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기계공학실험1-CAE를 활용한 다중 물리 해석

구조물에서의 응력-변형률 해석OOOOO대학교 OOO학과(제출일: 20XX년 XX월 XX일)개요: CAE(Computer Aided Engineering)란 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 설계하고자하는 제품에 관련된 공학 문제를 가상으로 시뮬레이션하여 제품 개발 시간 및 비용 단축의 효과와 최적의 제품 설계안을 도출할 수 있도록 도와주는 프로그램인데, 이 프로그램을 이용하여 Rench의 재료물성과 작용하는 응력에 따라 어느 부분에서 얼마나 변형할지 다중물리(Multiphysics)해석을 통해 알아볼 것 이다. 다중물리(Multiphysics)해석이란 한 시스템 내에 복수의 물리 현상이 서로 영향을 주며 복합적으로 작용하는 현상을 해석하는 것이다. 다음으로 실험할 구조물은 Bracket의 피로에 대해 해석을 할 것이다.피로란 오랜 시간 동나 응력 및 변형률 사이클이 반복된 후에 파손되는 것을 의미한다. 이 실험을 통해 하중의 크기와 반복하중의 횟수의 따른 구조물 내의 특정 위치에서의 k값에 따른 파괴한계와 파괴지점을 알아보고, 피로 한도를 그래프로 나타내어 피로한계위치를 알아볼 것이다.1. 서 론CAE를 활요한 다중 물리 해석: 구조해석1.1 구조물에서의 응력-변형률 해석해석 구조물을 생성한 후 재료 물성을 입력한다. 그 다음 경계조건을 입력한 뒤 Calculation한다. 마지막으로 Post-processing기능을 사용하여 후처리를 한다.1.2 구조물에서의 피로한계 해석Bracket이라는 해석할 구조물을 생성한 후 CAE프로그램을 이용하여 해석하여 반복하중과 k값에 따른 피로한계와 피로파괴지점을 알아보고 피로한계그래프도 그려볼 것이다.2. 본 론CAE(Computer Aided Engineering)란 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 설계하고자하는 제품에 관련된 공학 문제를 가상으로 시뮬레이션 하여 제품 개발 시간 및 비용 단축의 효과와 최적의 제품 설계안을 도출할 수 있도록 도와주는 프로그램이다. 이번 실험은 Rench와 Bracket 두 구조물에 대해 각각 응력-변형률 해석과 피로해석을 할 것이다.Rench - CAE(Computer Aided Engineering)를 사용하여 Rench 구조물을 생성하고 재료 물성을 structure Steel로 적용하고, parameters 클릭하여 하중을 150[N]을 입력해준다.다음으로 fix constraint를 추가한 뒤 Wireframe rendering기능을 이용하여 bolt와 rench가 맞닿는 부분을 선택한 후 boundary load를 추가하고 하중을 작용할 위치를 선택하고, Load type을 total force로 바꾸어준다. 그 다음 Meshing 작업을 통해 해석할 구조물을 finer크기로 바꾸고 적용시키면 figure 1처럼 Mesh가 생성된다. multigrid 1 탭을 생성한 뒤 calculation을 한다. 해석 완료 후 기본으로 Von-mises stress와 구조물의 형상 변화가 figure 2처럼 plot 된다. 마지막으로 Post-processing 기능으로 3D Plot Group 2 탭을 생성하고 Surface 1탭을 생성해서 First principal strain을 plot하면 주변형률(principal strain) 분포가 figure 3과 같이 해석된다. 이 해석정보를 이용하여 Rench에서의 응력과 변형률사이의 관계를 알 수 있고, 어느 지점에서 제일 많은 변형이 일어나는지 쉽게 확인 할 수 있다.Bracket ? 이 실험은 피로에 따른 변형에 대해 알아보는 실험이다. 이 실험에서 가장 중요한 변수는 반복 응력이다. 우선 해석할 구조물인Bracket을 생성한 뒤 parameters탭에서 para와 k의 칸을 생성하고 Expression 값을 입력한다. 그 다음 Analytic탭에서 앞부분에 para 라는 변수를 곱해준다. Distribution을 생성한 후 구조물의 28, 29, 97, 98영역을 선택해주고, Number of elements 값Fig. 1 Rench: MeshFig. 2 Surface: von Mises stress (MPa)을 5에서 10으로 변경해주는데 이 수치는 얼마나 잘게 구조물을 나눌지 결정해주는 값이다. 그 후 Mesh 1 Size를 finer로 바꾸고 Build All을 해주면 figure 4처럼 Mesh가 생성된다.. 다음 Stationary 탭에서 sweep을 para로 선택하고 0.1 값을 입력하고, Compute를 실행하면 figure 5와 같이 Von-Mises stress 분포가 나타난다. 다음 Bracket fatigue sn curve 파일을 불러와서 선형적으로 어떻게 바뀌는지 figure 6을 통해 한 눈에 피로 한도 선도를 볼 수 있다. 마지막으로 Fatigue 탭에서 stress-Life을 선택 후 All-boundaries 클릭한 다음 해석을 진행하면 k=0.28 일 때 피로 수명이 figure 7처럼 나타난다는 것을 알 수 있다.

공학/기술| 2020.10.03| 3페이지| 1,000원| 조회(359)

기계공학실험, 구조물, 응력, 해석, CAE, 변형률

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