combination and Allowable Stresses for an Elastic Analysis    <그림 2>에 있는 Table 5.3의 파라미터는 <그림 3>의 ASME-VIII-2 Table 5.2를 참고한다.   TYPE-2 : Elastic-Plastic Analysis with the Effects of Nonlinear Geometry in the Solution(ΦB=1.667/βcr) 부품의 전하중을 결정하기 위해 솔루션에서 비선형 형상의 영향을 받는 탄소성 응력을 사용하여 분기 좌굴 해석을 수행하는 경우, 최소 설계 계수 ΦB=1.667/βcr를 사용하며 <그림 2>의 설계 하중 조합 (1)~(9)를 바탕으로 부품의 전하중을 설정한다.   그림 3. Load Combination Parameters     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

시뮤텐스 소프트웨어를 활용한 복합소재 해석 (5)   아바쿠스(Abaqus)용 추가 기능인 시뮤체인(SimuChain)은 가상 프로세스 체인을 생성하고 구조 시뮬레이션에서 제조 효과를 고려할 수 있도록 해준다. 준정적 하중 조건에서 비선형 재료 모델링을 포함한 불연속 섬유(SMC, LFT, GMT) 및 연속 섬유 강화 복합재에 대한 구조 해석을 지원한다.   ■ 자료 제공 : 씨투이에스코리아, www.c2eskorea.com   시뮤체인의 Abaqus/CAE 애드온을 사용하면 몰드플로우, 시뮤드레이프(SimuDrape), 시뮤필(SimuFill) 등의 공정 시뮬레이션에서 내보낸 데이터의 전처리는 물론 불연속 섬유에 대한 균질화 및 클러스터된 재료 카드와 연속 섬유 강화 복합재를 위한 복합재 레이업 생성이 가능하다. 아바쿠스 파이썬 API를 통해 시뮤체인 백엔드를 호출할 수 있어 자신만의 스크립트 및 모델 자동화를 구현할 수 있다. 메시오 백포트(Meshio Backport)를 통한 데이터 평가와 MpCCI MapLib을 통한 이산화된 데이터 매핑이 포함된다.   시뮤체인의 주요 기능 매핑     시뮤체인은 MpCCI MapLib을 사용하여 메시 간 스칼라, 벡터 및 텐서를 매핑함으로써 복합재 성형 시뮬레이션을 통해 예측된 국부적인 섬유 배향과 같은 제조 효과를 구조 시뮬레이션에 전달될 수 있다.   균질화     압축 및 사출 성형 시뮬레이션을 통해 유동으로 인한 국지적 섬유 배향을 예측할 수 있다. 시뮤체인은 국지적 섬유 방향을 구조 시뮬레이션(FEA) 메시에 매핑 후 효과적인 재료 특성을 균질화 및 클러스터화한다. 이를 위해서는 섬유, 매트릭스 및 복합재의 특성에 대한 정의가 필요하다. 이를 통해 유동으로 인한 불연속 섬유 소재에 대한 열적 및 기계적 특성의 국부 이방성을 고려할 수 있다.    비선형 소재 모델링     복합재 구조물의 가상 설계에는 점탄성, 가소성, 파손 등을 포함한 비선형 소재 모델링이 필요한 경우가 많다. 따라서 필요한 소재 특성화를 포함하여 준정적 하중 조건에서 비선형 소재 모델링을 지원한다.    복합재 레이어     복합재 포밍(forming)은 국부적인 섬유 배향의 변화를 유도함으로 포밍 시뮬레이션인 시뮤드레이프를 통해 레이어별로 적층된 라미네이트의 섬유 방향을 예측할 수 있다. 시뮤체인을 사용하면 국부적 섬유 방향을 구조 시뮬레이션(FEA)의 메시와 복합재 레이업으로 매핑하고, 국부적 이방성을 고려하여 복합재 라미네이트의 기계적 동작을 효율적으로 모델링할 수 있다.   데이터 처리     시뮤체인을 사용하면 사출 성형 CAE 해석 툴(몰드플로우)에서 내보낸 데이터를 중립 파일 형식인 VTK로 변환할 수 있으며, 오픈소스 소프트웨어인 파라뷰(Paraview)에서 시각화하고 파이썬 패키지 메시오(Meshio)를 통해 처리할 수 있다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

성공적인 유동 해석을 위한 케이던스의 CFD 기술 (12)   항공 음향학은 난류 유체 운동 또는 표면과 공기역학적 힘의 상호작용으로 인한 소음 발생을 연구하는 학문이다. 이번 호에서는 항공 음향 시뮬레이션과 관련된 구체적인 과제 및 기법에 대해 살펴본다.   ■ 자료 제공 : 나인플러스IT, www.vifs.co.kr   항공 음향을 예측하는 것은 단순히 소리의 근원을 정확히 찾아내는 것만이 아니라 다양한 시나리오에서 소리의 생성, 전파, 수신 뒤에 숨겨진 복잡한 메커니즘을 이해해야 한다. 간소화된 자동차 설계의 고주파 음향 방출부터 제트 추진 시스템의 저주파 소음 시그니처에 이르기까지, 각각은 엔지니어에게 고유한 과제와 통찰력을 제시한다. 항공 음향 시뮬레이션의 중요성은 설계 및 최적화 고려사항 그 이상으로 확장된다. 환경 규정 준수, 사용자 편의성 보장, 산업별 소음 표준 준수에 필수이다. 항공우주 및 자동차 등의 분야에서 급속한 발전이 이루어지면서 정확한 항공 음향 예측에 대한 중요성이 점점 더 강조되고 있다. 이번 호에서는 기초 지식과 고급 시뮬레이션 방법론을 연결하여 항공 음향학에 대한 자세한 개요를 살펴본다. 기본 원리, 항공 음향 소음원, 모델링 과제, 최신 툴과 기법, 시뮬레이션 설정 가이드라인, 포스트 프로세싱 인사이트, 실제 사례 연구 등을 다루고자 한다.   항공 음향학의 기초 항공 음향학(aeroacoustics)은 유체 역학과 음향학의 교차점에 서 있다. 그 동작을 능숙하게 시뮬레이션하려면 이 분야와 가장 관련 있는 기본 원리를 이해하는 것이 필수이다. 운동 방정식 특정 수학적 프레임워크는 유체 운동에 의해 생성되는 소리의 동작을 지배한다. 그 중심에는 선형화된 나비에-스토크스(Navier-Stokes) 방정식이 있다. 이 방정식의 전체 도출은 여기서 다루지 않지만, 이 방정식은 유체의 교란이 어떻게 음파를 생성하는지에 대한 본질을 파악할 수 있다. 파동 전파 음파는 매질에서 압축과 희박으로 전파된다. 이 전파에는 여러 가지 요인이 영향을 미친다. 매체의 탄성 및 밀도와 같은 속성은 음속과 감쇠에 영향을 줄 수 있다.  또한 온도, 고도, 습도와 같은 환경적 요인은 음파 전파에 다양한 영향을 미쳐 속도와 방향을 변경할 수 있다.  경계면과의 사운드 상호 작용 환경을 시뮬레이션할 때는 음파가 반사, 회절, 흡수를 통해 구조물과 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 것이 중요하다. <그림 1>에서 볼 수 있듯이 반사는 음파가 경계를 만나면 반사되는 것으로, 반사각은 입사각과 같다. 파동이 장애물을 만나면 특히 파장이 장애물 크기에 비해 큰 경우 장애물 주변에서 휘어질 수 있다. 이를 회절이라고 정의한다. 일부 물질은 소리 에너지를 흡수하여 열로 변환하여 소리를 감쇠시킬 수 있는데, 이를 흡음이라고 한다.   그림 1. 방음벽에 의해 반사, 회절 또는 흡수되는 입사음   항공 음향 소음의 발생원 항공 음향 소리의 출처를 파악하는 것은 효과적인 시뮬레이션의 핵심이다. 많은 소스는 소리를 방사하는 방식에 따라 1차 소스(예 : 단극자(monopole), 쌍극자(dipole), 사중극자(quadrupole)) 또는 고차 소스로 분류할 수 있다. 우리가 인지하는 소음은 또한 두 가지 스펙트럼 유형, 즉 톤과 광대역으로 분류할 수 있다. 톤 노이즈는 노이즈 스펙트럼의 특정 주파수에서 뚜렷한 피크가 특징이며, 종종 흐름의 주기적 이벤트 또는 공명과 관련이 있다. 반면 광대역 노이즈는 광범위한 주파수에 걸쳐 발생하며, 톤 노이즈에서 볼 수 있는 뚜렷한 피크가 없는 보다 무작위적이고 난류적인 프로세스에서 발생한다.  항공 음향 노이즈의 주요 소스와 생성되는 소리의 스펙트럼 특성은 다음과 같다.   단극자 소스 단극자 소스(monopole source)는 풍선이 부풀어 오르거나 수축하는 것처럼 모든 방향으로 균일하게 방사된다. 주로 유체의 부피 변화와 관련이 있다. 연소 소음은 단극자 소스의 한 예이다. 연소 소음 : 엔진에서와 같이 급격한 연소 이벤트는 단극자 소스로 방사되는 급격한 볼륨 변화를 일으킬 수 있다.   쌍극자 소스 쌍극자 소스(dipole source)는 유체 흐름과 고체 경계와의 상호 작용에서 발생한다. 쌍극자 소스는 주로 두 개의 반대 방향으로 소리를 내며, 많은 시나리오에서 단극자 소스보다 더 강하다. 쌍극자 소스의 예로는 경계층 및 블레이드 소음과 유동으로 인한 진동이 있다. 경계층 노이즈 : 유체가 표면 위로 흐르면 경계층 난류가 표면에 변동하는 힘을 가하여 쌍극자 노이즈 방사를 유발할 수 있다. 유동 유도 진동 : 공기 탄성 플러터 또는 캐비티 공명과 같은 흐름과 구조물 간의 상호 작용은 쌍극자 소음 방사로 이어질 수 있다. 블레이드 소음 : 회전하는 기계에서 난류 유입과 블레이드 간의 상호 작용으로 인해 쌍극자 소음이 발생할 수 있다.   사중극자 소스 사중극자 소스(quadrupole source)는 난기류-난기류 상호 작용과 관련이 있다. 일반적으로 단극 및 쌍극자 소스보다 약하지만 고속, 난류 혼합 노이즈와 같은 고난류 시나리오에서 중요할 수 있다. 난류 혼합 소음 : 난류가 심한 고속 흐름에서는 서로 다른 난류 구조 간의 상호 작용으로 인해 사중극자 음파가 방사될 수 있다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

#아바쿠스교재 #CAE # 구조해석 #브이이엔지 ㈜브이이엔지 지음 / 33,000원 / 이엔지미디어   구입하러가기 4차 산업혁명 시대 컴퓨터 응용 해석(CAE : Computer Aided Engineering)은 단순한 설계 보조 도구를 넘어 새로운 기술과의 통합을 통해 산업 전반의 혁신을 주도하는 핵심 요소로 자리 잡고 있다.  Abaqus(아바쿠스)는 다쏘시스템의 SIMULIA(시뮬리아) 제품군 중 대표적인 구조해석 소프트웨어로, 사실적인 시뮬레이션을 위한 최고의 통합 해석 솔루션이다.  Abaqus는 자동차, 항공, 국방, 화학, 의료, 가전 등 다양한 제품의 시뮬레이션을 지원하는 유한요소 모델링 및 유한요소해석 소프트웨어로서, 광범위한 산업 부문에서 엔지니어링 상의 문제를 해결할 수 있는 강력한 솔루션을 제공하여, 널리 사용되고 있다. 이번에 새롭게 발간한 이 책은 Abaqus 사용법뿐만 아니라 관련 필수 이론을 단계별로 습득할 수 있는 새로운 교재이다. 이번 교재는 처음부터 한글로 작성되어 개념적으로 이해하기 쉽고, 연습이 쉬운 워크숍 모델을 포함하고 있다. 특히, 실무 현장에서 쉽게 적용할 수 있는 실질적인 분석 방법과 사례를 제공하여 독자들이 Abaqus를 효과적으로 활용할 수 있도록 도와줄 것이다..  이 책은 구조해석 기본 과정으로, 구조 엔지니어링 분야의 공학자가 CAE의 개념을 쉽게 이해하고, 산업 현장에서 해석을 더 잘 활용하기 위하여 작성되었다. 이 책을 읽고 따라하다 보면 범용 해석 솔루션인 Abaqus를 쉽게 시작하고, 어렵고 복잡한 개념을 하나씩 실무에 적용하여 제조 엔지니어링 분야의 경쟁력을 갖추는데 도움을 줄 것이다. 이 책을 집필한 ㈜브이이엔지는 다쏘시스템의 SIMULIA 전문 파트너로서, 2007년부터 다쏘시스템의 다양한 CAE 솔루션을 공급하며 SIMULIA 전문 교육, 기술 지원 및 엔지니어링 컨설팅 서비스를 제공하고 있다. ㈜브이이엔지는 매년 30회 이상의 Abaqus 기본 교육과 고급 교육을 진행하면서 Abaqus 교재 개발에 대해 끊임없이 고민해 왔으며, 다쏘시스템의 교재를 기반으로 번역, 한글화 한 '초급 및 중급 사용자를 위한 Abaqus 입문서(2013)'와  'Abaqus(아바쿠스)를 이용한 Contact 해석(2014)'을 발간한 바 있다.   지은이 소개 ㈜브이이엔지 ㈜브이이엔지는 다쏘시스템의 SIMULIA 전문 파트너로서 자동차, 전기전자, 에너지, 항공우주, 조선 및 생명공학 등의 산업 전반에서 30년 이상 축적된 노하우와 다양한 경력을 보유한 전문가들로 구성된 CAE 솔루션과 엔지니어링 컨설팅 전문 회사이다.   추천의 글 10여년 전, 언어의 장벽으로 Abaqus 학습에 어려움을 겪는 고객 여러분께 도움이 되고자, 미흡한 영어실력에도 불구하고 최초의 한글 교재를 출판했다. 이후 수많은 도전 과제를 해결하면서, Abaqus 사용법뿐만 아니라 관련 필수 이론을 단계별로 습득할 수 있는, 특히 처음부터 한글로 작성된 교재의 필요성을 오랫동안 절감해 왔다. 이번 교재는 우리의 이러한 갈증을 시원하게 해소해 줄 것이다.  ㈜브이이엔지의 비전은 고객 여러분이 더욱 혁신적이고 효율적인 컴퓨터 응용 해석(CAE)을 수행할 수 있도록 지원하는 것이다. 이 책이 실질적인 도움이 되어 많은 이들에게 유익한 자원이 되기를 진심으로 기대한다.  - ㈜브이이엔지 김창훈 대표   목차 PART 01. 해석(CAE)이란?     1. CAE(Computer Aided Engineering)    8 2. 해석의 목적    9 3. 해석의 효과    11 4. 구조 해석(Structural Analysis)    12 5. 유한 요소법(Finite Element Method)    13 6. 해석 툴의 구성    14 7. 제품 개발에서의 해석    17 함께하기 01. 성형 해석으로 Abaqus 친해지기     19 함께하기 02. C–단면 빔의 횡방향 좌굴    28      PART 02. 응력과 변형률    47 1. 힘    48 2. 응력    51 3. 모멘트    53 4. 변형과 변형률    54 5. 응력 성분    55 6. 변형률 성분    67 7. 구성방정식(Constitutive Law)    69 8. 탄성 계수와 전단 계수의 관계    73 9. Mises 응력    78 10. 체적 탄성 계수    79 함께하기 03. 내압을 받는 실린더 해석(2D)    83 함께하기 04. 1–요소 모델과 프아송 비 비교    94 함께하기 05. 변형 모드별 주 응력 방향 확인    124 함께하기 06. 고무 가스켓(gasket) 씰링 해석    153      PART 03. 유한 요소법    163 1. 요소, 절점 및 자유도(DOF, Degree Of Freedom)    164 2. 주요 요소    166 함께하기 07. 구조 요소를 이용한 C–단면 빔의 횡방향 좌굴 해석    181      PART 04. 해석의 구성 요소    193 1. 해석 신뢰성    194 2. 해석의 구성 요소    194 함께하기 08. 선형 해석과 비선형 해석    211 함께하기 09. 컨트롤암의 좌굴 해석    222      PART 05. 선형 해석과 비선형 해석    239 1. 선형 해석    240 2. 비선형의 요인    243 함께하기 10. 3점 굽힘 시험    250      PART 06. 정적 해석과 동적 해석    271 1. 정적 해석(Static Analysis)    272 2. 동적 해석(Dynamic Analysis)    273 3. 과도 응답(Transient Response)    276 4. 고유 진동수 및 고유 모드의 의미    278 5. 주파수 영역과 복소수 표현    282 6. 고유 진동수 및 고유 모드의 추출    289 7. 주파수 응답 함수    292 함께하기 11. 공진 구조물 (1) – 고유 진동수 해석    296 함께하기 12. 공진 구조물 (2) – 주파수 응답 해석    313 함께하기 13. 공진 구조물 (3) – 동적 과도 해석(Implicit vs Explicit)    318      PART 07. 해석 재질 물성(탄소성 재질)    335 1. 단순 인장 시험    336 2. 진 응력(True Stress)과 진 변형률(True Strain)    341 3. Mises 소성 모델    347 함께하기 14. 단순 인장 시험과 탄소성 재질 변환    350      PART 08. 해석 재질 물성(고무 재질)    365 1. 고무 재질의 특성    366 2. 고무 재질의 응력–변형률 시험    367 3. 고무 재질 모델    370 4. 재질 안정성(Material Stability)    373 함께하기 15. Abaqus/CAE Material Evaluation 기능    375 함께하기 16. 고무 부싱(bushing)의 동적 과도 해석    381  

시뮤텐스 소프트웨어를 활용한 복합소재 해석 (3)   아바쿠스(Abaqus)용 추가 기능인 시뮤드레이프(SimuDrape)를 사용하면 기존 소프트웨어 아키텍처(아바쿠스)를 고급 복합재 성형 시뮬레이션에 사용할 수 있다. 시뮤드레이프 ABAQUS/CAE 플러그인을 통해 스탬프 및 멤브레인 성형 과정을 위한 완전 자동화된 모델 설정이 가능하며 이를 기반으로 시간 효율적인 방식으로 모델링 오류 없이 모델을 생성할 수 있다.   ■ 자료 제공 : 씨투이에스코리아, www.c2eskorea.com 정확한 복합재 성형 시뮬레이션을 위해서는 고급 재료 모델링이 핵심이다. 시뮤드레이프는 Abaqus/Explicit를 통해 엔지니어링 직물, 열가소성 테이프 적층판 및 프리프레그 재료를 사용한 복합재 성형 시뮬레이션의 특수성을 고려한 재료 모델을 제공한다.   시뮤드레이프 해석 흐름도     전처리 작업(Abaqus CAE) 툴 가져오기 다이, 스탬프 또는 멤브레인 자동 모델 셋업을 진행한다. 스탬프 포밍(Stamp Forming) 다단 성형(Sequential Draping) 이중막 성형(Double Diaphragm Forming)   모델 생성 운동학 모델을 기반으로 한 라미네이트의 완전 자동화된 적층 라미네이트의 단일 플라이 요소망 생성 플라이별 재료 및 접촉 속성 지정 운동학을 포함한 소재 고정장치(gripper) 모델링 중력 하중, 대칭면 등 경계조건 지정   해석(Abaqus Solver-Explicit) 아바쿠스 API는 성형 공정에서 복합재의 특성을 모델링하기 위해 사용된다.   후처리(Abaqus CAE/SimuDrape) 정보 내보내기 중립 교환 형식(VTK)으로 섬유 배향, 섬유 부피 함량 및 추가 상태 변수 내보내기를 할 수 있다.   소재 형상 최적화 최종 형상 근접된 포밍(Near-net shaped forming)을 위한 소재 형상을 결정한다.   시뮤드레이프의 주요 기능 다단 성형(Sequential Draping)     다단 성형 개념은 손으로 드레이핑하는 공정을 모방하여 성형 공정을 용이하게 할 수 있다. 시뮤드레이프를 사용하면 임의 개수의 스탬프를 사용하여 자동 모델 설정이 가능하므로 임의 순차 드레이핑 개념을 가상으로 최적화할 수 있다.   진공막 성형(Membrane Forming)     변형 가능한 멤브레인을 이용한 진공 보조 공정을 사용하면 대형 부품을 성형할 수 있다. 시뮤드레이프는 멤브레인 형성 공정과 초탄성 재료 모델링을 사용한 멤브레인 모델링을 위한 자동 모델 설정을 지원한다.   소재 고정장치(그리퍼)     그리퍼(gripper)는 결함 없는 성형을 가능하게 하는 장치이다. 시뮤드레이프는 운동학과 하중 적용을 고려한 정확한 그리퍼 모델링 접근 방식을 제공하므로 그리퍼 설정을 최적화할 수 있다.      ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

폼랩이 레진 소재의 3D 프린터 신제품인 ‘폼 4(From 4)’를 국내 출시했다. 폼 4는 장비와 소재 가격을 낮추고 신뢰성과 편의성을 높인 것이 특징이다. 폼랩은 생산 효율을 강화한 신제품을 통해 다품종 소량생산 분야에서 3D 프린팅의 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. ■ 정수진 편집장   ▲ 폼랩이 새롭게 출시한 폼 4 3D 프린터   3D 프린팅 시간 줄여 제품 개발 사이클 단축 지난 2011년 설립한 폼랩은 레진 소재를 사용하는 SLA (Stereolithography)와 파우더 소재 기반의 SLS(Selective Laser Sintering) 3D 프린팅 기술을 개발해 왔으며, 다양한 크기의 3D 프린터와 후처리 장비를 공급하고 있다. 지금까지 13만 대의 장비를 공급했고 3억 개 이상의 3D 프린팅 부품이 폼랩의 3D 프린터로 만들어졌다.  폼랩은 5월 13일 기자간담회를 갖고, 최근 국내에도 출시된 폼 4(Form 4) 3D 프린터를 소개했다. 폼 4는 폼랩의 기존 제품에 비해 속도와 신뢰성을 높이고 비용을 줄일 수 있도록 한 것이 특징이다. 폼랩의 다비드 라카토스(David Lakatos) 최고제품책임자(CPO)는 폼 4가 대부분의 조형물을 2시간 안에 출력할 수 있다고 소개했다. 폼랩에 따르면 치과 분야에서는 40~50분 정도 걸리던 출력을 9분 안에 마친 사례가 있고, 큰 사이즈의 부품의 제작 시간도 줄였다. 라카토스 CPO는 “3D 프린팅 시간을 2시간으로 줄였다는 것은 2시간마다 새로운 시제품을 출력해 설계를 검토하고 변경할 수 있다는 뜻이다. 그만큼 전반적인 제품 개발 기간을 줄일 수 있게 된다”고 설명했다.   ▲ 폼랩의 다비드 라카토스 최고제품책임자   장비, 소재, 소프트웨어까지 편의성과 효율 향상 3D 프린팅 워크플로는 모델 데이터 불러오기 및 출력 준비 . 소재 로드 및 출력 . 파트 세척 및 경화 . 서포트 제거 및 마무리 작업의 순서로 진행된다. 폼랩은 이 과정에서 편의성과 생산성을 높일 수 있는 다양한 기술을 폼 4에 적용했다고 설명했다. SLA 방식의 3D 프린터는 트레이에 담긴 레진 소재에 빛을 쏘아 굳히고, 이 작업을 한 층씩 반복하면서 입체를 조형한다. 폼 4는 백라이트에서 나오는 빛이 퍼지지 않고 일관되게 소재까지 도달할 수 있도록 설계돼 3D 프린팅의 품질을 높였다. 내부에는 카메라와 팬을 탑재했는데, 카메라는 출력이 잘 진행되고 있는지를 실시간으로 확인할 수 있고, 팬은 출력 후에 빠르게 냉각할 수 있도록 한다. 3D 프린팅 작업물이 놓이는 빌드 플랫폼에는 네 개의 포인트가 있어서 포인트를 잡아당기면 출력물이 쉽게 떨어질 수 있도록 했다. 이 플랫폼은 3D 프린터에서 꺼내 세척 장비에 바로 세팅할 수 있기 때문에 사용 편의성이 높아졌다. 한편, 3D 프린팅을 위한 소프트웨어로는 3D 프린터 세팅과 데이터 준비를 위한 프리폼(PreForm)과 다수 장비의 상태를 파악하고 관리할 수 있는 플릿 컨트롤(Fleet Control) 등이 있다.  라카토스 CPO는 3D 프린팅 소재를 개발하는 데에도 노력을 기울였다고 설명했다. 폼랩은 범용 레진 소재뿐 아니라 230℃까지 견딜 수 있는 내열 레진, 정전기를 막는 레진, 내화성 레진, 생체 적합성을 갖춘 레진, 탄성을 가진 레진 등 다양한 소재를 제공하고 있다. 라카토스 CPO는 “이번 폼 4의 출시와 함께 재료 비용을 낮추고, 레진 탱크의 수명을 늘렸으며, 재료 카트리지에 쓰이는 플라스틱을 줄여 친환경성을 강화하는 등의 개선을 진행했다. 또한 올해 말에는 타사의 재료를 활용할 수 있는 플랫폼도 내놓을 것”이라고 전했다.   ▲ 폼랩은 기자간담회에서 15분 동안 9개의 부품을 생산하는 시연을 진행했다.   다품종 소량생산에서 3D 프린팅의 경쟁력 내세워 폼랩은 폼 4를 통해 시제품 제작뿐 아니라 최종 부품의 제조 영역에서도 3D 프린팅의 입지를 넓힐 수 있을 것으로 기대하고 있다. 라카토스 CPO는 5만 달러(약 6800만 원)의 사출성형기와 네 대의 폼 4 3D 프린터가 1000개의 부품을 제작하는 테스트 과정을 소개했다. 그는 “폼 4 3D 프린터는 부품 제작 시간에서는 큰 차이가 나지 않으면서, 사출성형기보다 싸고 적은 공간을 차지하며 공구의 리드타임이 없다”고 설명했다. 제조 시장에서 폼랩은 고객의 주된 관심사인 생산 비용 절감을 겨냥해 가격 경쟁력을 갖춘 3D 프린팅 장비와 재료를 공급하고, 자동화 프로세스를 통해 노동력을 줄일 수 있도록 지원하겠다는 전략을 내세운다. 특히 수천 개 규모의 다품종 소량생산 영역에서 3D 프린팅의 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 제조 분야에서는 프로토타입이나 치공구의 3D 프린팅 활용 비중이 높은데, 폼랩은 최종 부품의 생산에 3D 프린팅이 더 많이 쓰일 수 있도록 노력을 기울일 예정이다. 폼랩코리아의 이경준 지사장은 “폼랩은 비싸고 무거웠던 3D 프린터를 혁신해 왔으며 장비, 소재, 서비스의 경쟁력을 꾸준히 강화하고 있다. 국내에서도 대기업뿐 아니라 대학교, 공공기관 등에서 폼랩의 3D 프린터를 사용하는 등 시장을 넓히고 있다”면서 덴탈, 제조, 메디컬 등의 시장을 중점 공략하면서 올해 30% 성장이 목표라고 소개했다. 국내에서 폼 4의 실제 구입 가격은 500만원 대 초반이 될 전망이다.   ▲ 폼랩코리아의 이경준 지사장     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.