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메시 작업은 시뮬레이션의 전처리 단계에서 가장 많은 시간이 소요되는 작업으로 여겨져 왔으며, 실제로도 마찬가지입니다. 그러나 복잡한 지오메트리가 메시 작업에 오랜 시간이 걸리는 유일한 원인으로 꼽힙니다. 해석 중 요소 붕괴를 방지하고 모델 안정성을 위해 육면체 메시가 우선시되는 명시적 모델의 경우 이 작업은 더욱 어려워집니다.
단순한 지오메트리의 경우에도 메시 작업은 복잡할 수 있습니다. 이러한 시나리오 중 하나는 여러 요소 토폴로지가 관련된 하이브리드 메시입니다. 일반적인 예로는 허니콤 구조와 보강재가 있는 토목 구조가 있습니다. 이러한 상황에서는 서로 다른 토폴로지의 요소 간에 노드 연결을 수동으로 설정하는 것이 매우 어려울 수 있습니다.
이 문제는 자동화된 하이브리드 메시 기능을 제공하는 Abaqus CAE를 통해 해결할 수 있습니다. 이 기술을 사용하려면 사용자는 메시를 생성하기 전에 스킨과 스트링거를 정의해야 합니다. 이러한 스킨과 스트링거는 노드 위치에서 기본 연속체 솔리드 요소에 융합되는 쉘 및 빔 요소 생성을 지원합니다. 그 결과 연속체 솔리드 요소의 3차원 매트릭스, 스킨용 2차원 셸, 보강용 1차원 빔으로 구성된 단일 하이브리드 메시가 생성됩니다.
이 블로그에서는 이러한 하이브리드 메시의 단계별 프로세스를 Abaqus CAE에서 보여드리겠습니다.
위쪽과 아래쪽이 흰색인 두 개의 스킨과 빨간색인 수직 가장자리에 4개의 스트링거가 있는 녹색의 3D 블록 매트릭스를 예로 들어 보겠습니다.
1단계: 3D 블록을 정의하고 이름을 지정합니다. 매트릭스, 스킨, 스트링거에 대한 개별 머티리얼 속성을 정의합니다. 이것이 일반적인 머티리얼 정의 방법입니다.
2단계: CAE의 속성 모듈로 이동합니다. 그림과 같은 도구를 사용하여 두 개의 페이스 서포트와 네 개의 에지 서포트가 있는 스트링거가 있는 스킨을 정의합니다. 완료되면 히스토리 트리에 나타납니다.
3단계: 3D 매트릭스를 위한 솔리드 섹션, 스킨을 위한 쉘 섹션, 스트링거를 위한 빔 섹션을 정의합니다. 세 가지 섹션 할당을 사용하여 이러한 섹션을 각 지오메트리에 할당합니다. 두께 및 빔 단면 매개 변수를 적절히 사용합니다. 주어진 문제에서는 2mm 두께와 적절한 방향의 오프셋을 가진 셸과 반경 1mm의 원형 빔을 사용했습니다.
4단계: 이것은 놓치기 쉬운 중요한 정보입니다. 아래와 같이 스트링거의 빔 방향 벡터를 정의합니다. 이 기능은 속성 모듈에 있습니다. CAE는 빔 방향과 일치하지 않아야 하는 “n1” 벡터를 정의하라는 메시지를 표시합니다. “n1″은 스트링거에 수직인 평면에 투영되며 단면 프로파일의 면적의 주 최대 모멘트 방향으로 간주됩니다.. 이 문제에서 전역 Z는 스트링거 방향입니다. 단면이 원형이므로 글로벌 X 또는 글로벌 Y를 n1의 편리한 정의로 사용할 수 있습니다. 그러나 C 채널, I 채널 또는 L 채널과 같은 단면의 경우 n1 벡터를 올바르게 정의하여 공간에서 채널의 방향을 올바르게 지정해야 합니다.
STEP5: 지오메트리를 렌더링하여 스킨과 스트링거가 올바르게 정의되었는지 확인합니다. ‘보기’ 풀다운 메뉴에서 부품 표시 옵션으로 이동하여 그림과 같이 이상화 옵션을 확인합니다.
모든 것이 올바르면 모델이 아래와 같이 표시되어야 합니다:
6단계: 이제 모델을 메싱할 준비가 되었습니다. 약간의 사전 메시 작업이 필요하지만 이제 사용자는 스킨과 스트링거를 개별적으로 메시하고 노드를 연결하는 것에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 평소처럼 3D 매트릭스를 메시화하기만 하면 됩니다. 스킨과 스트링거에 해당하는 메시가 자동으로 정의되고 3D 블록 매트릭스에 연결됩니다.
7단계: 엘리먼트에 대한 쿼리를 실행하여 모든 엘리먼트 토폴로지를 확인합니다. 이 모델의 경우 요소 세부 정보는 다음과 같습니다. 이제 모델이 다음 단계의 시뮬레이션을 수행할 준비가 되었습니다.
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