Ansys Mechanical에서 시뮬레이션을 설정하는 방법: 초보자 가이드

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Ansys Mechanical에서 기본 시뮬레이션 설정하기

이 블로그는 초보자가 Workbench 내에서 Ansys Mechanical을 사용하여 구조 해석을 설정하는 데 필요한 단계별 워크플로우를 이해하는 데 도움을 주기 위해 작성되었습니다. 단일 부품을 해석하든 더 큰 어셈블리로 작업하든, 프로세스는 재료를 정의하고, 지오메트리를 가져오거나 생성하고, 메시를 생성하고, 적절한 구조 경계 조건을 적용하는 것으로 시작됩니다. 이러한 각 단계는 실제 동작을 정확하게 반영하는 유효한 시뮬레이션을 구축하는 데 필수적입니다. 이 가이드는 워크벤치 프로젝트의 기본 설정 및 구성 방법을 안내하여 신규 사용자가 자신 있게 구조 시뮬레이션을 실행할 수 있는 탄탄한 기반을 제공합니다.

이 예제에서는 다음 CAD 파일을 사용합니다:

솔리드 어셈블리.SLDASM

워크벤치 알아보기

Ansys Workbench는 그래픽 프런트 엔드 를 사용하여 시뮬레이션 모듈을 설정, 구성 및 연결할 수 있습니다. 각 유형의 분석(구조, 열, 유체 등)은 다음을 통해 처리됩니다. 모듈 에서 드래그할 수 있습니다. 도구 상자 에 프로젝트 도식.

모듈(예: 스태틱 구조체)을 스키마에 놓으면 다음과 같은 셀각각 시뮬레이션 설정의 다른 단계에 해당합니다:

• 엔지니어링 데이터: 시뮬레이션에 필요한 재료와 재료 속성을 정의합니다.
• 지오메트리: CAD 모델 가져오기, 조정(정리) 또는 생성하기
• 모델: Ansys Mechanical을 열어 재료를 할당하고 설정을 정의합니다.
• 설정: 메시 컨트롤, 경계 조건 및 하중 적용하기
• 솔루션: 모델 풀기
• 결과: 시뮬레이션 결과 보기 및 후처리

이러한 각 셀은 시뮬레이션을 체계적으로 구축하는 데 중요한 역할을 합니다. 각 단계를 개별적으로 자세히 살펴보겠습니다.

엔지니어링 데이터에서 머티리얼 정의하기

시작하려면 엔지니어링 데이터 셀을 두 번 클릭합니다. 을 두 번 클릭하여 머티리얼 에디터를 엽니다. 워크벤치 인터페이스에 새 탭이 열립니다.

여기에서 찾을 수 있습니다:

• A 자료 목록 왼쪽에
• A 속성 편집기 하단의
• A 표 형식 데이터 뷰어 오른쪽 상단의 온도 또는 시간 의존적 속성에 대해

기본적으로 “구조용 강철”이 포함되어 있습니다. 자료를 더 추가하려면

1. “엔지니어링 데이터 소스” 버튼을 클릭합니다(아래 참조).
2. 사용 가능한 자료 라이브러리를 찾아봅니다(예, 그란타 샘플 머티리얼)에서 시뮬레이션에 사용하려는 재료에 대한 샘플을 확인할 수 있습니다.
3. 머티리얼을 선택하고 노란색 “+”를 클릭하여 프로젝트에 추가합니다.
4. “엔지니어링 데이터 소스”를 끄면 사용 가능한 자료 목록으로 돌아가 추가한 모든 자료를 확인할 수 있습니다.

또는 원하는 자료가 라이브러리에서 제공되지 않는 경우 새 자료를 만들 수도 있습니다. 나만의 자료를 만들려면 다음과 같이 하세요:

1. 자료 목록 페이지에서 “새 자료를 추가하려면 여기를 클릭하세요”라고 표시된 상자를 클릭합니다. 이 새 자료에 이름을 지정합니다.
2. 머티리얼에 이름이 지정되면 각각의 속성을 할당해야 합니다. 추가해야 하는 속성은 실행하려는 분석 유형에 따라 달라집니다. 예를 들어 선형 정적 구조 모델(즉, 응력이 사용 중인 재료의 영 계수를 초과하지 않을 것으로 예상되는 분석)은 어떤 유형의 가소성 데이터도 삽입할 필요가 없습니다. 마찬가지로 모델의 구조적 응답에만 관심이 있고 열 경사도를 고려하지 않을 경우, 열 전도도 등 어떤 유형의 열 특성도 삽입할 필요가 없습니다. 이러한 속성 중 일부를 필터링하려면 ‘엔지니어링 데이터 필터링’ 버튼을 클릭하면 됩니다. 이렇게 하면 필요하지 않은 다른 유형의 물리 속성(예: 열 분석에 필요한 속성)은 제거되지만, 적용 가능한 다른 모든 속성은 그대로 유지됩니다. 정적 구조 모델에 추가해야 하는 최소 속성은 탄성 속성이며, 일반적으로 등방성 재료의 경우 영 계수 및 푸아송 비율로 제공됩니다. ‘선형 탄성’ 아래의 ‘아이소트로픽 탄성’ 모델 추가를 클릭한 다음 노란색 상자에 머티리얼 정보를 입력하면 이 속성을 추가할 수 있습니다.

이 예제에서는 “구리 순수, C10100, 하드” Ansys Granta 재료 시뮬레이션용 데이터(샘플) 라이브러리의 재료를 사용합니다.

Discovery를 통해 지오메트리 임포트

이제 머티리얼 프로퍼티가 할당되었으므로 지오메트리 셀을 이동하여 CAD 모델을 정의할 수 있습니다. 이 예제에서는 미리 빌드된 CAD 모델을 사용하겠습니다. CAD를 가져오려면

1. 마우스 오른쪽 버튼으로 지오메트리 셀 → 선택 새로운 발견 지오메트리
2. Discovery에서 다음 위치로 이동합니다. File → Import External Geometry File
3. 솔리드 어셈블리.SLDASM CAD 파일을 로드합니다.

로드가 완료되면 필요에 따라 지오메트리를 조정할 수 있습니다. 그렇지 않은 경우 바로 Mechanical로 진행할 수 있습니다. 이 예제에서는 CAD 모델을 어떤 방식으로도 조정하지 않습니다. 하지만 이 블로그 에서 지오메트리 준비에 대해 자세히 설명합니다. 또한 이 예제에서 설명한 다른 탄젠트 주제(접점, 메시 등)에 대한 더 유용한 블로그는 블로그 페이지에서 확인할 수 있습니다. 여기.

메카니컬 시작 및 머티리얼 할당

워크벤치로 돌아가서, 머티리얼의 모델 셀을 실행하여 Ansys Mechanical을 시작합니다.

안으로 들어갑니다:

1. 확장 지오메트리 브랜치로 이동하여 파트 보기
2. 부품을 선택하고 세부 정보 창

연락처 및 연결 검토하기

아래에서 연결 브랜치로 이동하면 자동 연락처 정의 Mechanical에서 생성합니다. CAD 모델의 피처 크기에 따라 Mechanical에서 계산한 슬라이더 값을 사용하여 추가됩니다. 슬라이더 값을 포함한 이러한 설정은 트리에서 “연락처” 폴더를 클릭한 다음 세부 정보 창에서 설정을 조정하여 조정할 수 있습니다. 일단 생성되면 개별 부품의 상호 작용 방식(결합, 마찰 등)을 정의합니다. 접점이 없으면 소프트웨어는 어셈블리에서 개별 바디가 서로 상호 작용하는 방식이나 바디 사이에 존재하는 접촉 유형(예: 결합, 마찰 등)을 이해할 수 없습니다.

간단한 모델(이 예제 포함)의 경우 기본값인 bonded 연락으로 충분합니다.

지오메트리 메시 처리하기

Ansys Mechanical에서 시뮬레이션을 풀기 전에 먼저 지오메트리를 다음과 같이 변환해야 합니다. 메쉬로 변환해야 합니다. 메쉬는 소프트웨어가 다양한 부하 및 조건에서 모델의 동작을 근사화하는 데 사용하는 더 작은 개별 요소의 네트워크입니다. 이 프로세스의 핵심은 유한 요소 분석(FEA). 복잡한 형상을 더 간단한 부분(요소)으로 나누면 Ansys는 각 요소의 물리 방정식을 수치적으로 풀고 그 결과를 전체 시스템 응답으로 컴파일할 수 있습니다.

A 좋은 품질의 메시 는 정확하고 안정적인 결과를 얻기 위해 매우 중요합니다. 메시가 좋지 않으면 해결 시간이 길어지거나 수렴 문제가 발생하거나 잘못된 결과가 나올 수 있습니다. 다음과 같은 요인 중요한 영역의 요소 모양, 크기 및 세분화 모두 결과물의 품질에 영향을 미칩니다.

메시 컨트롤을 정의하려면 트리의 메시 브랜치를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하면 됩니다. 이 예제에서는 몇 가지 다른 컨트롤을 추가하는 과정을 통해 이 프로세스의 개요를 살펴 보겠습니다.

1. 트리의 메시 브랜치를 마우스 왼쪽 버튼으로 클릭하고 세부 정보 창으로 이동합니다. 세부 정보 창에서 글로벌 엘리먼트 크기 ~ 3mm
2. 세부 정보 창에서 크기 조정 탭을 열고 적응형 크기 조정
3. 메시 브랜치를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 “메서드”를 삽입합니다. 메시 브랜치 아래에 오브젝트가 나타납니다. 이 오브젝트를 클릭하고 Method 행을 멀티존 옵션으로 변경합니다. 그런 다음 아래와 같이 이 메서드의 범위를 볼트/실린더 본체로 지정합니다.
4. 메시 분기를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 다른 “메서드”를 삽입합니다. 여기서는 패치 컨포밍(사면체) 메서드 를 사용하여 나머지 2개의 바디에 적용합니다.
5. 트리에서 메시 브랜치를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 “메시 생성”을 선택하거나 메시 탭 아래의 리본에서 “생성” 버튼을 클릭하여 메시를 생성합니다.

구조적 경계 조건 적용

지오메트리가 메시화되면 시뮬레이션의 다음 필수 단계는 다음을 정의하는 것입니다. 경계 조건을 정의하는 것입니다. 경계 조건은 다음과 같습니다. 제약 조건, 부하 및 환경 입력으로, 모델이 어떻게 작동할 것으로 예상되는지 Ansys에 알려줍니다. 경계 조건은 다음을 시뮬레이션하는 방법입니다. 실제 물리적 효과 힘, 압력, 온도, 지지대, 변위와 같은 실제 물리적 효과. 이러한 요소가 없으면 모델이 어떻게 반응해야 하는지에 대한 참조가 없어 시뮬레이션을 진행할 수 없습니다.

경계 조건을 올바르게 적용하는 것은 좋은 메시를 갖는 것만큼이나 중요합니다. 다음과 같은 모델 제약 조건 미달 는 비현실적인 강체 움직임을 보일 수 있으며, 반면에 과도하게 제약된 변형에 잘못 저항할 수 있습니다. 결과의 정확성과 신뢰성은 경계 조건이 구성 요소 또는 시스템의 실제 사용 사례를 얼마나 잘 표현하는지에 따라 크게 달라집니다.

이 블로그에서는 간단한 예제를 사용하여 Ansys Mechanical에서 경계 조건 설정의 기본 사항을 소개하고 그 과정을 설명합니다.

1. 마우스 오른쪽 버튼으로 정적 구조 → 삽입 → 고정 서포트를 클릭합니다. 고정 서포트는 어느 서페이스에 적용하든 6개의 구조적 자유도(X, Y, Z의 이동 및 회전)를 모두 제한합니다.
2. 오른쪽 클릭 삽입 → 변위
3. 추가 Gravity 삽입을 통해 → 표준 지구 중력
   • 중력이 작용할 방향을 -Y 방향으로 설정합니다.

솔빙 및 후처리

메시를 설정하고 모든 관련 경계 조건을 적용한 후 워크플로우의 다음 단계는 모델을 풀고 결과를 해석하는 것입니다. 해석은 Ansys가 선택한 물리학의 지배 방정식을 수치적으로 풀어서 정의된 조건에서 시스템이 어떻게 반응할지 계산하는 프로세스를 말합니다. 모델의 복잡성에 따라 솔버를 완료하는 데 몇 초에서 몇 시간까지 걸릴 수 있습니다.

풀이가 완료되면 후처리로 초점이 이동합니다. 이 단계에서는 응력, 변형, 온도 분포, 변형 또는 주파수 응답과 같은 결과에서 의미 있는 정보를 추출합니다. 후처리를 통해 설계의 성능과 의도한 기준을 충족하는지 여부를 파악할 수 있습니다. 또한 응력이 높은 영역이나 예상치 못한 변형 패턴과 같은 우려되는 영역을 식별할 수 있습니다.

설정이 완료되면

해결 후 다음과 같은 후처리 항목을 추가할 수 있습니다:

단위를 조정하고 개별 부품을 분리하여 윤곽 결과를 더 쉽게 해석할 수 있습니다. 또한 결과에 애니메이션을 적용하여 솔루션이 풀릴 때 모델이 어떻게 변형되는지 확인할 수 있습니다.

구조 워크플로 마무리하기

이 단계에서는 Ansys Mechanical에서 구조 시뮬레이션을 설정하고 해결하기 위한 전체 워크플로우를 살펴봤습니다. CAD 지오메트리 가져오기 및 재료 정의부터 고품질 메시 생성 및 구조 경계 조건 적용에 이르기까지 각 단계는 정확하고 신뢰할 수 있는 결과를 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 해결 후에는 결과를 후처리하여 응력, 변형 및 변형과 같은 성능 지표를 평가하는 방법도 살펴봤습니다.

이 기초는 모든 기계 시뮬레이션의 핵심을 형성하며, 이를 숙달하면 향후 더 복잡한 분석에 대비할 수 있습니다. 단일 부품을 검증하든 전체 어셈블리를 시뮬레이션할 준비를 하든 이러한 구조 모델링 기술은 설계에 대한 신뢰를 구축하고 제품 개발 프로세스를 가속화하는 데 필수적입니다.

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