Ansys Mechanical은 더 빠른 시뮬레이션, 더 쉬운 워크플로, 기록 기능을 활용한 스크립팅, 강화된 solver 기능을 제공하는 제품 연동을 중심으로 구조 해석 프로세스를 개선한다. 구조 해석 엔지니어는 복잡한 재료, 최적화 형상, 전자제품 신뢰성 문제를 하나의 연결된 환경에서 더 효율적으로 다룰 수 있다.
이번 기능 개선의 핵심은 세 가지이다.
첫째, 사출 성형으로 제작되는 단섬유 강화 플라스틱 부품을 더 정확하게 해석하는 워크플로이다.
둘째, 위상 최적화 결과를 CAD 형상으로 되돌리는 Back to CAD 기능이다.
셋째, Ansys Sherlock 및 LS-DYNA 연동을 통해 전자제품 신뢰성 해석 흐름을 강화하는 기능이다.
1. 단섬유 강화 복합재 워크플로
단섬유 강화 플라스틱은 소비재, 자동차 부품, 항공기, 휴대용 전자기기 등 다양한 제품에 사용된다. 이러한 부품은 가볍고 강성이 높으며, 제조 효율도 좋다. 하지만 사출 성형 공정을 거치면서 섬유 방향과 밀도가 부품 내부에서 달라지기 때문에, 실제 성능을 예측하려면 제조 공정 정보를 구조 해석에 반영해야 한다.
Ansys Mechanical 2021 R1은 사출 성형으로 만들어진 플라스틱 부품을 더 쉽고 정확하게 시뮬레이션할 수 있도록 지원한다. 이를 통해 엔지니어는 플라스틱 부품의 변형을 평가하고, 실제 사용 조건에서 발생할 수 있는 잠재 고장 지점을 예측할 수 있다.
사출 성형 공정을 통해 제작된 섬유 강화 플라스틱 부품을 시뮬레이션할 수 있다.
사출 성형 데이터를 구조 해석에 반영하는 방식
단섬유 강화 복합재 해석에서 중요한 정보는 섬유 방향(fiber orientation)과 섬유 밀도(fiber density)이다. 이 정보는 사출 성형 해석 결과에서 가져와 Mechanical의 유한요소 메시 위에 매핑한다.
각 요소에는 해당 위치의 섬유 방향과 밀도에 맞는 재료 거동이 적용된다.
이 워크플로는 Moldflow, Moldex3D, Sigmasoft, Cadmould 같은 사출 성형 모델링 소프트웨어 데이터를 지원한다. 복잡한 플라스틱 재료 거동은 Ansys Material Designer의 multiscale analysis를 통해 계산할 수 있다.
이렇게 계산된 재료 모델은 부품 전체 또는 조립품에 적용되어, 제조와 시험 이전 단계에서 부품 성능을 예측하는 데 활용된다.
단섬유 강화 복합재 해석이 중요한 이유
사출 성형 플라스틱 부품은 동일한 재료를 사용하더라도 섬유 배열에 따라 강도와 변형 특성이 달라진다. 따라서 균일한 등방성 재료로 단순화하면 실제 부품 거동과 차이가 생길 수 있다.
Ansys Mechanical의 단섬유 강화 복합재 워크플로는 제조 공정 정보를 구조 해석으로 연결한다.
이를 통해 부품의 변형, 하중 전달, 잠재 고장 위치를 더 현실적으로 예측할 수 있다. 자동차 헤드램프 하우징, 전자제품 케이스, 항공기 내장 부품처럼 경량화와 강성이 동시에 필요한 제품에서 유용하다.
2. Back to CAD 워크플로
위상 최적화는 주어진 하중, 제약 조건, 설계 공간 안에서 재료를 어디에 남기고 어디에서 제거할지 찾는 방법이다. 이 방식은 가볍고 효율적인 구조를 만드는 데 유리하지만, 최적화 결과는 일반적인 CAD 형상과 다르게 거칠고 유기적인 형태로 나타나는 경우가 많다.
Back to CAD 워크플로는 이러한 위상 최적화 결과를 CAD 형상으로 되돌리는 기능이다. Ansys SpaceClaim 안에서 제공되며, 최적화 결과를 검증 시뮬레이션에 사용할 수 있는 CAD geometry로 변환하거나, 적층 제조 준비 단계로 이어갈 수 있다.
Autoskin 기능으로 형상 재생성 시간 단축
Back to CAD에서 핵심이 되는 기능은 autoskin이다. 이 기능은 사용자가 최적화 결과를 다시 CAD로 만들기 위해 수동으로 형상을 재구성하는 시간을 줄인다. 최적화 형상은 그대로 제조에 사용하기 어려운 경우가 많기 때문에, 설계자는 이를 매끄럽고 편집 가능한 CAD 형상으로 바꿔야 한다.
Autoskin 기능을 활용하면 위상 최적화 결과를 기반으로 CAD 형상을 빠르게 생성할 수 있다. 이후 생성된 형상은 추가 검증 해석에 사용하거나, 적층 제조를 위한 설계 검토로 이어갈 수 있다.
Generative design으로 확장되는 구조 최적화
Ansys Mechanical에서는 level-set 기반 solver를 포함한 여러 도구와 옵션으로 위상 최적화를 수행할 수 있다.
여기에 Ansys optiSLang을 함께 사용하면 다양한 설계 시나리오와 옵션을 파라메트릭하게 실행할 수 있다.
또한 Ansys Distributed Compute Services(DCS)를 활용하면 대규모 평가를 실행하고, 선택한 후보 설계를 SpaceClaim을 통해 CAD로 되돌릴 수 있다.
이 워크플로는 generative design의 핵심 흐름과 연결된다. 엔지니어는 수많은 설계 후보를 탐색하고, 성능이 좋은 후보를 선택한 뒤, 실제 설계와 제조에 활용 가능한 CAD 형상으로 전환할 수 있다.
3. 전자제품 신뢰성 워크플로를 위한 제품 연동 강화
Ansys Mechanical 2021 R1은 전자제품 신뢰성 해석을 위한 제품 연동도 강화한다.
Workbench 안의 Ansys Sherlock 플러그인을 통해 Sherlock의 automated design analysis 기능에 접근할 수 있으며, Mechanical의 random vibration capability를 함께 활용할 수 있다.
이를 통해 하나의 인터페이스 안에서 전자제품 신뢰성 해석 기능을 더 쉽게 사용할 수 있다.
전자제품은 열, 진동, 충격, 납땜 접합부 피로, PCB 구조 등 다양한 요인의 영향을 받는다.
따라서 전자제품 신뢰성은 단순 구조 해석과 다르게 부품, 회로기판, 조립 조건, 사용 환경을 함께 고려해야 한다. Sherlock과 Mechanical의 연동은 이러한 복잡한 해석 흐름을 더 효율적으로 연결한다.
LS-DYNA와 PCB Trace Mapping
Ansys LS-DYNA도 Mechanical 안에서 solver 기능을 계속 확장한다. Ansys Mechanical 2021 R1에서는 PCB 해석을 위한 electronic CAD trace mapping 기능을 사용할 수 있다. Trace mapping은 ECAD 파일의 PCB 정보를 메시 위에 매핑해 모델링을 단순화하는 방식이다. 이 기능은 solid와 shell 모델 모두에 적용할 수 있다.
PCB에는 구리 trace, 부품, 기판, 접합부가 복잡하게 배치된다. 모든 trace 형상을 상세하게 직접 모델링하면 모델 생성과 해석 시간이 크게 증가한다. Trace mapping을 사용하면 ECAD 정보를 해석 메시 위에 반영해 PCB 구조와 재료 분포를 더 효율적으로 표현할 수 있다.
추가 기능으로는 Workbench와 LS-DYNA 안에서 solver version selector, 해석 중 solution monitoring, result plot tracker가 포함된다. 이러한 기능은 해석 설정과 결과 검토 과정을 더 명확하게 관리하는 데 도움을 준다.
Ansys Mechanical 2021 R1 기능이 구조 해석 프로세스에 주는 의미
Ansys Mechanical 2021 R1의 세 가지 주요 기능은 서로 다른 영역을 다루지만, 공통적으로 구조 해석 워크플로의 생산성을 높이는 데 초점을 둔다.
| 기능 | 핵심 목적 | 기대 효과 |
|---|---|---|
| 단섬유 강화 복합재 워크플로 | 사출 성형 데이터와 구조 해석 연결 | 복합재 플라스틱 부품 성능 예측 정확도 향상 |
| Back to CAD | 위상 최적화 결과를 CAD 형상으로 변환 | 최적화 설계의 검증·제조 워크플로 단축 |
| Sherlock·LS-DYNA 연동 | 전자제품 신뢰성 및 PCB 해석 강화 | 전자제품 구조·진동·PCB trace 해석 효율 개선 |
이 기능들은 제품 개발 초기 단계에서 더 많은 설계 대안을 검토하고, 실제 제조 공정과 사용 조건을 해석에 반영하며, 복잡한 제품 신뢰성 문제를 더 연결된 방식으로 평가하도록 돕는다.
결론
Ansys Mechanical 2021 R1은 구조 해석 엔지니어가 더 현실적인 제품 조건을 더 빠르게 반영할 수 있도록 워크플로를 강화한다.
단섬유 강화 복합재 워크플로는 사출 성형 공정에서 발생하는 섬유 방향과 밀도 정보를 구조 해석으로 연결한다. 이를 통해 플라스틱 부품의 변형과 잠재 고장 위치를 더 정확하게 예측할 수 있다.
Back to CAD 기능은 위상 최적화 결과를 CAD 형상으로 변환해 검증 해석과 제조 준비 과정으로 이어지게 한다. Autoskin 기능은 형상 재생성 시간을 줄이고, optiSLang과 DCS를 활용한 generative design 흐름과도 연결된다.
Sherlock과 LS-DYNA 연동은 전자제품 신뢰성 해석을 강화한다. Workbench 안에서 Sherlock 자동 설계 분석과 Mechanical random vibration 기능을 활용할 수 있으며, PCB trace mapping을 통해 ECAD 정보를 메시 위에 반영해 PCB 해석 모델링을 단순화할 수 있다.
결국 Ansys Mechanical 2021 R1은 복합재, 최적화 설계, 전자제품 신뢰성이라는 세 가지 중요한 구조 해석 영역에서 생산성과 해석 정확도를 함께 높이는 업데이트이다.rning Forum 지원을 통해 explicit 해석 학습을 시작하는 데 필요한 기본 환경을 제공한다.
출처 : Ansys Top 3 Features in Ansys Mechanical 2021 R1
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