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.

#한국AVL #시뮬레이션 #PreonLab #CAE 2024 PreonDay - Make it Real 세미나에 초대합니다(10/30) PreonLab은 AVL이 2018년도 인수한 Fifty2의 입자기반(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH) 해석도구로써, 전통적인 CFD를 위한 Mesh작업 없이 보다 빠른 시뮬레이션 속도와 높은 정확도 성능을 바탕으로 국내외 고객들에게 높은 호응을 받아왔습니다. 한국AVL은 국내 첫번째 PreonLab 오프라인 행사인 'PreonDay 2024 - Make it Real'을 통해, 빠르게 변화하는 유동 해석(CFD) 시뮬레이션 시장에서 주목받고 있는 입자 기반 해석 솔루션 PreonLab을 소개하고, 모빌리티 산업을 넘어 다양한 산업 분야에 실제 적용된 사례들을 국내 고객들에게 공유하고자 합니다. 사전등록하기

SAP는 연례행사인 ‘SAP 테크에드(TechEd)’를 통해 AI 전략과 실행 계획이 수립되어 있는 SAP를 활용하는 것이 곧 AI 시대를 앞서는 방안이 될 것이라고 강조했다. SAP는 AI 시대의 혁신을 위해 최적의 솔루션을 상호연결하는 역량이 중요하다고 보고 있으며, 이에 따라 생성형 AI 코파일럿인 쥴(Joule)의 기능을 강화했다. 이와 함께, SAP는 혁신의 속도에 맞춰 단기간에 가치를 실현할 수 있는 능력이 중요하다면서, 혁신의 중심에 있는 클라우드로 이전이 우선되어야 한다고 밝혔다. 이를 위해 SAP는 클라우드 ERP 솔루션인 그로우 위드 SAP(GROW with SAP)와 라이즈 위드 SAP(RISE with SAP)를 통해 기업 고객을 지원하고 있다. 그로우 위드 SAP는 SAP S/4HANA 클라우드 퍼블릭 에디션(SAP S/4HANA Cloud Public Edition)을 통해 클라우드로 비즈니스를 시작하는 신규 고객을 지원하는 솔루션이며, 라이즈 위드 SAP는 SAP S/4HANA 클라우드 프라이빗 에디션(SAP S/4HANA Cloud Private Edition)을 통해 기존 ERP를 현대화하고자 하는 고객 대상의 솔루션이다. 고객의 비즈니스 변혁을 지원하기 위해 AI 기술을 활용하는 데 중점을 두는 SAP 비즈니스 AI(SAP Business AI)는 신뢰성, 용이성, 높은 가치를 지닌 책임감 있는 AI를 목표로 하며, AI를 모든 사용자에게 코파일럿으로 제공하여 포괄적인 경험을 제공한다. SAP는 2024년 말까지 1200개의 기술을 통해 더 많은 워크플로에 영향을 미칠 계획이다.   ▲ SAP의 무하마드 알람 제품 엔지니어링 총괄은 AI 기능 강화 및 전체 솔루션에 걸친 AI 결합에 관한 핵심 전략을 소개했다.   SAP는 테크에드 이벤트에서 쥴을 중심으로 한 새로운 비즈니스 방식을 제시하고, 혁신적인 AI 기술을 공개했다. SAP는 쥴을 확장하고 보완하는 새로운 기능을 선보였는데, 여기에는 여러 분야에 걸친 복잡한 작업을 완료하는 맞춤형 스킬을 갖춘 협업형 AI 에이전트가 포함된다. 이외에도 SAP 데이터에 풍부한 비즈니스 컨텍스트를 연결해, 개발자가 데이터 가치를 최대한 활용할 수 있도록 돕는 차세대 솔루션 ‘SAP 지식 그래프(SAP Knowledge Graph)’와 개발자들의 비즈니스 AI(Business AI) 혁신을 가속화할 새로운 도구 등 다양한 혁신이 발표됐다. SAP는 쥴에 협업형 AI 에이전트를 도입하고, 쥴의 기능을 확장해 SAP의 포트폴리오 전반에 더 깊이 통합했으며, SAP에서 가장 많이 사용되는 비즈니스 작업의 80%를 지원하도록 했다. 또한, 협업형 멀티 에이전트 시스템은 특정 작업 처리에 특화된 AI 에이전트를 배치하고, 복잡한 비즈니스 워크플로에서 AI 에이전트들이 협력할 수 있도록 하며, 공동 목표 달성을 위해 전략을 조정하도록 돕는다. SAP는 비즈니스 기능 전반에 고유한 전문성을 결합해 복잡한 워크플로를 공동으로 완수하는 여러 협업형 AI 에이전트를 쥴에 도입하고 있다. 이러한 AI 에이전트들은 사일로를 허물고, 직원들이 창의성을 발휘하는 분야에 집중할 수 있도록 함으로써, 조직의 생산성을 향상시킨다. 한편, SAP는 자사의 비즈니스 데이터 전문성을 기반으로 AI 혁신을 이룰 수 있다면서, 2025년 1분기에 SAP 데이터스피어(SAP DataSPHere)와 쥴을 통해 이용할 수 있는 새로운 SAP 지식 그래프 솔루션을 선보일 것이라고 밝혔다. SAP 지식 그래프 솔루션은 SAP의 방대한 데이터 환경에서 관계와 컨텍스트를 원활하게 연결해 사용자에게 더 깊은 비즈니스 통찰을 제공할 예정이다. 이를 통해 조직은 데이터를 기반으로 더 나은 결정을 내릴 수 있게 된다. 또한 이 SAP 지식 그래프는 구매 주문서, 송장, 고객과 같은 비즈니스 개체 간의 사전 설정된 관계를 제공해 수동 데이터 모델링의 복잡성을 줄여준다. 아울러 AI가 SAP 고유의 비즈니스 체계에 기반하도록 해, 부정확하거나 관련 없는 결과의 위험을 줄이고, 조직이 더 쉽게 지능형 애플리케이션을 구축하고 생성형 AI를 더 효과적으로 활용할 수 있게 지원한다. SAP는 개발자가 비즈니스 AI 혁신을 지속적으로 추진할 수 있도록 하는 혁신 기능도 발표했다. SAP의 솔루션 확장 플랫폼 ‘SAP 빌드(SAP Build)’는 코드 설명, 문서 검색과 같은 새로운 생성형 AI 개발자 기능을 제공하며, 이는 자바 및 자바스크립트 개발자의 개발 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 SAP 빌드는 SAP S/4HANA 클라우드 퍼블릭 에디션에서 SAP 빌드에 직접 접근할 수 있는 ‘확장성 마법사(Extensibility Wizard)’ 기능을 추가해 확장 프로세스를 간소화한다. 이밖에 ABAP 개발자와 퓨전 팀은 SAP 빌드에서 ABAP 클라우드 개발 도구에 원활하게 접속할 수 있게 된다. SAP의 무하마드 알람(Muhammad Alam) 제품 엔지니어링 총괄 및 이사회 임원은 “SAP는 혁신을 통해 실질적인 비즈니스 성과를 창출하며, 이번에 발표된 혁신은 고객이 AI, 데이터, 새로운 개발 솔루션을 활용해 성장할 수 있도록 지원한다”고 밝혔다. 또한 “이번 테크에드에서 발표한 AI 혁신은 SAP의 독보적인 비즈니스 및 기술 전문성을 바탕으로, 인간과 AI 간의 새로운 파트너십을 이끌어내어 현대 비즈니스의 지형을 변화시킬 것”이라고 말했다.

디지털 지식전문가 조형식의 지식마당   지난 호 칼럼에서 디지털 수명 주기 프레임워크에 대해서 설명하였다. 일반적으로 프레임워크(framework)는 복잡한 문제를 해결하거나 복잡한 구조를 구축할 때 기반으로 쓰이는 기본 구조를 말한다. 디지털 엔지니어링은 매우 복잡한 문제를 해결해야 한다. 특히 제품 개발과 동시에 제품의 디지털 트윈(digital twin)도 개발해야 한다.  이것은 제품 개발에서 두 가지 트윈인 물리적 트윈과 디지털 트윈을 동시해 개발해야 하는 것을 의미하며, 이것을 모두 충족할 수 있는 디지털 스레드(digital thread) 환경을 구축해야 한다. 또한 최근에 화두로 부상하고 있는 소프트웨어 정의 x 또는 소프트웨어 중심 x(software-defined x)의 프로세스를 포함해야 한다.    그림 1. 디지털 제품/시스템 수명주기 프레임워크    <그림 1>의 프레임워크에서는 지식과 기술의 영역으로 정의한 네 가지 스피어(SPHere)로 크게 분류하였다.  각 스피어는 고유의 특성이 있어서 그 분야의 전문 특성과 지식이 있다. 또한 각 스피어 사이에는 보이지 않는 경험과 지식과 패러다임의 벽이 존재한다. 스피어를 사용한 이유는 보이지 않는 장벽을 가지고 있기 때문이다. 첫 번째 영역은 제품 또는 시스템으로 대표되는 물리적 스피어(physical SPHere)이며, 제품 부품으로 구성되어 있다. 이것을 가상 스피어와 비교한다면 디지털 트윈이 되는 것으로 공장에서 직접 생산되는 물리적 실체(physical entity)이다. 두 번째는 가상 스피어(virtual SPHere)이다. 디지털 트윈은 가상 스피어로 가상세계(virtual world)이며 현실세계(real world)의 제품이나 시스템과 연동된다. 이것은 물리적 스피어의 경험과 지식 그리고 감각과 패러다임이 존재한다. 단지 소프트웨어 코딩 지식이나 제품의 물리적 지식이나 경험이 있다고 자동적으로 가상 스피어의 디지털 트윈을 만들 수 있는 것이 아니다. 세 번째는 정보 스피어(information SPHere)로 현재까지 제품 개발에 핵심적 역할을 하고 있는 산업용 소프트웨어(industrial software) 영역이다. 이곳에는 다양한 컴퓨터 지원 개발 기술(CAx : Computer-Aided Everything)이 있으며, 대표적으로 컴퓨터 지원 설계 시스템(CAD), 컴퓨터 지원 제조(CAM), 컴퓨터 지원 해석 시스템(CAE) 등으로 제품의 데이터와 정보를 생성한다. 생성된 데이터는 제품 수명주기 관리(PLM) 시스템 안에서 자동화되고 저장된다.  네 번째는 사이버 스피어(cyber SPHere)로 소프트웨어 중심 x의 영역이다. 주로 코딩의 영역으로 물리적 기능을 가상화(virtualization)하는 영역이다.    그림 2. 네 가지 스피어   가상 스피어와 사이버 스피어는 디지털 영역(digital domain)이지만, 정보 스피어는 물리적 영역(physical domain)과 디지털 영역으로 구분된다. 왜냐면 디지털 목업(digital mockup)이나 시뮬레이션(simulation)도 있지만 아직도 이 영역에서 물리적 시험(physical test) 등이 많이 필요하며, 미래에도 완전히 디지털화(digitalization)하기에는 갈 길이 멀다. 앞으로 가장 발전할 분야는 사이버 스피어 분야이다. 현재는 소프트웨어 정의 x로 발전 중이지만, 가까운 미래에는 소프트웨어 플랫폼(software platfom)으로 발전할 가능성이 높다.  그러나 새로운 기술과 접근 방법에는 리스크가 많다. 이런 리스크 관리를 하지 않으면 제품 개발이나 엔지니어링 분야에서 크게 낭패를 볼 수 있다. 다른 비즈니스 분야의 디지털 전환이나 인공지능 분야와 다르게 산업 분야는 리스크(risk)가 소비자나 사용자에게 엄청난 파급효과가 있다.   최근 보잉의 사례에서 보는 것과 같이 과도한 디지털 전환으로 아날로그 지식 엔지니어를 해고하는 바람에 엄청난 위기를 가져오고 있다. 지난 1월 보잉 737 맥스 항공기의 문짝이 비행 중 뜯어져 나가는 사고가 발생했다. 알고 보니 조립 과정에서 아예 나사를 빼먹었기 때문이라는 사실이 드러나 충격을 줬다. 보잉이 지난 20년 동안 비용 절감을 위해 아웃소싱을 대폭 확대하면서 숙련된 엔지니어들이 떠났고, 결국 심각한 항공기 품질 저하로 이어졌다.   지난 4차 산업혁명의 초기에 제너럴 일렉트릭(GE)은 디지털 트윈 사업을 제일 먼저 시작했다. 야심차게 시작한 프레딕스(Predix) 플랫폼은 실패하였고, GE 디지털 회사는 다른 회사에게 팔려갔다. 2000년대 초에도 지엠(GM) 자동차가 CAD와 PLM에 지나치게 의존하다가 기업이 어려워진 적이 있다. 기술은 어디까지 기술적 역량이지, 인간의 다양한 역량을 대체할 수 없다. 이런 사례는 현재 진행 중인 디지털 전환과 인공지능 전환(AI transformation)에 대해서 많은 교훈을 준다. 대부분 실제 경험보다는 연구만 하는 학자나 미디어에서 아직 리스크가 많은 기술에 대해 지나치게 낙관적으로 접근한다. 기술 낙관론이라는 낙관주의 편향(optimism bias)이다. 실제 산업계에서는 이런 것이 커다란 위험요소가 된다.    결론적으로 이런 접근방법에서 가장 중요한 것은 속도보다는 방향성이다.  네 가지 스피어에서 접근방법은 각 스피어의 지식과 경험과 패러다임이 어떻게 연결 및 연동할 것인가에 대한 구체적인 방법과 도구를 발굴해야 한다. 그리고 이에 대한 디지털 전략과 디지털 리스크를 만들어야 한다. 그러므로 이런 프레임워크를 사용해서 구체적인 실행 목록을 만드는데 사용할 수 있다. “완벽한 형태는 공이며, 모든 것은 구체에서 시작한다.(The perfect form is the SPHere, and everything originates from the SPHere.)” - 플라톤   ■ 조형식 항공 유체해석(CFD) 엔지니어로 출발하여 프로젝트 관리자 및 컨설턴트를 걸쳐서 디지털 지식 전문가로 활동하고 있다. 현재 디지털지식연구소 대표와 인더스트리 4.0, MES 강의, 캐드앤그래픽스 CNG 지식교육 방송 사회자 및 컬럼니스트로 활동하고 있다. 보잉, 삼성항공우주연구소, 한국항공(KAI), 지멘스에서 근무했다. 저서로는 ‘PLM 지식’, ‘서비스공학’,  ‘스마트 엔지니어링’, ‘MES’, ‘인더스트리 4.0’ 등이 있다.     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

지멘스는 자사의 예측 유지보수 솔루션인 센스아이 예측 유지보수(Senseye Predictive Maintenance)에 새로운 생성형 인공지능(AI) 기능을 추가해, 예측 유지보수를 더욱 직관적으로 만든다고 밝혔다. 지멘스는 생성형 AI 기능이 포함된 센스아이 예측 유지보수의 새로운 릴리스를 통해 머신러닝 기능을 생성형 AI로 강화하면서, 인간과 기계의 상호 작용 및 예측 유지보수를 더욱 빠르고 효율적으로 수행할 수 있도록 지원할 계획이다. 센스아이 예측 유지보수는 인공지능과 머신러닝을 사용하여 기계 및 유지보수 작업자의 행동 모델을 자동으로 생성하고, 사용자의 주의력과 전문 지식을 필요한 곳으로 안내합니다. 생성형 AI 기능은 이에 기반해 모든 기계와 시스템에서 기존 지식을 가져와 올바른 조치 과정을 선택하고, 유지보수 작업자의 효율성을 높일 수 있도록 돕는다.     기계 및 유지보수 데이터는 머신러닝 알고리즘에 의해 분석되며, 플랫폼은 정적이고 독립적인 케이스 안에서 사용자에게 알림을 표시한다. 센스아이 예측 유지보수는 설정이 거의 필요 없는 대화형 사용자 인터페이스(UI)로 더욱 높은 유연성과 협업을 제공한다. 인터랙티브 대화는 사용자, AI, 유지보수 전문가 간의 대화를 촉진하고, 의사 결정 프로세스를 간소화하는 동시에 효율적으로 만든다. 이 앱에서 생성형 AI는 여러 언어로 된 사례를 스캔하고 그룹화할 수 있으며, 과거의 비슷한 사례와 해결책을 찾아 현재의 문제에 대한 맥락을 제공할 수 있다. 또한 다양한 유지 관리 소프트웨어의 데이터를 처리할 수 있다. 보안을 강화하기 위해 모든 정보는 외부 액세스로부터 안전하게 보호되는 프라이빗 클라우드 환경에서 처리되며, 외부의 생성형 AI를 학습시키는 데 사용되지 않는다. 또한, 간결한 유지보수 프로토콜과 이전 사례에 대한 메모도 고려하여 고객사 내부의 지식을 향상시키는데 도움을 주며, 정보를 맥락화함으로써 효과적인 유지 관리 전략을 도출할 수 있게 한다. 지멘스의 마르게리타 아드라그나(Margherita Adragna) 디지털 산업 고객 서비스 부문 CEO는 “머신러닝, 생성형 AI, 인간 인사이트의 힘을 활용하여 센스아이 예측 유지보수를 한 단계 더 발전시켰다. 새로운 기능은 예측 유지보수를 더욱 대화적이고 직관적으로 만들어, 고객이 유지보수 프로세스를 간소화하고 생산성을 높이며 리소스를 최적화할 수 있도록 지원한다. 이는 기술 인력 부족에 대응하고 고객의 디지털 전환을 지원하는 데 있어 중요한 이정표가 될 것”이라고 전했다. 서비스형 소프트웨어(SaaS) 솔루션으로 제공되는 센스아이 예측 유지보수의 새로운 생성형 AI 기능은 올봄부터 모든 센스아이 사용자에게 제공될 예정이다. 

개발 : Impact Design Europe 주요 특징 : 설계 초기 단계부터 차량의 충돌 성능 평가/개선 및 최적화 지원, SFE 및 SBE 기반으로 충돌하중을 받는 박판구조물의 설계/해석/최적화, 간편한 모델링 및 설계 변경, 빠른 계산 속도 및 신뢰성 있는 결과 도출, 사용자 친화적인 통합 작업 환경 등 사용 환경 : 윈도우 PC/랩톱 자료 제공 : 브이에스텍   그림 1. 유한요소 모델   그림 2. VCS 모델   차량 충돌 안전 법규 및 상품성 평가는 실제 충돌 상황을 최대한 반영하고 승객의 사망 및 심각한 상해를 줄이기 위하여 지속적으로 강화되고 있고, 자동차 제조업체는 이러한 평가 프로토콜에 따라 차량의 안전 등급을 높이기 위해 노력하고 있다. 다양한 충돌 테스트는 제품 설계 및 개발 프로세스를 가속화하기 위해 가상 엔지니어링 모델링 및 시뮬레이션 기술에 크게 의존하는 차량 제조업체에 상당한 부담을 주고 있다. 일반적으로 각 설계 단계에서 CAD 모델 준비, 각 하중 케이스/물리적 테스트에 대한 유한요소(FE) 모델 생성, 평가 및 개선 작업이 필요하므로 복잡하고 많은 시간이 소비되어, 간편하고 빠르게 차량의 충돌 성능을 평가하고 개선하는 것이 큰 관심사이다. 특히, 프로토타입 제작 및 개발 프로세스 후반의 설계 변경으로 인한 시간과 비용을 줄이기 위해서는 초기 콘셉트 단계에서부터 다양한 설계에 대한 충돌 성능의 평가 및 개선을 통한 충돌 성능의 최적화가 필요하다. 매크로요소법(Macro Element Method)을 사용하는 Visual Crash Studio(VCS)는 비전형적 모델링 및 시뮬레이션 접근 방식으로 단순한 설계 환경에서 빠르고 신뢰할 수 있는 결과를 제공하며, 설계 초기 단계부터 차량의 충돌 성능 평가/개선 및 최적화가 가능한 CAE 소프트웨어이다.   그림 3   VCS의 주요 특징 매크로요소법, 수퍼폴딩요소(SFE : Super-folding Element) 및 수퍼빔요소(SBE : Super-beam Element) 개념을 기반으로 객체지향유한요소(OOEF : Object Oriented Finite Element) 정식화와 결합된 충돌하중을 받는 박판구조물의 설계, 해석 및 최적화가 가능 다양한 재료의 박판구조물의 대변형 붕괴 거동의 예측에 성공적으로 적용이 가능하며, 유한요소 솔버와 경쟁이 아닌 보완 관계 매크로요소법에 기반한 간편한 모델링 및 설계 변경, 빠른 계산 속도 및 신뢰성 있는 결과의 도출을 통해 설계 초기 단계에서부터 충돌 부재의 충돌 성능 분석 및 최적화 가능 사용자 친화적인 통합(all-in-one) 작업 환경 주요 기능 : Material Editor, Cross Section Editor, 3D environment, Cross Section Optimizer, Chart Wizard 단면 수준에서 부재의 충돌 특성 파악 및 설계를 위한 2D 환경 제공 부재, 어셈블리 및 전체 구조물 등의 복잡한 충돌 해석 및 설계를 위한 3D 환경 제공 2D 및 3D 환경에서 독립적으로 설계 수정 및 계산이 가능하며, 각 환경에서의 수정 및 계산 결과는 자동으로 전 모델에 반영 통합 전/후처리 도구 : 솔버와 통합된 전/후처리 프로세스로 모델링 및 설계 변경이 간단하여 다양한 설계안의 충돌 성능 평가가 빠른 시간에 가능하고 챗 위저드(Chart Wizard) 등으로 다양한 결과의 비교 분석이 용이   그림 4. VCS의 일반적 설계 및 계산 프로세스   VCS의 작업 프로세스 박판 충돌구조물의 설계, 해석 및 최적화는 통합 환경에서 수행되며, 일반적인 작업 프로세스는 <그림 4>와 같다. <그림 5>는 VCS의 메인 뷰(Main View) 화면이며, 메인 툴바(Main Toolbar)는 작업 프로세스에 따른 툴 그룹(File, Model, Calculate and Results, Analysis, View 및 Help Tool)으로 구성된다. ‘Model Tool’은 모델 생성 프로세스에 필요한 모든 도구(Select, Nodes, Beams, Spine-line, Rigid, Contact, Group, Special, Measure 등)를 제공하며, ‘Calculate and Results Tool’은 계산 및 결과 비교에 유용한 처리 장치(Processing Unit), Chart Wizard, 애니메이션 도구 모음 등의 기능이 있다. ‘Analysis Tool’은 단면자동분석(Cross Section Analyzer) 기능 전용이며 ‘View Tool’은 추가 3D 보기 도구를 제공한다. ‘Help Tool’에서는 VCS 소프트웨어의 모든 기능에 대한 최신 설명서와 도움말 정보를 찾을 수 있다. 또한 개발사 홈페이지에서도 모든 사용 매뉴얼과 따라하기 매뉴얼을 다운로드할 수 있다.   그림 5. VCS의 메인 뷰 화면   VCS의 작업 프로세스의 순서에 따른 주요 기능은 다음과 같다.   FE Mesh/Initial geometry import 다양한 FE 데이터 및 CAD 지오메트리(geometry) 불러오기 기능을 제공한다.   재료 정의(Material Editor) 재료상수(Material Constraint) : Hardening Factor, Mass Density, Poisson Ratio, Proof Strain, Proof Stress, Young Modulus 응력-변형률(Stress-Strain) 특성 : Array, Power Law, Polynomial, User Function-2D, Array 3D 변형률속도(strain rate) 특성 : Cowper Symonds, Modified Cowper Symonds, User defined function-3D, Johnson Cook   Fracture Indicator : Surface strains, Cockcroft-Latham/Norris LS-DYNA MAT24(MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY) 호환 Material & Characteristic Repository 기능   2D Structure(Cross Section Editor) : Cross Sections & Cross Section analysis Cross Section Editor는 단면의 충돌 성능 최대화를 위한 설계, 계산 및 최적화를 위한 편집기이다. 여기서 처리된 단면은 3D 수퍼빔요소(SBE)에 사용되며, Cross Section Editor의 이론적 배경의 핵심은 수퍼폴딩요소(SFE)이다. Point, plate, segment, SFE 및 connection으로 모든 단면을 생성할 수 있으며, 쉽고 편리한 단면 형상 및 재료 특성의 변경으로 다양한 디자인의 빠른 변경이 가능하다. Cross Section 계산 결과 단면 상태에서는 7가지의 충돌 거동(Axial Response, Design Recommendations, Bending Response, Lateral Response, Denting Response, Torsion Response, Elastic Properties-축/굽힘/전단 강성 등)을 결과로 표시 각 결과는 주어진 붕괴 응답 모드에 대한 특성 파라미터((최대 하중 및 모멘트, 에너지 흡수 능력, 굽힘힌지의 총 회전 등과 같은 변형제한 값)의 정보 표시 Design Recommendations   효과적인 축방향 붕괴를 위한 단면 최적화 프로세스 : 결함이 있는 단면은 점진적 붕괴가 발생하지 않고 불규칙한 접힘으로 인해 많은 에너지 흡수가 적음 상세 단면 형상 근사화를 위한 단순화 모델링 과정을 통한 결함 제거 : 단면 수준에서 허용 가능한 접힘 모드를 선택하면 다음단계로 단면에 대한 각 SFE에 대해 결함 제거 과정을 수동으로 진행 단면 계산 결과 비교 툴 제공 및 결과 report 생성   3D Structure : Super Beams 3D 가상 설계 공간은 SBE를 기반으로 한 부재 및 박판구조물의 모델링과 계산에 사용 유한요소 모델로부터 SFE를 바로 생성할 수 있는 도구 제공 VCS 3D 모델을 구성하는 모든 객체는 빔(beam)과 강체(rigid body)를 정의할 수 있는 노드(node)로 구성되며, 노드는 VCS 객체에 대한 공간 참조 point로 사용 노드 속성 : 형상(CoG, Origine), 질량(mass, Concentrated Mass) 및 관성(Concentrated Inertia, Principal Moments, Transformed Moments) SBE는 두개의 노드로 구성되고 2D 계산에서 사용된 단면 형상이 적용되며, 하나의 노드에 다수의 SBE가 연결될 수 있다. 또한 동적 해석(초기/구속 조건 등)을 위해 필요한 많은 데이터를 포함한다. 3차원 공간에서 구조물(부재, 어셈블리, 전체 차량)의 생성을 위해서는 Node, Beam, Rigid body 등이 사용되며, 매크로요소법에 기반한 SFE가 포함된 SBE의 생성으로 시작 다양한 충돌 하중조건에 대한 풀 카(full car)의 해석을 위해 VCS 전용 배리어가 제공 차량 충돌 설계를 위해 매크로요소법을 사용하는 데 있어 유한요소법 대비 주요 장벽은 구조물 조인트의 강성을 정확하게 모델링하는 것이다. VCS는 구조적 조인트에 대해 교차하는 하중 전달 빔의 기하학적 중심에서 연결되며, X, Y 및 Z 오프셋은 위치와 길이를 수정하기 위해 교차하는 빔의 시작과 끝에 적용할 수 있어 구조물의 실제 형상과 조인트의 강체 코어를 보다 사실적으로 근사화할 수 있다.   3D : Additional elements & Mass distribution 엔진 및 기어박스와 같이 충격 하중 동안 거의 변형되지 않는 부품은 강체로 모델링 강체를 생성하기 위해 부품의 무게 중심에 있는 노드가 정의되고 이 노드에 총 질량 및 관성 행렬(inertia matrix)이 할당 노드는 나머지 구조물에 직접 연결되는 반면, 여러 장착 위치의 경우 간단한 원형 단면을 갖는 SBE를 사용할 수 있음 3D 환경에서 생성된 각 객체의 질량 정보는 해당 요소가 정의된 노드에 위치하며, 추가 질량은 노드에 집중질량으로 정의하거나 정의된 질량/또는 밀도로 새로운 강체를 생성하여 추가   Initial & Boundary conditions 및 Contact settings 초기 및 경계조건(Kinematic Constraints-Angular Velocities & Linear Velocities, Concentrated Loadings- Forces & Moments)은 모두 노드에 정의 전체 모델이 구축되면 접촉을 정의하며, 접촉 정의에 필요한 부품의 부피를 나타내기 위해 질량이 없는 강체(SPHere, cone, cylinder and box 형상)가 이 절점에서 생성되고, 모델의 형상에 따라 배치한 후 접촉 정의 - 전용 접촉 감지 루틴으로 물리적 접촉 메커니즘을 구현 변형체의 접촉 정의를 위해 변형가능 배리어(Deformable barrier) 툴 제공   Solution Settings Solution Explorer tree에서 자세한 솔루션 파라미터를 정의 : Attributes, Animation Progress, Time Stepping Routine, Fields and global parameters, Settings 및 Statistics section 특히, Statistics section은 모델 확인의 마지막 단계에서 유용하며, 모델의 요소 수, 질량 및 무게중심에 대한 정보 제공   Calculations & Animation 계산 프로세스는 Process Unit에서 한번의 클릭으로 진행되며, Process Unit 창에서 시각적으로 진행 상황을 모니터링 전체 차량 충돌 해석은 일반 데스크탑 PC/노트북에서 1분 내외로 계산이 완료되며, 다중 계산이 가능하여 계산시간 추가 단축 가능 계산 프로세스가 완료된 후 하중 조건에 따른 해석 결과를 애니메이션으로 확인할 수 있으며, SBE를 색깔 별로 간단히 구분하여 SBE의 순간 변형 상태를 쉽게 분석   Results : Chart Wizard 애니메이션과 함께 다양한 결과를 그래프로 생성하며, 사용자는 VCS 결과 파일 내에서 어느 객체든 선택 후 결과를 볼 수 있음 3D view에서 선택한 VCS 모델의 각 객체는 Selection Window에 자동으로 추가   VCS의 도입 효과 설계 초기 콘셉트 안으로 충돌 부재 단면 최적화가 가능하여 제품 개발 프로세스 촉진 장비 도입/운영 비용 절감 : 매크로 요소법에 기반한 빠른 계산으로 랩톱에서도 수초 또는 수분내에 계산이 가능 단순한 작업 환경에서 간편한 설계 변경이 가능하여, 해석 엔지니어가 아닌 설계 엔지니어도 쉽게 활용 가능   VCS의 주요 적용 분야 자동차 산업 및 조선산업 등에서 충돌하중을 받는 박판구조물의 설계, 해석 및 최적화 충돌/충격 부재의 단면 충돌 특성 평가/개선 및 최적화 컴포넌트(에너지 흡수 구조 부품, bumper back beam, FR Side 멤버, Fillar component 등)의 충돌 특성 평가 및 개선 부분 충돌 모델 및 풀 카 충돌 모델의 충돌 성능 평가 및 개선   ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

유동 해석 소프트웨어, PreonLab   주요 CAE 소프트웨어 소개   * ■ 개발 : FIFTY2, www.fifty2.eu ■ 자료 제공 : 한국AVL, 02-580-5800, www.avl.com    PreonLab은 입자법(SPH)기반 유동해석 솔버로 오일, 물 등 액체의 거동을 시뮬레이션하는 소프트웨어로, 차량 물관리, 기어 윤활 해석 등에 적용할 수 있다. 1. 주요 특징 ■ 입자법(SPH) 기반 유동 해석 ■ 쉬운 사용법과 직관적인 GUI ■ 다양한 가상 환경 제공(Rain lab, Water channel 등) ■ 결과에 대한 강력한 시각화 및 후처리 ■ 방법 개발에 따라 자격을 갖춘 작업 중심의 지원   2. 주요 기능 PreonLab은 모델 통합 및 연동 해석을 지원한다. 3. 도입 효과 입자 기반의 유동 해석 솔버로 메시를 생성할 필요가 없다.  이를 통해 전통적인 방식의 CFD 솔버(FVM) 대비 해석의 공수 절감 및 해석 비용 감소와 빠른 결과를 얻을 수 있다. 4. 주요 고객 사이트 JATCO 등에서 PreonLab을 사용하고 있다.   좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

주요 CAE 소프트웨어 소개 ■ 개발 : Livermore Software Technology, www.lstc.com ■ 자료 제공 : 한국시뮬레이션기술, 031-903-2061, www.kostech.co.kr LS-DYNA는 대변형(Large deformation)이 발생하고 복잡한 비선형 소재특성(Non-linear Material)과 복잡한 접촉(Complex Contact) 조건의 구조 역학 문제에 대한 동적 거동 물리현상을 해석하는데 적합한 프로그램이다.  이러한 복잡한 문제를 매우 짧은 시간에 해결할 수 있도록 데스크톱 컴퓨터 및 클러스터의 리눅스, 윈도우 및 유닉스 환경에서 실행되는 SMP(Symmetric Multi Processing) 및 MPP(Massively Parallel Processing) Solver를 제공하고 있다. 1. 주요 특징 LS-DYNA의 ‘One model’ 및 ‘One Code’ 개념과 기능을 통해 사용자는 하나의 시뮬레이션 모델을 구조, 유체, 충돌 및 고유값 시뮬레이션을 비롯한 여러 유형의 시뮬레이션에 적용할 수 있다. 뿐만 아니라 ‘Multi-Physics’, ‘Multi-Processing’, ‘Multiple Stages’, ‘Multi-Scale’이 필요한 문제를 하나의 코드로 결합하여 원활하게 해결할 수 있는 기능을 제공하고 있다.  LS-DYNA는 explicit와 explicit의 시간 증분 방식 간의 상호 호환이 가능하며 열연성해석(coupled thermal analysis), CFD(Computational Fluid Dynamics),FSI(fluid-structure interaction) SPH(Smooth Particle Hydrodynamics), EFG(Element Free Galerkin), CPM(Corpuscular Method), BEM(Boundary Element Method)과 같은 이질적인 분야를 결합할 수 있다.   2. 주요 활용 분야 LS-DYNA에서 제공하는 이러한 다양한 솔루션 및 기능은 여러 분야에서 활용되고 있으며, 대표적인 해석 분야는 다음과 같다. ■ Crashworthiness/ Driver Impact / Drop test simulation ■ Mesh Free Method : ALE, EFG, SPH, Airbag particle ■ Heat Transfer Analysis ■ Metal Forming Analysis ■ Earthquake Engineering ■ Acoustic / Vibration / Fatigue ■ Discrete element method ■ CFD(incompressible, compressible) ■ EM(Electromagnetism)   3. 제품 구성 (1) LS-DYNA Solver LS-DYNA는 사용자의 다양한 사용환경에 맞추어 LS-DYNA Solver를 사용할 수 있도록 여러 플랫폼의 Solver를 제공하고 있다. 윈도우의 경우 기존의 LS-DYNA Manager뿐만 아니라 MPP 환경도 제공하는 Winsuit을 제공하고 있으며, 리눅스와 유닉스의 경우 OS와 MPI 플랫폼 환경에 따라 각각 별도의 Solver를 제공하고 있다. (2) LS-PrePost  LS-PrePost는 키워드 입력 파일을 기반으로 LS-DYNA 모델을 가져오고 편집하고 내보내는 등의 기능을 통하여 LS-DYNA의 입력 파일을 편집하는 Preprocess 전문 툴이다. 동시에 LS-DYNA의 해석 결과를 불러들여 3차원 애니메이션, 응력과 변형류의 시간 이력, XY Plot 등등 LS-DYNA의 해석 결과를 다양한 방법으로 확인할 수 있는 GUI를 제공하고 있다.  (3) LS-OPT LS-OPT는 LS-DYNA의 최적화 도구로서 디자인 스페이스를 쉽게 조사하고 최적 디자인을 찾는 환경을 제공한다. 또한, 문제 정의 시스템을 위한 솔루션도 함께 제공한다. LS-OPT는 SRSM(Successive Response Surface Method)과 통계학적인 접근(Robustness analysis)에 기반하고 있다.    (4) LS-TaSC LS-TaSC는 토폴로지 및 형상 계산 툴이다. LS-TaSC는 동적 하중 및 접촉 조건이 관련되어 있는 비선형 문제들의 토폴로지 최적화를 가능하게 한다. (5) LSTC Dummy / Barrier Model LS-DYNA 개발사에서는 LS-DYNA 사용자의 비용 절감을 위해서 다양한 종류의 Dummy Model과 Barrier Model을 제공하고 있다. 이들 모델은 주기적으로 업데이트되어 기존 모델의 변경 사항을 반영하고 새로운 모델을 출시하고 있다.   좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기