분야별 CAE 동향 인터뷰
충돌/성형 해석을 말하다
김흥규 교수는 GM이 자동차 엔지니어를 양성하기 위해 국민대와 맺은 '페이스(PACE)' 산학 협력 프로그램을 주도하는 등 자동차 분야 인재 양성에 주력하고 있으며,
주요 연구분야는 금속 미세구조를 고려한 성형해석 기술 개발, 경량 판재 온간 성형 및 해석 기술 개발, 탄소복합재 차량 부품의 최적 구조설계 및 성형/충돌해석 기술 개발, 모빌리티 경량화 구조 설계 및 성형 기술 개발 등이다.
충돌/성형 해석이란 무엇인가.
충돌해석은 빠른 속도로 움직이는 차량이 다른 차량이나 구조물과 충돌할 때 차체에 발생하는 소성 변형 또는 파괴 거동을 유한요소해석으로 예측하는 것이다. 성형해석은 금속 소성가공 또는 플라스틱 사출성형을 비롯한 제조 공정의 모사를 위한 해석으로서, 금속 성형해석은 이론적 측면에서 금속 구조물의 충돌해석과 매우 유사하다. 따라서 충돌해석용 CAE 해석 소프트웨어가 금속 판재의 성형해석에도 사용될 수 있다.
충돌/성형 해석은 주로 어떠한 분야에서 응용되고 있는가.
충돌해석은 자동차 차체 구조 부품의 설계와 안전성 평가에 주로 사용된다. 부품 설계 단계에서는 부품의 가상 설계 모델을 대상으로 충돌 시 거동을 평가하여 설계 타당성을 판단한다. 많은 시간과 비용을 요구하는 실차 테스트 대신에 차량 설계 모델에 대한 충돌해석을 수행함으로써 빠르고 경제적으로 차량을 설계할 수 있다.
성형해석은 금속의 프레스성형 또는 플라스틱의 사출성형의 공정 설계와 최적화에 사용된다. 최적의 재료와 공정 조건을 도출함으로써 원하는 스펙의 제품 생산에 걸리는 시간과 비용을 크게 단축할 수 있다.
충돌/성형 해석을 하게 되면 어떠한 이점이 있는가.
차량 안전 성능 평가를 위한 실차 충돌 시험을 위해서는 많은 시간과 비용이 필요하다. 반면 충돌해석은 실제 시험에 비해 훨씬 적은 시간과 비용으로 다양한 설계 변수를 고려한 효율적 차량 설계를 할 수 있다.
성형해석의 이점은 고가의 툴링/금형 제작에 드는 시간과 비용을 줄이고, 성형 공정의 시행착오를 줄여 고품질의 제품을 제조할 수 있다는 것이다.
최근 충돌/성형 해석과 관련한 해석 분야의 트렌드는 어떠한가.
충돌해석 분야에서는 최근 차량 제조에는 철강뿐만 아니라 경량 금속, 플라스틱, 복합재 등 다양한 소재가 사용되고 있다. 충돌 시 차량 구조물은 일반적인 재료 시험보다 혹독한 조건에 놓이게 되므로, 이를 고려한 재료 물성 모델 개발이 요구되고 있다.
성형해석 분야에서는 금속 소성가공이나 플라스틱 사출성형에 대한 전문 해석 인력이 부족한 상황에서, 사용하기 쉽고 결과를 빨리 예측할 수 있는 성형 해석 기술이 요구되고 있다.
충돌/성형 해석 관련 향후 전망은 어떠한가.
충돌해석 분야에서는 최근 전기차, 수소차, UAM과 같은 미래 모빌리티가 등장하면서 새로운 전용 차체 플랫폼이 국내외에서 개발되고 있다. 새로운 차체 구조의 충돌 안전성 평가와 설계 최적화가 필요하므로 관련 전문 지식과 해석 소프트웨어 활용 능력은 더욱 중요해질 것이다.
성형해석 분야에서는 최근 자동차와 모바일 제품에는 철강, 알루미늄, 플라스틱, 복합재, 유리 등 다양한 소재가 적용되고 있다. 따라서 금속 성형, 플라스틱 사출, 복합재 성형 등 다양한 성형해석 소프트웨어 활용 능력과 기반 지식을 보유한 전문 인력은 더욱 주목을 받을 것이다.
좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다.
