복잡한 기계 시스템을 설계할 때 MBD, 즉 다물체 동역학 시뮬레이션은 물리적 시제품 제작 비용을 줄이고 다양한 테스트 환경을 가상으로 검증하는 핵심 도구이다. 그러나 실제 해석 과정에서는 계산 시간이 길어지고, 결과 신뢰도에 대한 불안이 생기며, 강체와 유연체가 복잡하게 연결된 시스템에서 병목이 발생할 수 있다. 이 글은 MBD 해석이 자주 멈추거나 느려지는 원인을 소프트웨어의 해석 구조에서 찾고, Ansys Motion 통합 솔버가 이를 어떻게 개선하는지 설명한다.
MBD 해석이 느려지는 진짜 이유
MBD 해석 속도가 느린 이유를 단순히 컴퓨터 사양 문제로만 볼 수는 없다. 특히 강체와 유연체가 복잡하게 얽힌 시스템에서는 소프트웨어가 시스템을 해석하는 방식 자체가 병목이 될 수 있다. 기존 방식은 강체 동역학 솔버와 유한요소 해석 FEA 솔버를 별도로 연동하는 구조를 사용한다. 이때 두 솔버가 데이터를 주고받는 과정에서 시간 소모가 발생하고, 미세한 고주파 진동이나 접촉·충돌 데이터가 손실되거나 왜곡될 위험이 생긴다.
| 기존 방식의 문제 | 의미 |
|---|---|
| 솔버 간 데이터 통신 | MBD 솔버와 FEA 솔버가 반복적으로 데이터를 주고받음 |
| 해석 시간 증가 | 데이터 교환 과정 자체가 계산 병목으로 작용 |
| 결과 신뢰도 저하 | 고주파 진동, 접촉, 충돌 데이터가 흐려질 수 있음 |
| 의사결정 부담 | 긴 해석 시간 뒤에도 결과 정확도에 대한 불안이 남음 |
Co-Simulation 방식의 한계
기존 MBD 소프트웨어는 유연체 해석을 위해 외부 FEA 솔버를 빌려와 Co-Simulation 방식으로 연동하는 구조를 사용한다. 이 방식은 서로 다른 언어를 쓰는 두 전문가가 통역사를 통해 정보를 주고받는 것과 비슷하다. MBD 솔버가 하중 데이터를 보내면 FEA 솔버가 응답을 계산하고, 그 결과를 다시 MBD 솔버로 전달한다. 문제는 이 과정에서 데이터 통신 시간이 길어지고, 물리적 정보가 완전하게 전달되지 않을 수 있다는 점이다.
Ansys Motion 통합 솔버의 핵심
Ansys Motion은 강체 동역학과 유연체 동역학, 즉 FE Dynamics의 핵심 방정식을 하나의 프레임워크 안에서 처리하는 강체·유연체 통합 솔버 방식을 사용한다. 이 구조는 외부 솔버와 반복적으로 데이터를 교환하는 과정을 줄이고, 강체와 유연체 사이의 결합력과 응력 계산을 같은 환경에서 수행한다. 글에서는 이 통합 솔버 구조가 MBD 해석을 30% 이상 가속하고 정밀도를 높이는 핵심이라고 설명한다.
| 항목 | 기존 Co-Simulation 방식 | Ansys Motion 통합 솔버 |
|---|---|---|
| 해석 구조 | MBD 솔버와 FEA 솔버 연동 | 강체·유연체 단일 프레임워크 |
| 데이터 처리 | 솔버 간 데이터 교환 필요 | 내부에서 직접 계산 |
| 주요 리스크 | 통신 오버헤드, 고주파 정보 손실 | 데이터 손실 최소화 |
| 강점 | 기존 워크플로우 활용 | 속도, 정밀도, 안정성 향상 |
EasyFlex가 유연체 모델링 시간을 줄이는 이유
Ansys Motion의 EasyFlex는 유연체 모델링 과정에서 발생하는 메시 작업 부담을 줄이는 기능이다. 유한요소 모델링에 익숙하지 않은 엔지니어도 복잡한 CAD 형상을 유연체 바디로 변환할 수 있으며, 유연체 통합에 걸리던 시간을 줄이는 데 도움을 준다. EasyFlex로 생성한 유연체 모델은 통합 솔버 안에서 강체 파트와 상호작용하며 결합력과 응력 분석을 수행한다.
SMP/MPP 병렬 처리와 해석 속도
복잡하고 큰 시스템을 해석할 때는 계산량을 어떻게 분배하는지가 중요하다. Ansys Motion 통합 솔버는 공유 메모리 병렬 처리 SMP와 대규모 병렬 처리 MPP에 최적화되어 있으며, 모든 요소를 단일 프레임워크에서 처리하기 때문에 병렬 처리 효율을 높일 수 있다. 반면 연동 방식의 솔버는 데이터를 분산 처리하는 과정에서 속도가 떨어질 수 있다.
NVH 고주파 진동 해석에서의 활용
Ansys Motion 통합 솔버의 장점은 단순히 해석 속도에만 있지 않다. 자동차 산업과 정밀 기계에서 중요한 NVH 문제는 고주파 영역의 유연성 때문에 발생하는 경우가 많다. 통합 솔버는 기어 소음이나 래틀 소음처럼 미세한 고주파 진동을 포착하고, 소음의 근원을 분석하는 데 활용할 수 있다. 또한 Car Toolkit과 Drivetrain Toolkit을 함께 활용하면 서스펜션 거동이나 기어 형상 최적화 같은 반복 설계 작업을 빠르게 수행할 수 있다.
ROI와 설계 반복 효과
해석 시간이 줄어들면 엔지니어는 더 많은 설계 반복을 수행할 수 있다. 과거에는 시간이 부족해 한두 개 설계안만 검토하고 넘어갔다면, 통합 솔버 기반 워크플로우에서는 여러 설계안을 반복 검토하며 최적안을 찾을 수 있다. 이는 시제품 제작 비용 절감, 제품 출시 기간 단축, ROI 향상으로 연결된다.
자주 묻는 질문
통합 솔버가 Co-Simulation보다 정확한가?
Ansys Motion 통합 솔버는 강체와 유연체의 방정식을 하나의 프레임워크에서 동시에 계산하기 때문에, 솔버 간 데이터 교환 과정에서 발생할 수 있는 물리 정보 손실을 줄일 수 있다. 특히 고속 동작이나 접촉·충돌 상황에서 차이가 커질 수 있다.
EasyFlex가 있으면 FEA 전문가는 필요 없는가?
EasyFlex는 MBD 엔지니어가 복잡한 유연체 모델링 없이도 해석을 빠르게 시작하도록 돕는 기능이다. 다만 소재 특성 분석이나 최종 검증 단계에서는 여전히 FEA 전문가의 역할이 중요하다.
결론
MBD 해석 병목은 단순히 컴퓨터 성능의 문제가 아니다. 강체와 유연체를 서로 다른 솔버로 나누어 계산하고 데이터를 주고받는 방식 자체가 해석 시간과 신뢰도 문제를 만들 수 있다.
Ansys Motion 통합 솔버는 강체와 유연체를 단일 프레임워크 안에서 계산하고, EasyFlex로 유연체 모델링 부담을 줄이며, SMP/MPP 병렬 처리로 대형 모델 해석 효율을 높인다. 여기에 Car Toolkit과 Drivetrain Toolkit을 함께 활용하면 NVH, 기어 소음, 래틀 소음, 서스펜션 거동 최적화까지 설계 단계에서 빠르게 검토할 수 있다.
문의 및 기술 협력
- 대표 문의: 02-420-3203
- 홈페이지: https://moasoftware.co.kr/contact-us/
