유한요소 해석을 이용한 응력해석 분야

1. ABAQUS

  1.1 ABAQUS module

1. ABAQUS/Pre

-모델의 외형적 문제를 정의, ABAQUS input file을 생성하는 단계

-ABAQUS/Pre나 다른 Preprocessor를 사용하여 시각적으로 모델 생성 -단순한 모델은
  메모장과 같은 editor로 직접 input file 생성

2. ABAQUS/Standard

- Input file로 정의된 수치적인 문제를 계산하는 단계

3. ABAQUS/Explicit

-동적 유한요소해석에 사용되는module

-순간적인충격,폭발과 같은 동적인 문제나 접촉면이 계속적으로 변하는 복잡한 비선형적
  문제에 매우유용

4. ABAQUS/Post

-Simulation을 마친 후 계산되어진 변위와 응력 결과들을 시각적으로 평가 가능

Fig. 1 The stage of ABAQUS Analysis

2. I-DEAS

  2.1 I-DEAS의 개요

3D 모델링 프로그램의 하나로서 다양한 도구와 간편한 아이콘의 사용으로 구조물의 파트와 어셈블리를 생성 할 수 있는 프로그램이다.

Fig. 2 Modeling of Mobile phone

장점으로는 수정이 용이하고 기존에 우리가 사용해온 AUTO CAD의 비슷한 기능을 적용하여 Solid와 Surface를 자유롭게 구사할 수 있다.

또한 Team data 공유 기능을 가지고 있어 설계구성원들의 데이터를 서로 공유하여 작업할 수 있으며, VGX 기법을 사용하여 형상에 3D 치수를 기입가능하다.

Fig. 3 Another example of Modeling in I-DEAS

3. 유한요소 해석을 통한 응력해석

  3.1 CO2 Compressor 의 Rap-part 응력해석

    3.1.1 유한요소 모델링 및 결과

3차원 모델링은 I-DEAS Ver. 9 프로그램을 이용하여 수행하였고 압축기의 실제 운전 조건과 유사한 조건을 구현하기 위하여 냉매의 압축 면적을 랩 형상을 고려하여 적용하였으며 경계조건을 수립하였다. Fig. 4는 해석에 사용된 선회 스크롤의 요소망 형상을 나타내었다. 각 회전각에서 최대 응력이 발생하는 요소는 각각 다른 위치에서 나타났으며, 측정된 세 개의 각 요소에서의 응력 이력을 판단하여 각 데이터를 Table. 1에 나타내었다. 또한 스크롤 재질의 안정성 여부를 평가하기 위하여 피로 안전 계수 (factor of safety for fatigue)를 적용하여 압축기 재질의 타당성을 검토하였다. Prototype 1, 2에 대한 피로 안전율을 Table. 2에 나타내었다.

Fig. 4 Solid model of scroll

Fig. 5 Von Mises stress distribution at each degree of an angle pressure state
 

Table. 1 Stress history of scroll according to different angle

Table. 2 Factor of safety for fatigue 

  3.2. 로터리 압축기의 부품의 신뢰성 평가

    3.2.1 유한요소 모델링 및 결과

Contact 해석이라는 물성이 다른 두 재료간의 접촉해석 통하여 로터리 압축기의 주요부의 응력분포를 평가하고 변형 해석을 수행하여 기계적 특성을 평가하였다.

Fig. 6 Rotary Modeling

해석 조건은 샤프트 상부 윗단에 균일하게 분포하중을 부가하였다. 분포하중은 10~200 kgf 까지 50kgf 씩 차등 적용하였다. 이 때 샤프트 끝단, 상부 플랜지 끝단의 변형량을 측정하였고 응력분포를 알아보았다.

Fig. 7 Condition of Distribution Load

Fig. 8 분포하중에 의한 변형량

Fig. 9 Distribution of Stress form Contact Analysis