이번 글에서는 Hyper Elastic 초탄성 고무재질을 PrePoMax로 해석하는 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.
1. 모델 불러오기
우선 모델링을 불러오도록 하겠습니다.
Grabcad에서 아래와 같은 모델링을 stp 파일로 구해서 가져왔습니다. 고무발의 형상인데요. hyper elastic을 적용해보도록 하겠습니다.
2. 격자 생성
격자생성은 기본값으로 진행하였습니다. 아래와 같은 구조로 격자가 생성됩니다. PrePoMax는 기본적으로 Calculix 에서 제공하는 메시 알고리즘인 Netgen 을 사용하여 격자를 생성합니다.
3. 재질 설정
일반적인 경우라면 재질설정을 격자생성 다음단계에서 해주는 것이 보통입니다.
하지만, 초탄성 해석의 경우 prepomax ui로 지원하지 않고 있으므로, user keyword를 메뉴얼로 삽입하여 진행합니다. 우선 다음 스텝으로 넘어가보겠습니다. 향후 릴리즈 버젼에서는 나와주길 기대합니다.
4. 스텝 설정
재질 할당을 하지 않고 바로, Steps를 생성하게 됩니다. BCs에서 우클릭 후 boundary condition 을 설정해줍니다.
아래와 같이 고무발이 바닥에 놓였을 때, 바닥과 닿게 되는 면과 선을 Fixed 구속 시켜줍니다.
이제 Load에서 우클릭 후, load 조건을 부여합니다.
Surface Traction Load를 부여합니다. 아래와 같이 상단부 면에 하중을 추가했습니다. 20N 정도를 넣었씁니다.
Element Set 추가
hyper elastic 해석을 위해서는 수동으로 코드삽입이 필요한데, 이 코드 삽입시 변수를 추가해주어야 합니다. Element Set 을 만들어 면을 코드 변수안에 넣는 작업이라고 보시면 됩니다.
Element Sets 에서 우클릭 후 Creat 를 눌러줍니다.
Set Selection 에서 Part 를 선택 후, 모델을 선택합니다.
그리고 Name 을 ‘Set-1’로 설정해줍니다. 이 Data의 값이 이후 수동으로 코드 삽입할 때 쓰이게 됩니다.
다음으로 해야할 것은 코드를 수동으로 수정하는 것입니다.
Edit Calculix Keywords
PrePoMax 상단 메뉴 중 Model -> Edit Calculix Keywords 로 진입합니다.
아래와 같은 창이 뜨면, Materials를 클릭하고, 좌측 하단에 Add Keyword를 클릭합니다.
그 후, 우측 창에 아래와 같은 문구를 입력해주시면 됩니다.
Caclulix에서 초탄성 해석을 하기 위해 집어넣어야 하는 코드입니다. 칼큘릭스 메뉴얼에도 있는 내용입니다. Neo Hooke 값은 경도에 따라 결정되는 값입니다.
*MATERIAL, NAME=rubber *HYPERELASTIC, NEO HOOKE 0.3465 ** *SOLID SECTION, Elset=Set-1, MATERIAL=rubber
자세히 보시면, ‘Elset=Set-1’ 코드가 있는데, 여기서 엘리먼트가 선택되고 재질이 할당됩니다. Element set 설정 시 part 로 전체모델을 선택한 이유입니다. 이처럼, calculix로 수동 코드를 삽입하는 일이 있을 때는 element set 을 추가해주어야 합니다.
연산 시작
좌측 하단 Analysis에서 우클릭 후 Run을 실행하면 아래와 같은 팝업문구가 뜰 것입니다.
재질이 할당되지 않았다는 의미인데, 수동으로 할당된 경우 인식을 못하고 발생합니다. 그냥 무시하고 OK 누르면 연산이 실행됩니다.
이제 결과값을 확인해보겠습니다.
상단에서 아래 버튼을 누르면 section view를 볼 수도 있습니다.
고무발의 아랫쪽 리브 부분에서 가장 먼저 응력이 집중되는 것을 알 수 있습니다. 상식적으로도 충분히 예측해볼 수 있지만 시뮬레이션을 통해 다시 한번 확인이 가능한 것입니다.
user defined 로 스케일팩터를 자유롭게 변형할 수도 있습니다.
마무리
지금까지 초탄성(hyper elastic) 해석에 대해 알아보았습니다. 방법이 어렵진 않으나, 수동으로 코드를 수정해야하는 부분에서 조금 번거로울 수 있습니다. 하루 빨리 prepomax 사용자들이 많아져서 GUI로 개발이 되길 바랍니다.
지금까지 엔스랩이었습니다.