많은 실무자분들께서 설계나 엔지니어링 업무 시 CAE 구조해석 프로그램 도입을 고민하곤 하시는데요. 이번 글에서는 무료로 사용할 수 있는 CAE 무료 프로그램으로 엔시스와 비교해본 내용을 정리해드리려고 합니다.
모델링 및 PrePoMax 로 불러오기
모델링을 불러오도록 할텐데요. 이번에 테스트를 해볼 내용은 해외 교수님께서 운영하시는 엔시스 FEM 전문 유튜브 채널입니다.
내용을 보시면 아래와 같은 해석을 수행하는데요. 대략 이런 모델링입니다.
저도 무료 3d 모델링 프로그램 FreeCAD를 활용해서 똑같이 구현해보았습니다.
영상의 모델링과 동일하게 적용하기 위해서 중간에 스케치를 만들어 Slice compound를 해서 면을 나눠주어야합니다. (나중에 하중이 가해지는 영역입니다)
이제 STP 파일로 내보낸 후, 오늘 소개드릴 FEM 프로그램인 PrePoMax로 불러오도록 하겠습니다.
아래는 프리포맥스로 방금 만든 모델링을 불러온 화면입니다.
메시 생성
다음 해야 할 일은 메시를 생성하는 일이 되겠습니다.
영상과 동일한 메시 조건을 적용하기 위해서 Meshing Prameters에는 50mm element size를 적용하고 extrude mesh 를 적용해서 사각형 메시로 요소를 생성해보겠습니다.
재질 설정 및 섹션 할당
메시가 완료되면 자동으로 FE Model 탭으로 넘어가게 되고요. 여기서 해야할일은 재질을 설정하고 섹션을 설정해주는 과정이 되겠습니다.
아래와 같이 Elastic 에서 탄성계수와 포아송비를 약간씩 수정해주었습니다.
아래는 영상에서 재질에 대한 속성을 추가하는 장면인데요. 물성을 보시면 탄성계수와 포아송비를 확인할 수 있습니다.
엔시스는 그밖의 데이터들도 상당히 많은데요. 무료 구조해석 프로그램 PrePoMax에서는 사실 지금 결과값에 영향을 지배적으로 미치는 탄성계수와 포아송비만 정의해도 무방합니다.
섹션 할당
Solid Section 기능을 통해 섹션 할당해주도록 합니다. 재질을 솔리드에 넣는 과정입니다.
CAE 무료 프로그램 경계조건을 위한 Step 생성
경계조건 작성을 위해 Step을 생성해주도록 합니다.
영상과 동일하게 양 끝단을 Fixed 로 고정시켜 준 후, 중앙부에 하단 방향으로 20000N을 적용해보겠습니다.
엔시스와 CAE 무료 프로그램 결과 비교
이제 결과를 확인해보도록 하겠습니다. 어떻게 나왔을까요?
최대 처짐럄
최대 처짐량을 확인해보겠습니다. 아래는 이번 사례에서 참고하고 있는 엔시스 해석 결과입니다.
다음은 PrePoMax 프로그램을 활용하여 제가 해석한 결과값입니다.
소숫점 넷째 짜리까지 동일한 결과가 나왔습니다.
메일만 주셔도 FEM/ CFD 무료 오픈소스 설치 방법에 대한 PDF를 발송 드리고 있습니다.
(anslab007@gmail.com)
폰미세스 응력(등가 응력)
아래는 엔시스 해석결과입니다. 7.496 정도의 등가 응력(폰 미세스) 값을 보입니다. (영상의 13분 참고)
무료 구조해석 프로그램 PrePoMax의 폰미세스 응력 결과값입니다. 고정 경계조건을 설정한 영역인근에서는 7.189MPa을 보입니다.
X방향 Normal Stress
다음은 축 방향에 따른 수직 응력을 확인해본 내용이 되겠습니다. 영상 말미에 x 방향의 방향이 나타납니다.
다음은 제가 해석한 PrePoMax 결과값이 되겠습니다. 현재 좌표죽이 제가 만든 모델에서는 y축이 될 것이므로, 프리포맥스 결과 트리에서 y방향의 수직응력을 나타내는 S22를 선택하여 확인하면 됩니다. 9.995MPa 입니다.
약간 차이가 있긴 하지만 근사한 값이 나왔다고 볼 수 있습니다.
CAE 무료 프로그램 요약
이번 글에서는 엔시스 해석결과 영상을 구조해석 프로그램 CAE 무료 SW인 PrePoMax의 해석 결과값과 비교해보았습니다. 해외에서는 이미 신뢰성이 입증되어 많이 사용하고 있는 추세입니다. 업체 담당자, 실무자 분들께서도 라이센스 구매없이 어디서는 사용해볼 수 있는 프로그램이기 때문에 사용하는 방법만 잘 알고계시다면 이점이 크지 않을까 생각해봅니다.
지금까지 엔스랩이었습니다.
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