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2015 SIMULIA Regional User Meeting Korea Seoul Intercontinental COEX Hotel
October 23rd , 2015
Simulation powers Innovation
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201
5 From Solve to Innovate:
Use the Power of the Portfolio
2015/10/23 Florian JURECKA
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일반적인 개발 프로세스
2
1
Product Requirements Definition
CAD Design based on Design
Engineer’s Experience
3
Virtual Testing through
Simulation
4
Prototyping, Testing, Final
Validation 5
Start of Production
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개발 프로세스에서 시뮬레이션의 역할
2
Design Optimization for Design Concepts
3
Extensive Virtual Testing
through Simulation (FEA, Fatigue & Durability,
MBS, …)
1
Product Requirements Definition
4
Prototyping, Testing, Final
Validation 5
Start of Production
5
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Simulation Powers Innovation
Realistic simulation의 적용 범위 확장
Broaden your innovation toolset
• 개념설계 최적화
• 상세설계 최적화
• 피로 내구 해석
• 프로세스 통합 및 자동화
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SIMULIA’s Power of the Portfolio
제품 수명 예측 •Fatigue Analysis •Durability Prediction fe-safe
비 파라미터 구조 최적화
Tosca Structure •Structural Optimization •Conceptual & Detailed Design •Topology, Sizing, Shape, Bead Optimization
프로세스 자동화 & 설계 최적화 Isight
•Design/Runtime Gateway •Application Components •Process Drivers
지속적인 기술 선도 & 혁신
다양한 물리현상, Co-Simulation 가능
Abaqus
•Abaqus/CAE •Abaqus/Standard •Abaqus/Explicit •Abaqus/CFD •CEL, FSI, SPH, EMAG
비 파라미터 유동 최적화 Tosca Fluid
•Fluid Flow Topology Optimization •Conceptual Design for Guided Flows
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SIMULIA’s Power of the Portfolio
제품 수명 예측 •Fatigue Analysis •Durability Prediction fe-safe
비 파라미터 구조 최적화
Tosca Structure •Structural Optimization •Conceptual & Detailed Design •Topology, Sizing, Shape, Bead Optimization
프로세스 자동화 & 설계 최적화 Isight
•Design/Runtime Gateway •Application Components •Process Drivers
지속적인 기술 선도 & 혁신
다양한 물리현상, Co-Simulation 가능
Abaqus
•Abaqus/CAE •Abaqus/Standard •Abaqus/Explicit •Abaqus/CFD •CEL, FSI, SPH, EMAG
비 파라미터 유동 최적화 Tosca Fluid
•Fluid Flow Topology Optimization •Conceptual Design for Guided Flows
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SIMULIA’s Power of the Portfolio
Isight
Abaqus
Tosca Structure
Tosca Fluid fe-safe
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통합 라이선스 패키지 (Power of the Portfolio)
‘SIMULIA Extended Packaging’
Interactive Abaqus/CAE Extended (QAX)
concurrent license for SIMULIA’s graphical user
interfaces
Compute Extended Tokens (QXT)
accessing the Power of the Portfolio computation engines
각 솔루션의 GUI(graphical user interface) • Abaqus/CAE • Isight Design & Runtime UI • fe-safe Interactive UI
각 솔루션의 솔버(Solver) • Abaqus 솔버 • Isight 프로세스 실행 • Tosca Structure 최적화 작업 • Tosca Fluid 최적화 작업 • fe-safe 피로 내구 해석
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적용 사례 :
Motorcycle Brake Rotor
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개발 과정
Design Creation
Thermal Analysis
Structural Analysis
Durability Analysis
Squeal Analysis CFD
Analysis
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개발 과정
Geometry Creation
Thermal Analysis
Structural Analysis
First sketch
Disc improvement
Carrier improvement
Final design
Topology Optimization
Parametric Optimization
Durability Analysis
Squeal Analysis
Parametric Optimization
Pads improvement
Non-parametric Shape Optimization
Isight Abaqus/CFD
Tosca Abaqus
Tosca Abaqus fe-safe
Abaqus/CAE Isight Abaqus
Isight Abaqus
CFD Analysis
Parametric Optimization
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개발 과정
Geometry Creation
Thermal Analysis
Structural Analysis
Topology Optimization
Durability Analysis
Parametric Optimization
First sketch
Disc improvement
Carrier improvement
Tosca Abaqus
Tosca Abaqus fe-safe
Abaqus/CAE Isight Abaqus
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Brake Rotor
부품
pads
button
disc
carrier
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기하 형상과 파라미터 지정
Disc 파라미터 최적화
Carrier 위상 최적화
Carrier 내구 평가
작업 단계
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기하 형상과 파라미터 지정
Disc 파라미터 최적화
Carrier 위상 최적화
Carrier 내구 평가
작업 단계
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기하 형상
Abaqus/CAE로 기하 형상 모델링
반복 패턴과 축대칭 모델:
동일한 파트를 여러 번 사용 (disc, carrier, buttons, cutters, etc)
Boolean operations (기하 형상 삭제)
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기하 형상과 파라미터 지정
Disc 파라미터 최적화
Carrier 위상 최적화
Carrier 내구 평가
작업 단계
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열해석 모델
제동 후 냉각:
초기 온도장 – 제동 후 디스크가 가열된 상태
대류에 의한 냉각 – 표면에 대류 조건 적용
과도 열전달 해석
t = 0s t = 15s
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기하 형상 파라미터
Vent holes
Vent hole 개수 Vent hole 위치 Vent hole 반지름
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Isight 설정
userscript_cae_pre.py
• Driver component 에서 파라미터 값 읽음
• 파이썬 스크립트에서 변수 변경
Data Exchanger
• 제동 면 계산
• 냉각 면 계산
Calculator
•설계 변경
•OLH: 설계 영역 탐색
DOE
• 수정된 파이썬 스크립스 실행
• .cae file 생성 및 갱신
• Abaqus job 파일 생성 및 실행
• .odb file에 해석 결과 저장
Abaqus
•.odb 파일에서 최대 온도를 구하는 스크립트
Simcode
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최적화 설정 및 결과
특정 시간에서 최대 온도를 최소화
구속 조건 : 구멍은 제동 면의 5% 이내
maxT = 294 C maxT = 281 C
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DOE 결과 분석
Response surface with overplayed constraints
냉각 영역과 제동 영역의 온도 교환 가시화
최소 온도와 제동 영역 구속 조건을 위해서 파라미터 고정 (구멍 개수 및 반지름)
구멍의 최적 위치(각도)
냉각 및 제동 영역에 영향 없음
온도에 의한 영향 추가
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자동화, 설계안 탐색 및 파라미터 최적화
기대 효과
수많은 설계 방안 탐색 대안을 찾음으로써 가능한 옵션 확장
입력과 출력 사이의 상관관계 확인 부품 또는 시스템의 거동 이해
파라미터 개수 감소 복잡성 감소
최적 설계 결과 획득 상충되는 목표를 만족하는 최고의 옵션을 찾음으로써 설계 향상
계산 시간이 오래 소요되는 시뮬레이션을 대체하기 위한 정확한 모델 계산 시간 감소
시뮬레이션 자동 실행 시간 절약
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기하 형상과 파라미터 지정
Disc 파라미터 최적화
Carrier 위상 최적화
Carrier 내구 평가
작업 단계
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구조 해석 모델 부품:
Carrier – 휠의 토크를 받는 부분
Disc 는 pad에 의해서 정지
Pads 는 정지시키기 위하여 디스크에 하중 부여
Buttons
floating – disc와 carrier 사이에는 대류가 없음
carrier 와 disc 사이에는 contact 에 의한 shear force가 전달
pads
button disc
carrier
bolt
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.: 3
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위상 최적화
설정
Abaqus/CAE에서 실행 및 후처리
설계 영역 : Carrier
목적 함수 : 중량 최소화
구속 조건 : 회전 강성 (반작용 모멘트)
기하학적 구속 :
Stamping 제조 가능성
회전 순환 대칭
최소 member 사이즈
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.: 3
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위상 최적화
결과 제동 하중을 전달하는 spoke의 가장 효율적인 위치와 형상
초기 중량 대비 50%
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.: 3
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위상 최적화
기대 효과
초기 개념 설계를 빠르게 수행 가능
가장 효율적인 재료 분포를 통하여 최대 강성 및 최소 중량 설계가 가능
제조 가능성 보장
CAD 시스템으로 피드백
Abaqus/CAE 단일 환경에서 유한요소 해석과 최적화의 설정, 해석 및 후처리 가능
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.: 3
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기하 형상과 파라미터 지정
Disc 파라미터 최적화
Carrier 위상 최적화
Carrier 내구 평가
작업 단계
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M/S
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제동 하중 근사 가정 –bike
제동 시간 - 3-4 seconds
Motorcycle + 운전자
총 중량 - 400 Kg
속도 - 45 m/s
타이어 반경 - 0.4318 m
유효 Rotor 반경 - 0.15 m
제동 거리 - 67.5 meters
완전 정지 전 25 회전
목표 수명 - 200,000-300,000 braking cycles
5M – 7.5M cycles
𝐹𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟 =60%
12
𝑀𝑣02
2𝑟𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟𝑟𝑡𝑖𝑟𝑒
𝑣0𝑡𝑠𝑡𝑜𝑝 −12
𝑣0𝑡𝑠𝑡𝑜𝑝
𝑡𝑠𝑡𝑜𝑝2
𝐹𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟 = 5181.6 𝑁
𝑁 = 0.6𝑀𝑔 = 2352𝑁
𝐹𝑡𝑖𝑟𝑒 = 0.6𝑀𝑔𝜇 = 940.8𝑁
2𝐹𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟
𝐹𝑡𝑖𝑟𝑒 𝑁
Details according to “T.J. Mackin et al./ Engineering Failure Analysis 9 (2002) 63-76”
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유한 요소 해석
𝑁
2𝐹𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟
𝐹𝑡𝑖𝑟𝑒
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응력 결과
Von Mises
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피로 해석 결과
목표 수명 - 300k
Log-life FOS
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요약
Topology Optimization
Durability Analysis
Parametric Optimization
Geometry Creation
First sketch
Disc improvement
Carrier improvement
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Simulation Powers Innovation
Realistic simulation의 적용 범위 확장
Broaden your innovation toolset
• 개념설계 최적화
• 상세설계 최적화
• 피로 내구 해석
• 프로세스 통합 및 자동화
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