다중물리

알테어는 다중물리 시뮬레이션 분야의 선두 주자로, 다분야 최적화 응용 분야를 비롯하여 다양한 물리 영역에 대한 광범위하고 포괄적인 소프트웨어 솔루션을 제공합니다.

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CFD와 다물체 동역학 솔버를 사용한 탱커 트럭 슬로싱 시뮬레이션 다음 백서는 차선 변경 동작을 수행하는 간소화된 탱커 트럭의 다중물리 분석을 제시합니다. 양방향으로 연결된 CFD와 MBD 솔버를 사용하여 차선 변경 동작 시 자동차의 반응을 계산합니다. Read the White Paper
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자동차 OEM 업계를 위한 알테어의 동종 최강 NVH 설계 프로세스용 솔루션 이 워크샵에서는 NVH 분야의 최대 난제를 해결하기 위한 알테어의 모든 주파수 및 다중물리 솔루션을 소개했습니다. View the ATC 2015 Presentation
알테어의 스마트 멀티피직스는 복잡한 다분야 및 다중물리 분석과 구조물, 유체, 온도, 멀티바디 시스템, 음향, 제어, 유압 및 전자기장 등의 다양한 물리적 현상이 결합된 설계 문제를 해결하기 위해 동종 최고의 솔루션을 사용할 수 있도록 합니다. 모든 솔루션은 복잡훈 제품 설계에 사용하기 위해 설계되었으므로 다분야 최적화와 긴밀하게 통합됩니다.

단일한 오픈 아키텍처 다중물리 플랫폼에 구현된 알테어 스마트 멀티피직스는 알테어와 알테어의 귀중한 파트너가 제공하는 단일 물리 솔루션에서 요구하는 품질, 안정성 및 확장성을 극대화하는 동시에, 복잡한 실제 엔지니어링 문제를 신속하고 효과적으로 해결할 수 있는 최고의 연결 및 최적화를 제공합니다.

Quote
“과거에는 동적 분석 대부분을 시험이나 위탁에 의존했습니다. 이제 하이퍼크래시를 사용하여 실제 시험을 반영하기 위해 동적 분석을 시뮬레이션할 수 있습니다.”

–Spencer Ashie-Winns, Structural Engineering Manager

American Railcar


케이스 스터디 보기


갱도

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최적화 가능한 다중물리 유체 구조 상호작용 시스템 시뮬레이션 및 제어 NVH를 사용한 공력 소음 분석 열 전달 및 구조 분석 선형 및 비선형 접촉 페코를 사용한 케이블 연결 시뮬레이션 충돌 및 충격 분석(Dallara Automobili 제공)
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유체 구조 상호작용

유체 구조 상호작용(FSI)은 한 기계 시스템의 거동이 다른 기계 시스템에 미치는 영향 등 기계 시스템의 거동 및 구조 시뮬레이션은 물론, 유체(가스나 액체)의 거동 및 구조 시뮬레이션을 수행합니다. 기류 내에서의 풍력 터빈 블레이드, 비행기의 수면 위 착륙, 에어백 팽창 또는 탱크 슬로싱 등을 예로 들 수 있습니다. 하이퍼웍스는 엔지니어가 유체 구조 상호작용을 면밀히 연구하고 서로 다른 솔루션을 통해 설계할 수 있도록 합니다.

라디오스는 유체 구조 상호작용을 위한 여러 솔루션을 제공합니다. 외연적 시간 적분을 사용하면 1차 단기 이벤트를 시뮬레이션할 수 있습니다. 관련 방법으로는 CEL(Coupled Eulerian Lagrangian), 임의 라그랑지-오일러 방법(ALE), SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 및 유한체적법(FVM)이 있습니다. 후자는 에어백 시뮬레이션에 구현되어 있습니다. 항공기 비상 착륙, 에어백 팽창 및 조류 충돌을 예로 들 수 있습니다.

아큐솔브는 범용 계산유체역학(CFD) 솔버입니다. 아큐솔브는 코드 결합을 통해 FSI 문제룰 해결할 수 있으며 이것이 바로 아큐솔브의 주요 강점입니다.

아큐솔브는 2가지 유형의 구조 결합을 제공합니다.

  1. 실용적 FSI(P-FSI): 구조의 모달 감소를 이용합니다. 이 방법은 구조 내에서 부분구조모드합성(Component Mode Synthesis) 및 멀티바디 시뮬레이션과 동일하게 동작합니다. 모달 공간에서 구조가 감소하고 인터페이스 노드를 통해 유체 영역에 결합됩니다. 구조적 거동은 선형만 가능합니다. 풍력 터빈 블레이드, 상승 와류가 유도한 진동 및 충격 흡수 장치를 예로 들 수 있습니다.

  2. 직접 결합(D-FSI): 아큐솔브 코드 결합 인터페이스는 다른 솔버와의 편리한 상호작용을 제공합니다. 이 결합은 아큐솔브와 결합한 솔버 둘 다 시간에 따른 단계별 진행을 거치며 각 시간 단계에서 평형을 이룰 때까지 반복하는 동시 시뮬레이션입니다. 알테어 솔버 내에서 라디오스옵티스트럭트가 아큐솔브와 결합됩니다. 타사 솔버 인터페이스도 구현되어 있습니다. 해저 오일 파이프라인 움직임, 항공기 날개/방향타 시뮬레이션, 혈관 내 흐름 및 경주용 자동차 윙 공기역학을 예로 들 수 있습니다.

D-FSI의 다른 응용 분야로는 모션솔브와 아큐솔브의 결합을 통한 CFD와 멀티바디 시뮬레이션 결합이 있습니다. 초기 프로젝트에는 탱크 슬로싱과 풍동 내에서의 차선 변경이 포함됩니다.

시스템 시뮬레이션 및 제어

3D 모델링을 이용한 시뮬레이션 외에도 물리학과 제품 설계를 이해할 수 있는 방법은 많습니다. 소위 1D 시뮬레이션이라 불리는 방법도 제품 설계 시 넓은 범위에서 사용됩니다. 여기에는 질량, 스프링 및 댐퍼를 사용한 기계 시스템 모델링처럼 물리학에 기초한 모델링과 컨트롤 등의 신호 기반 모델링이 있습니다.

고유한 알테어 기술을 사용하면 한 지붕 아래에서 3D와 1D 시뮬레이션을 함께 사용할 수 있습니다. 두 가지 기법을 모두 사용하여 복잡한 시스템을 모델링할 수 있습니다. 비즈심 소프트웨어 제품군은 알테어 3D 솔버와 결합하여 동시 시뮬레이션 환경을 생성합니다. 가장 확실한 활용 사례는 컨트롤과 멀티바디 시뮬레이션의 결합입니다. 이 결합에는 비즈심 시뮬레이트 블록 다이어그램에 모션솔브 모델을 포함할 수 있는 알테어 모션솔브가 사용됩니다.

이러한 시뮬레이션의 예는 다음과 같습니다.

  • 드론의 비행 제어

  • 엔진 컨트롤

  • 비행기 자동조타장치

물론, 이러한 동시 시뮬레이션에는 타사 제어 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 수행하기 위해 해당 인터페이스를 사용할 수 있습니다.

동시 시뮬레이션은 3D 유한요소 솔버와 컨트롤을 결합할 때 유용합니다. 예를 들어, 자동차 내부의 실내 온도 조절기 시뮬레이션 및 설계와 같은 사용자 정의 기능을 사용하여 아큐솔브와 컨트롤을 결합할 수 있습니다.

ChassisSim은 자동차가 움직이기 전에 레이싱 팀과 자동차 역학 엔지니어가 자동차 거동의 모든 측면을 시뮬레이션할 수 있는 다물체 자동차 역학 소프트웨어입니다.

모션솔브 및 DSHplus - DSHplus는 결과로 발생한 유압식 힘과 움직임의 제어를 제공하는 데 사용되며 모션솔브는 변위 및 속도 정보를 제공하기 위해 사용됩니다.

연체

컴퓨터 지원 엔지니어링(CAE)에서 정확성과 시뮬레이션 효율성은 중요한 요소입니다. 정확도를 크게 희생하지 않고 계산 작업을 경감하기 위한 한 가지 방법은 변형 가능한 구조를 감소된 형태로 표현하는 것입니다. 이러한 감소는 주로 모달 공간으로 구조 변형 또는 정적 감소나 이 두 가지를 모두 수행해 달성합니다. 이 절차에는 연체(Flexible-body), 초요소(Super-element), 실용적인 유체 구조 상호작용(P-FSI), 부분구조모드합성(Component Mode Synthesis) 등 맥락에 따라 서로 다른 여러 용어가 사용됩니다. 멀티바디 시뮬레이션에서 일반적으로 사용되기 때문에 알테어에서는 연체라는 용어를 사용합니다.

옵티스트럭트는 주로 연체 생성에 사용됩니다. 응용 분야에 따라 연체는 여러 시뮬레이션에서 사용될 수 있습니다. 모션솔브에서는 다물체 동역학에 사용되고, 옵티스트럭트에서는 정적 시뮬레이션 및 동적 시뮬레이션에 대한 초요소 기법으로 사용되며, 아큐솔브에서는 P-FSI에 사용되고, 라디오스에서는 선형적으로 구조의 부품을 줄이기 위해 사용됩니다.옵티스트럭트 연체는 여러 파트너 및 타사 애플리케이션과도 호환 가능합니다.

예는 다음과 같습니다.

  • 유체 구조 상호작용

  • 자동차 서스펜션 및 폐쇄 구성 요소

  • 항공기 날개 굴절

  • 풀 바디 NVH

  • 연소 엔진 시뮬레이션

공력 소음 해석

전산 공력 소음 해석(Computational Aeroacoustics, CAA)은 소리의 시작과 유체 흐름에 기반한 소리 전파나 소리의 표면 주변 전파를 시뮬레이션으로 표현합니다. 이 분야에는 소리 시작과 소리 전파 모두에 대한 시뮬레이션 도구가 필요합니다. 일반적으로, 이러한 도구들은 별도의 도구로 구현되어 있습니다. 따라서, CFD로 초기 음압을 얻기 위한 시뮬레이션을 수행한 후 최종 음압 다운스트림을 계산하기 위해 소음 전파 시뮬레이션을 수행합니다.

아큐솔브는 범용 계산유체역학(CFD) 솔버로, 개체 주변의 기류에 따른 초기 음압 계산에 사용됩니다. AcuFWH는 아큐솔브에 포함된 공력 소음 해석 솔버로, 아큐솔브 CFD 시뮬레이션을 통해 계산된 초기 음압을 사용한 소리 전파 시뮬레이션에 이용됩니다. 알테어 옵티스트럭트는 구조적 반응을 연구하기 위해 사용할 수도 있습니다.

알테어 라디오스에도 임시 라그랑지-오일러(Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)법을 사용하는 CAA 기능이 포함되어 있습니다. 예는 공기가 생성하는 노즈를 연구하기 위한 장애물 위의 기류입니다.

옵티스트럭트 및 Coustyx - Coustyx를 옵티스트럭트와 결합하면 차창을 통해 자동차 외부로부터 내부로 전달되는 소음을 계산할 수 있습니다. 파워트레인 외함에서 방사되는 소음을 계산하여 소음 방사 예측(Noise Radiation Prediction)도 수행할 수 있습니다.

공력 소음의 예는 다음과 같습니다.

  • 자동차 안에서 운전자 귀에 들리는 소음

  • HVAC 소음

  • 착륙 장치에서 발생하는 소음

  • 휘파람 현상(Whistle phenomena)

열적 기계 변형 시뮬레이션

열 변형력 시뮬레이션은 열팽창으로 인한 커플링을 포함하여 기계적 부하와 열 부하가 결합하여 발생한 영향에 따라 솔리드의 변형 및 응력을 캡처합니다. 알테어의 구조 분석 솔버인 옵티스트럭트는 하나의 시뮬레이션을 통해 열물리학과 기계물리학 모두를 해결할 수 있는 기능을 제공합니다. 이렇게 하면 엔지니어는 기계 영역과 열 영역으로부터의 부하에 따른 구조의 거동 방식을 파악할 수 있습니다.

구조-열 응용 분야의 예는 다음과 같습니다.

  • 엔진 매니폴드

  • 회로 구성 요소

  • 항공기 엔진 구성 요소

  • 위성/우주선

  • 건설/채굴 장비

ElectroFlo는 TES에서 제공하는 전자장치 냉각 패키지로, 전력 밀도가 높은 응용 분야를 위해 설계되었습니다. ElectroFlo는 결합된 열/전기적 분석력과 객체 지향형 GUI를 결합한 열 분석 소프트웨어입니다.

옵티스트럭트 및 JMAG - 이 둘을 결합하면 엔지니어는 시스템의 구조적 거동과 열적 거동에 대한 전자기 영향을 연구할 수 있습니다. JMAG에서 옵티스트럭트로 전자기력과 손실을 전달하면, 전자 장비 내의 진동 소음을 평가하고 최소화할 수 있습니다.

TAITherm은 ThermoAnalytics에서 제공하는 열 시뮬레이션 도구로, 정상 상태 및 순시 열 전달 조건에서 광범위한 CAE 분석을 수행하기 위해 사용됩니다. TAITherm은 방사, 전도 및 대류에 대한 완전한 온도 분포 및 열소비율을 제공합니다.

ThermoFlo는 TES에서 제공하는 열 및 유체 흐름 분석 소프트웨어 패키지로, 1D 시스템 모델링 접근 방식을 사용합니다. 따라서 사용자는 전체 3D 모델을 생성하지 않고 구성 요소 기반 접근 방식을 사용할 수 있습니다.

유체역학 및 열 시뮬레이션

유체 역학 및 열 시뮬레이션은 유체 흐름과 유체 온도를 동시 계산할 수 있습니다. 엔지니어링 문제 중 다수에는 주어진 시간 이후 흐름과 온도가 거동하는 방식에 대한 이해가 필요합니다. 알테어 아큐솔브 CFD 솔버는 엔지니어가 유체 흐름과 유체 온도 거동 모두를 동시에 파악할 수 있도록 합니다.

아큐솔브 및 JMAG - JMAG와 아큐솔브 인터페이스는 이후 열/흐름 분석을 위해 JMAG로부터 전달되는 전자기 손실을 아큐솔브에서 열원으로 매핑합니다.

아큐솔브 및 TAITherm - 공기 온도가 아닌 승차감에 따라 개선된 자동차 운전석을 설계하기 위해 TAITherm에 아큐솔브를 결합합니다.

CFD-열 응용 분야의 예:

  • 전자 회로 열 관리

  • HVAC 시스템

  • 엔진 냉각

  • 조명 열 관리

보완 솔루션

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