Microsoft PowerPoint - (Catia8)Structural Analysis-1 GPS [호환 모드]

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현경 공
6 years ago
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1 Chapter 8 Generative Structural Analysis (GSA)

2 8-1. GPS (Generative Part Structural Analysis)

3 GPS (Generative Part Structural Analysis) 하나의파트로되어있는 Solid, Surface, Wireframe Model 에대하여응력해석, 고유진동, 버클링, 동적해석을지원하는워크벤치. Static Analysis ( 정적해석 )~ 해석대상에가해지는하중조건이시간에따라변하지않을때이하중에대한구조물의응답을구한다.

4 GPS: Static Analysis (1) 시작하기 파일 Supporter.CATPart 를연다. 강의홈페이지에서다운로드한파일 Open.

5 GPS: Static Analysis (1) 시작하기 메인메뉴 View Render Style Customize View 선택 Custom View Mode 대화창에서 Material 선택 해석결과를여러가지색으로표시하기위하여.

6 GPS: Static Analysis (1) 시작하기 GSA Workbench : 메인메뉴 Start Analysis & Simulation Generative Structural Analysis 선택 New Analysis Case 창에서 Static ti Analysis 선택

7 GPS: Static Analysis (1) 시작하기 다음과같이 S-Tree 에 Static Case 가추가됨

8 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) FEM Model ( 유한요소모델 ) 을생성하고, Solver 에서계산을수행하기위한입력데이터를준비하는단계. 해석하기위하여각각의단품에대해서 Meshing 작업을수행하고재료의물성값과경계조건등을부여. Static Analysis 를선택하면 Model의 Mesh 와 Properties 가자동으로정의됨

9 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 1 Meshing ( 요소분할 ) S-Tree 의 OCTREE~ 을더블클릭하거나형상의 Mesh Symbol 을더블클릭 Mesh Symbol

10 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) OCTREE Tetrahedron Mesh 대화창이뜨면원하는 Size 값을입력하고 Element Type 을선택하고 OK. Global 탭 : 대상을전체적으로 Meshing 할때 Absolute sag Element Size Element 는각각 4 개의절점 (node) 을가진다 Linear Element 에 Mid-node 를가지고있어서해석결과의정확도는높으나해석에시간이많이소요된다

11 Local 탭 : 대상을국부적으로 Meshing 할때 Local Mesh Size: 일부메쉬를선택하고새값을입력 ( 응력집중이예상되는부위의메쉬를세분화할때쓰임 ) Imposed points: Point 들을생성시키고 node로이용 Local Sag: 일부메쉬를선택하고새로운 sag 값을입력

12 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 2 Property (Part 의속성 ): 해석할파트의속성을정의. 1) 3D Property (Solid 요소 ): Solid 모델에적용되며, 3D Mesh 인 OCTREE Tetrahedron Mesher 를적용한다. 2) 2D Property (Shell 요소 ): Solid, Surfacer 모델에적용되며, 반드시 2D Mesher 인 OCTREE Triangle Mesher 를적용한다. 모델의두께와 Material 정보가필요. 3) 1D Property (Beam 요소 ): Wireframe 모델에적용되며, 1D Mesh 인 1D Mesh 를적용한다. Material 과단면정보, 그리고단면의방향성을정하기위한 Point 가필요.

13 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 3 Model Checker ( ): 경계조건을적용하고 FEM Model 에모순이없는지를 Check 한다. 만약모순이존재하면대화창 Status t 부분에 KO 라고표시되고아래부분에자세한설명이나타남. 아래대화창은이상이없을경우의모습. 만약이상이있으면 Status 가 KO 로표시되며, 이곳에자세한설명이표기됨

14 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 4 Restraint ( 구속하기 ): CATIA 에서는 Restraint 나 Load 가 Mesh의 node에적용되는것이아니라 surface, line, point 등과같이형상요소에직접적용된다. 1) Clamp ( ) 아이콘 : 완전고정되는구속조건 (DOF = 0) Mouse 클릭 Clamp Symbol

15 4 Restraint ( 구속하기 ) 2) Mechanical Restraint ( ) 一. Surface Slider ( ): 선택된 surface 면방향에대한이동 (2 방향 ) 과 surface에수직한방향에대한회전 (1 방향 ) 만을허용한다 ( 즉, DOF = 3) Symbol

16 4 Restraint ( 구속하기 ) 2) Mechanical Restraint ( ) 二. Slider ( ): Prismatic Joint 로 Virtual Part (VP) 의 Handle Point (HP) 에만적용. 주어진축을따라서만이동이허용 ( 즉, DOF = 1~3). 따라서, 해당되는면에 Virtual Part ( ) 를미리정의해두어야함.

17 Slider 아이콘 ( ) 을클릭하고이미 Geometry 에적용된 VP 를선택한다. 그리고, 대화창에서이동을허용할방향에 1 을입력하고 OK. Symbol

18 4 Restraint ( 구속하기 ) 2) Mechanical Restraint ( ) 三. Sliding Pivot ( ): Cylindrical Joint 로 VP의 HP에만적용. 주어진축에대한이동 (1 방향 ) 과그축을중심의회전 (1 방향 ) 을허용한다 ( 즉, DOF = 2)

19 4 Restraint ( 구속하기 ) 2) Mechanical Restraint ( ) 四. Ball Joint ( ): Spherical Joint 로 VP 의 HP에만적용. HP를중심으로모든방향의회전 (3 방향 ) 을허용 ( 즉, DOF =3)

20 4 Restraint ( 구속하기 ) 2) Mechanical Restraint ( ) 五. Pivot ( ): Hinge Point 로 VP 의 HP 에만적용. 주어진축에대한회전 (1 방향 ) 만허용 (DOF = 1)

21 4 Restraint ( 구속하기 ) 3) Generic Restraint ( ) 一. Advanced Restraint ( ): 3 Translation 과 3 Rotation 을조합하여임의 Geometry에종합적으로구속조건을부여. 대화창에서선택을 OFF 한방향은구속이해제됨 ( 아래는 1 DOF)

22 4 Restraint ( 구속하기 ) 3) Generic Restraint ( ) 二. Isostatic Restraint ( ): Body를간단히구속하는방법으로자동으로세점이선택되고그점들은아래와같이 rule 에의해자유도가정해져서, 강체의이동과회전이구속된다. 이를적용하기위해서는화면상의를선택하면모든 Part 에적용된다

23 즉, 아이콘을클릭하고 OK 버튼클릭하면, isostatic restraint가전체assembly에적용이되고 S-Tree 에등록된다.

24 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 5 Load ( 하중적용 ): 하중적용방법은 Restraint 와같이 Mesh 의 node에적용되는것이아니라 surface, line, point 등과같이 Geometry 에직접적용된다. 1) Pressure ( ): Surface 나 Face 에적용되어해당면에수직인방향으로힘이작용 예제파일 Pressure Vessel.CATPart 파일 open

25 Pressure 아이콘 ( ) 을클릭하고압력용기의아래면과윗면선택 Pressure 에 N/m2 입력후 OK 용기에수직인방향의압력이적용됨

26 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 5 Load ( 하중적용 ) 2) Forces ( ) 一. Distributed Force ( ): Geometry 나 VP에분포하중을부여. 분포하중과크기가같은집중하중이표시되는데, 작용점은 geometry 의중심점, 또는 VP 인경우 HP가된다. 을클릭 & 윗면선택후 Z=-1000 N.

27 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 5 Load ( 하중적용 ) 2) Forces ( ) 二. Moment ( ): Point, Vertex, Surface 와 VP 에부여. 아이콘 을클릭하고 Hole Surface 를선택후, Y = 500 Nm 입력하여모멘트하중적용예

28 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 5 Load ( 하중적용 ) 2) Forces ( ) 三. Bearing Load ( ): Hole 과같은원통형의형상에서 Contact Load를묘사한다. 아이콘을클릭하고 Hole Surface 를선택후, Z = 500 N, Angle=180deg, Orientation = Radial, Type = Sinusoidal, Distribution = Outward 입력 / 선택하고 OK.

29 Angle: 베어링하중이분포되는각도 180 deg 270 deg Orientation Radial: 하중벡터가작용된곡면에수직분포 Parallel: 하중의방향이서로나란하게분포 Profile Sinusoidal: Sine 곡선모양 Parabolic: 포물선모양 Law: 외부의곡선의방정식으로정의 Distribution : 하중분포정의 (Outward, Inward) Outward: 축이구멍에가하는힘 Inward: 구멍이축에가하는힘

30 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 5 Load ( 하중적용 ) 2) Forces ( ) 四. Imported Force ( ), Imported Moment ( ): 외부의하중데이터를파일로 import 하여적용 (*.txt, *.xls 의파일형식지원 ).

32 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 5 Load ( 하중적용 ) 3) Acceleration ( ): Part에작용하는일정한크기의가속도를표현하여자중을고려 一. Acceleration ( ): 중력에의한자중. Z = -9.8 m/s 2 입력후 OK

33 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 5 Load ( 하중적용 ) 3) Acceleration ( ): Part에작용하는일정한크기의가속도를표현하여자중을고려 二. Rotation Force ( 발생되는힘 ): Part 가회전할때자중에의해

34 GPS: Static Analysis (2) Pre-processing ( 전처리 ) 5 Load ( 하중적용 ) 4) Enforced Displacement ( ): Restraints 에의해구속된방향으로 0 이아닌변위값을부여하여결과적으로는하중을적용하는것과같은결과를얻을수있다. Smooth Virtual Part 클릭후, 구멍내부선택 Advanced Restraint 클릭후, 위의 SMP 선택. Z 축이동만을구속

35 Enforced Displacement 클릭후, 아래와같이 geometry 에서 Advanced Restraint를선택. 대화창에서는이동이고정된 Z 축방향이동성분만활성화. 입력칸에 -2mm 입력하고 OK.

36 GPS: Static Analysis (3) Solving ( 해석 ) 1 Data 저장경로지정 ( ) 1) Storage Location ( ): 계산결과를저장할위치지정. 지정후, 경로는 S-Tree 에추가됨 2) Clear Storage ( ): 새로운계산을하기전기존의데이터를저장경로로부터삭제 3) Temporary Storage Location ( ): 임시저장폴더경로

37 GPS: Static Analysis (3) Solving ( 해석 ) 2 Computing (Static Case) : 전처리과정에서부여된하중조건과경계조건을고려하여결과값을계산. Computing 이전 ( 以前 ) I. Material 이정의되어져야한다. II. 경계조건과하중조건이정확하게입력되어야한다 Model Checker 를사용하여경계 / 하중조건의적합성여부를확인할수있다.

38 GPS: Static Analysis (3) Solving ( 해석 ) 2 Computing (Static Case) 1) All: 전처리과정에서부여된경계조건, 하중조건, Mass, 속성 (Property) 등모든입력조건하에서최종결과값을계산한다. 경계조건은 Clamp, 하중조건은윗면에분포하중 Z=- 500 N 입력후 OK Fz = -500 N Clamp

39 Material 정의 ( ):

40 Compute 클릭후 All 선택한다음 OK 아래와같이메쉬분할상태를나타내는대화창뜸

41 메쉬분할이끝나면예상되는 CPU 계산시간, 메모리용량, 그리고하드디스크빈공간크기를보여준다. Yes 를클릭하면계산을시작

42 S-Tree 의 Nodes and Elements 에서마 / 오버튼누른후, Mesh Visualization 선택하면경계 / 하중조건과분할된메쉬를확인가능

43 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 1 Results Visualization ( ): 해석결과이미지로보기 여러가지색으로결과를보기위한선결작업

44 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 1 Results Visualization ( ) 1) Deformation ( ): 해석결과로변형된 Mesh Part 를이미지로보여준다. 변형전 변형후

45 다음과같이 Mesh Part 를더블클릭하면 deformation 이미지를수정할수있는대화창뜸 Check ON: 변형된메쉬보임 OFF: 변형되지않은메쉬보임 Check ON: 메쉬의모든노드를보여줌 수평슬라이딩바를그래그하면모든메시요소들이수축함

46 Image Edition 대화창의 Selection 탭 : 전처리과정에서적용했던경계조건, 하중조건, 메쉬, Virtual Part 등을선택적으로화면에출력시킴 Available Groups (AvG) : 선택가능한요소들 display 모두위 (AvG) 로이동시킴선택적으로위로이동시킴선택적으로아래로이동시킴모두아래 (AcG) 로이동시킴 Activated Group (AcG): 선택된개체들을화면에표시

47 선택적으로화면에출력시킨예

48 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 1 Results Visualization ( ) 2) Von Mises Stress ( ): 해석결과로변형된형상과함께 Part 각부위에서의 Von Mises 응력값을 Color Map 이미지로보여준다.

49 다음과같이 Mesh Part 를더블클릭하면 Von Mises 이미지를수정할수있는대화창뜸 Check ON: 변형된메쉬보임 OFF: 변형되지않은메쉬보임 Check ON: Color Map 이 element 경계에서불연속적으로나타남 각노드에서의계산값을수치로보여줌

50 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 1 Results Visualization ( ) 3) Displacement ( ): 해석결과로변형된형상과함께각노드에서의변위벡터이미지를보여줌.

51 Mesh Part 를더블클릭하면 displacement 이미지를수정할수있는대화창뜸 Check ON: 변형된메쉬보임 OFF: 변형되지않은메쉬보임 Check ON: 변위량을 Color Map 으로보여줌 각노드에서의변위값을수치로보여줌

52 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 1 Results Visualization ( ) 4) Principal Stress, 주응력 ( ): 각노드에서순수인장, 압축이발생하는방향과응력값을나타냄. 마찬가지로메쉬파트를더블클릭하여팝업되는대화창으로부터이미지를수정가능

53 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 1 Results Visualization ( ) 5) Precision ( ): 계산결과의정확성을검증한다. Strain energy ( 변형률에너지 ) 를측정하여그오차로서계산의정확도 ( 타당성 ) 을표현한다. 만약관심부위의 error 값이상대적으로크면그계산값은신뢰할수없으므로 Local Mesh 를이용하여관심부위의 Mesh 정보를수정하여다시계산해야한다.

54 Precision 결과로부터 Local Meshing 하는법 一. S-Tree 의 OCTREE Tetrahedron Mesh.1 더블클릭 二. 대화창의 Local 탭선택, Local size 선택후 Add 버튼클릭. 수정하고자하는 Local Part의 Face 들을모두선택후, Local Mesh Size=3mm 입력

55 三. Local sag 선택후 Add 버튼클릭. 수정하고자하는 Local Part의 Face 들을모두선택후, Local Mesh Sag Value=0.3mm 입력후 OK

56 四. Compute 실행. Local Mesh 를적용하기전 / 후의 Mesh 결과와 Precision 결과 ( 다음페이지 ) 로부터 Energy Error 가감소했음을알수있다.

57 Local Mesh 적용전 / 후의 Precision 결과

58 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 2 이미지응용 (Analysis Tools bar) 1) Animate ( ): Mesh 변형을동영상으로보기 Von Mises 응력결과의 Color Map과변형모습이애니메이션된다. 1cycle 의프레임수 애니메이션 Loop 변경 애니메이션속도조절바

59 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 2 이미지응용 (Analysis Tools bar) 2) Cut Plane Analysis ( ): Part의내부단면보기 Von Mises 응력결과의 Color Map 과변형모습이애니메이션된다. 잘려진단면부분만을보여줄지여부 단면을화면에그릴지여부

60 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 2 이미지응용 (Analysis Tools bar) 3) Amplification Magnitude ( ): 변형량을실제보다과장되게하여쉽게알수있도록함 실제변형량 Factor 를 1 로하고이에대한비율로변형량증폭 ( 수평바 ) 변형량길이 (mm) 를직접입력

61 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 2 이미지응용 (Analysis Tools bar) 4) Image Extrema ( ): 결과의최대 / 최소값이나타나는위치를표시하고그값을수치로보여줌 화면에표시될최소 / 최대값각각의개수. 2 이상일경우최대 / 최소값을순차적으로표시 Global: 전체 Part에서최대 / 최소값을표시

62 S-Tree 의 Global Maximum 에서마 / 오버튼으로 Focus On 클릭하면최대값을갖는노드를확대해서보여줌

63 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 2 이미지응용 (Analysis Tools bar) 5) Information ( ): 특정결과값의정보제공. S-Tree 에나와있는특정항목또는 Part 의특정메쉬를클릭하면해당정보를알수있다.

64 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 2 이미지응용 (Analysis Tools bar) 6) Image Layout ( ): 여러가지해석결과를동시에보여줌

65 GPS: Static Analysis (4) Post-processing 3 보고서보기 (Report) : 계산결과요약 아이콘을클릭후, 대화창에보고서파일경로와이름을지정한다음 OK 보고서는 HTML 포맷이므로웹브라우저로볼수있음

66 보고서내용예

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Microsoft PowerPoint - 1(Catia)Review Assembly [호환 모드] Assembly Assembly Assembly Workbench 는 Part Design 으로만들어진여러개의부품에조립구속조건을부여하여하나의조립품으로결합시키는워크벤치. 1 2 3 4 Product Structure Tools Move Constraint Analyze Assembly (Product Structure Tool) 2. New Product (