Abaqus 에서 대칭 구속 조건은 가장 많이 사용하는 경계 조건 중 하나이다. 대칭면을 기준으로 대칭 경계 조건을 주게 되면 모델의 사이즈를 1/2 혹은 1/4 경우에 따라 모든 면에 대칭인 경우 최대 1/8로 줄일 수 있어 해석 모델의 크기를 줄여 계산 시간을 단축시키는데 많은 도움을 준다.
또한, 전체 모델의 경계 조건이 부족하여 Redundant Error 이 발생한 경우에도 대칭 구속 조건을 사용하면 이러한 error 를 회피하는데 도움을 주기도 한다.
다만, 대칭 구속 조건은 평행면에 대해서만 거울과 같은 경계 조건의 지정만 가능한 단점이 있다.
Fan 의 날개나 원형 구조물(반도체 Wafer 같은) 의 일부분만을 해석 할 경우 cyclic symmetry 기능이 유용할 수 있다.
이번 블로그에서는 Cyclic symmetry 의 해석 사례를 간단한 원판 형태에 알루미늄과 철 재질이 Cyclic symmetry 패턴으로 그림과 같이 이루어진 모델에 대하여 1/4 모델을 구성하여 Cyclic Symmetry 조건의 적용 방법과 1/4 해석 모델의 해석 결과와 전체 모델을 대상으로 해석한 결과를 비교하여 살펴보겠다.
모델 소개
350mm 직경에 40mm 두께의 임의의 모델이다. 이에 중심을 고정하고 Cyclic symmetry 에 해당하는 하중이 가해진 모델이다. 모델의 재질은 45도 각도로 알루미늄과 철 재질이 교대로 배치된 모델이다. 재질이 Cyclic 패턴으로 모델링 되어 있기 때문에 일반적인 대칭 조건은 적용할 수가 없다.
Cyclic symmetry 조건
Cyclic symmetry 는 일반 대칭 경계조건과 다르게 Interaction 모듈에서 정의한다.
Cyclic symmetry조건을 부여하는 방법은 다음과 같다.
1. Cyclic symmetry 조건을 부여할 면을 각각 Surface 로 정의한다. 이후 Cyclic symmetry 의 패턴이 반복되는 면 중 하나의 면을 Master Surface 로 정의하고 다른 면을 Slave Surface 로 정의한다.
2. 다음 Cyclic symmetry 중심 축을 Axis of symmetry 메뉴에 대하여 축을 형성하는 2개의 점을 정의하여 정의한다.
3. 마지막으로 Cyclic symmetry의 반복되는 패턴 갯수를 입력한다. 예로 든 모델은은 90도 마다 반복되는 모델이므로 360도 회전시 4번 반복되기 떄문에 4를 입력하였다.
해석 결과
동일한 모델의 전체 해석 결과와 1/4 의 Cycilc symmetry 조건의 해석 결과를 살펴 보면 아래 그림과 같이 동일한 결과를 얻을 수 있다. 좌측은 동일한 변형 프로파일과 동일한 변위를 나타나게 된다.
1/4 모델에 해석 결과에서 Cymmetry 조건을 부여할 수 있다. 이것은 사용자의 편의를 위하여 해석 결과를 실제와 유사하게 보일 수 있는 기능이다. 메뉴 – View – ODB display option 에서 아래 그림과 같이 설정할 수 있다.
이와 같이 설정하면 Cyclic symmetry 조건으로 해석하고도 원래 모델과 동일한 해석 결과를 볼 수 있다. 아래 그림의 좌측은 원래 모델, 우측은 Cyclic symmetry 해석 후 ODB dispaly option 을 통해 해석 결과를 반복하여 보여주는 결과이다. 비쥬얼적으로 동일한 해석 결과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
이번 블로그에서는 Abaqus의 Cyclic symmetry 기능에 대하여 살펴보았다. 간혹 볼수 있는 원형 패턴의 모델에 대하여 Cyclic symmetry 기능으로 모델링도 간편하고 해석도 편하고 빠르게 해석 할 수 있을 것이다.