동역학 기반의 통합해석 솔루션 발전 방향 · Modeling and Analysis Using Computer ... This approach is quite suitable for non-linear FE models for flexible bodies

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동역학 기반의

통합해석 솔루션 발전 방향

모션 통합해석의 선두주자

2015. 11. 11.

펑션베이㈜ 류 한 식 부사장


목차

I. MBD (Multi-Body Dynamics, 다물체동역학)

II. MBD-FEA coupled simulation

III. MBD-Fluid co-simulation

IV. Future direction


펑션베이㈜

모션 기반의 공학 시뮬레이션에 관한 솔루션을 개발하는 CAE 전문기업

주 생산품 : 순수 국내 기술로 만든 리커다인 소프트웨어

모션해석 분야 17년 경험을 바탕으로 폭넓은 전문지식 보유

[ 연혁 ] • 1997 회사설립

• 2012 세계일류상품 선정

• 2013 우수기술연구센터(ATC) 선정

• 2014 두뇌역량 우수전문기업 선정

엔지니어링의 날 대통령 표창

• 세계적인 PLM SW업체인 SIEMENS와 전략적 파트너 관계

• 세계 최대 CAD 제품인 NX SW에 NX/Motion 솔버 공급

• 전세계 800여 업체에서 NX/Motion 사용 중

일본 49%

한국 31%

유럽 12%

미국 6% 기타 1%

[ 소비자 판매가 기준 매출 분포 ]

전 세계적으로 폭넓게 사용되는 리커다인

(40개국, 400여 고객사, 130여 대학 확보)


Structure & Solid mechanics

Finite Element Methods (FEM)

Kinematics & Dynamics

Multi-Body Dynamics (MBD)

Heat & Fluid

Computational Fluid (Heat) Dynamics (CFD)

Mechatronics & Control

System Simulation

Main Topics in MCAE


v


Multi-Body Dynamics(MBD)


MBD in Industry

[ Automotive ] [ OA/Electronics ]

[ Construction ] [ Aerospace ]

[ Precision Device ] [ Energy ]


The study of the dynamic behavior of interconnected rigid or flexible bodies, each of

which may undergo large translational and rotational displacements.

Connections between the bodies can be modeled with kinematic constraints (such as

joints) or force elements (such as spring dampers).

Graphical and Analytical

Complex System Level Modeling and Analysis

Using Computer(General Purpose)

Multi-Body Dynamics (MBD)


Elements

Joint

With D.O.F.revolute, translational, planar, spherical, cylindrical, fixed, universal, screw, orientation

With constraintdistance, at-point, inline, in-plane, perpendicular, parallel axis, motion, cmotion, gear, coupler, ptcv, cvcv, constant velocity

Force

Defined by user axial, translational, rotational, screw, matrix

Flexible entities beam, plate

Others spring, bushing, tire

Contact

(Primitive)

Continuoussphere to sphere, sphere in/to box, sphere in/to cylinder, sphere in/to torus

Discretizecircle to curve, curve to curve, sphere to surface, surface to surface

Contact Solid solid to solid

Basic Elements of MBD

* Listed from basic elements of RecurDyn


Conventional MBD

Multi-Body System

Motion

(Force)

Force

(Motion)

System level analysis with groups of rigid bodies

제어 로직과 연동

구조해석을 위한 경계조건 도출

MBD Controls

Rigid Body DOFs {y} States {x}

+


MBD + Control

Embedded control tools

Co-simulation with

In-house code, ex) C, C++

External control tools (through FMI)ex) Matlab Simulink, Simulation-X, AMESim, ..

Signal

I/O

System will be analyzed under actual control algorithm. System simulation under real operation environment and condition


v


MBD-FEA coupled simulation


Motivation for MBD-FEA coupled-simulation

MBDMulti-Body Dynamics

FEAStatic Analysis

MBD-FE coupled-simulation on one platform

Multi Rigid Body DynamicsSystem Level Design

Structural AnalysisLocal Stress Analysis,Linear FEAPart Level Design

Flexible Body DynamicsLinear, Small deformationModal synthesis technique,Co-Simulation (Interface)

Structural DynamicsLarge Deformation Non-Linear FEA

System & Local Level SimulationIntegrated Multi Physics Simulation (MBD, Linear & Nonlinear FEA, CFD, Hydraulics, Control, Electro & circuit, Durability, etc.,)

System & Local Level SimulationIntegrated Multi Physics Simulation (MBD, Linear & Nonlinear FEA, CFD, Hydraulics, Control, Electro & circuit, Durability, etc.,)


MFBD in RecurDyn

Rigid-Body

Dynamics

ModalDofs {q}

Multi-Flexible-Body Dynamics (MFBD)DAE Dofs: {x, q, u}

NodalDofs {u}

Finite-Element Method

Rigid BodyDofs {x}

단일 운동방정식 구성을 통한 빠르고 정확한 동적 시스템해석

MFBD : 강체와 유연체가 모두 포함된 시스템에 대한 동역학 해석

RFLEX FFLEX

DeformationStress


For what to use RFLEX?

Mode 1

Mode 2Mode 3

Mode 4

Mode 5Mode 6

CMS Method

This approach is quite suitable for linear FE models with fast calculation speed by reducing the overall number of nodal degrees of freedom of a structure

to a small number of DOFs.


RFLEX is suitable for…

Case 1: 미소 변형을 갖는 Large-sized FE models

Lathe MachineCar Chassis

Vehicle Frame Wheel Loader



Case 2: 스프링과 같이 유연체의 전체적인 변형형상이 주요한 모델

Coupled Torsion Beam Axle (CTBA)

Leaf Spring

Non-self-contact Coil Spring



Case 3: 하중의 작용점이 일정한 Link류의 부품

Rotor BladesLanding Gear

Parking Brake Latch Crank Arm


For what to use FFLEX?

This approach is quite suitable for non-linear FE models for flexible bodies that undergo large motion with large or complex deformation, complex contact, and

nonlinear materials.

Dimple formation


FFLEX is suitable for…

Case 1: 기하학적 대변형이 발생하는 모델

Bending Hose

Paper

Flexible Flat Cable

Rubber Belt



Case 2: contact의 위치가 이동하는 FE models

Linear Stage

Differential Gear Spur Gear Pair



Case 3: 국부 하중에 따른 응력집중이 생기는 경우

Pin Insertion

Finger Arm (Piston Valve) Track Link

Rod Bending



Case 4: 좌굴현상이나 재료의 비선형적 특성이 중요한 경우

Thin Plate (Plastic)

Steel Hair Pin Buckled Button

Rolling Hyper Elastic


Summary about RFLEX and FFLEX

선형소재 미소변형

하중 작용점 일정

대형FEM모델

제어 시스템 해석

비선형재료 또는대변형

접촉 및 하중점 변동

중소형FEM모델

동역학적 거동 해석

비선형성

해석속도


G-Modeling (MFBD)

RIGID

FFLEX

RFLEX

For reuse of model through easy

conversion on one platform

G-Modeling


G-Modeling : G-Body(Conversion)

RIGID RFLEX FFLEX

-Reverser(Mode

elimination)Reverser RIGID

Meshing(Auto-Mesher)Eigen Analysis

(RFlexGen)

-Eigen Analysis

(RFlexGen)RFLEX

Meshing(Auto-Mesher)

Reverser - FFLEX


G-Modeling : Connection

Keep joints and contacts as used

G-Connector

G-Contact

Assist Modeling


v


MBD-Fluid co-simulation


Coupled Simulation with External CFD Codes

Particle method - MPS/SPH

Without MESH

Particles move during

calculation

Particle

Effective

radius

MPS (Moving Particle Simulation or Semi-implicit)?

Computational method for the simulation of

incompressible free surface flows. It is a macroscopic,

deterministic particle method (Lagrangian meshfree

method) developed by Professor Koshizuka (Tokyo

University) et al. (1996). Particleworks is a

commercial CFD code based on MPS method.

Data exchange at every step between two codes

makes the result more precise than any other similar

solution.

Bi-directional data exchange between Particleworks and RecurDyn

Planet Gear TrainGeometry Courtesy by Simon Michaud

& Animated by FunctionBay Japan

http://en.wikipedia.org/wiki/Incompressible_flow

http://en.wikipedia.org/wiki/Free_surface_flow

http://en.wikipedia.org/wiki/Meshfree_method


Now available what was impossible!

175,000개2.5초해석

22시간소요

138,7720개4.5초해석

23.5시간소요

68,000개10.0초해석16시간소요

135,474개5.0초해석

24시간소요

차동기어박스내의윤활유스프레이(contour = particles velocity & pressure) 단기통엔진내의윤활유온도(점성)차이에따른회전토크의변화

주행중차량연료탱크내의오일슬로싱 진동이륜차엔진내의윤활유스프레이및슬로싱


Flooded road test (관수로 주행)

Nissan Reef From : https://www.youtube.com/watch?v=KsPyKiYZNtU

Background and object여름철 게릴라성 집중 호우에 의해 도시의 저지대 도로가 침수된 경우를 가정하여, 차량이침수로를 주행 가능한지를 검증. 실차 검증뿐 아니라, 해석을 통해 이를 사전 검증하고자하는 요구가 발생.

엔진 정지 원인 파악

에어-인테이크（공기 진입구）를 통해 엔진 내부로 물 유입 여부 파악

엔진룸내의 전기/전자 장치의 누전 여부 파악

https://www.youtube.com/


Pre-test and simulation

Ford Explorer

DATA from : http://www.ncac.gwu.edu/vml/models.htm

Displacement of Front Suspension

Displacement of Rear Suspension


피수(被水) 및 방청Background and object한국, 일본, 미국, 북유럽에서는 겨울철 차량의 교통 이동 확보를 목적으로 도로에 염화칼슘계의

제설제를 도포한다. 그로인해 자동차는 극심한 부식 환경에 노출되어 있으며 일부 국가에서는 이에 따른

자동차의 방청품질 목표가 설정되어 있다. 최근 차량 주행에 따라 피수 메커니즘의 분석을 시뮬레이션을

통해 진행하는 것을 일부 제조사에서 검토하기 시작했다.

차량 하부의 녹 발생

SUZUKI Jimny 주행영상 From : https://www.youtube.com/watch?v=yKfigzNj6sY

방청 강판 적용 및 화학처리법의 개선 등 방청 대책

차량 주행시의 피수 메커니즘의 이해

물의 유입이 어려운 차량 구조 설계


Bumpy road test

Counting particle impact numbers to know specific surfaces susceptible to having splashed water on bumpy roads


v


Future Direction


Future Direction

MBD

FEA Fluid

Heat

ElectroMagnetic

Control

Optimization

CAD interactive

Various Library & DB

Open API FMI

G-modeling

Documents

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