Compliant Clutch Tutorial (FFlex)

Compliant Clutch Tutorial (FFlex)

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목차 개요... 1 목적... 1 필요요건... 2 순서... 2 예상소요시간... 2 모델 Geometry 의 Import... 3 예상소요시간... 3 Compliant Clutch 모델... 4 RecurDyn 의시작... 5 Compliant Clutch Plate 에대한 Mesh 데이터의 Import... 5 Rigid Geometry 의 Import... 7 Joint 와 Force 의추가... 9 예상소요시간... 9 Revolute Joint 의생성... 10 Torque 수식의생성... 12 Driving Torque 와 Load Torque 의생성... 14 Surface 와 Contact 의정의... 16 예상소요시간... 16 모델의 Contact 생성... 17 Patch Set 의생성... 18 Face Surface 의생성... 21 Contact 의생성... 22 Contact 의수정... 25 Boundary Condition 의생성... 28 예상소요시간... 28 Boundary Condition 의생성... 29 모델의시뮬레이션... 30 예상소요시간... 30 Center 에대한 Stress Recovery 설정... 31 시뮬레이션의실행... 32 Clutch Plate 의 Stress 에대한 Contour Display... 33 애니메이션결과보기... 34 시뮬레이션결과의 Plotting... 36 부록 A: 나머지 Patch Set 의생성... 43 예상소요시간... 43 나머지 Patch Set 의생성... 44

Chapter 1 개요 목적 Flexible Body 사이에서 Contact 을모델링하고, 그에관한시뮬레이션을실행하는것은다물체동역학분야의중요한주제입니다. RecurDyn FFlex 툴킷은다른 Body 와 Sliding Contact 또는 Rolling Contact 을하는 Flexible Body 를정의하고그 Flexible Body 를시뮬레이션하기위한강력한기능들을가지고있습니다. 이튜토리얼에서는 Snowmobile 의윈심클러치를모델로사용하며, 클러치내부에는작동을위해유연성을가진채 Compliant Plate 가있습니다. 여러개의요소가각각 Spring 으로연결되어움직이는기존클러치와는달리, Compliant Plate 를사용한클러치는요소의수가매우감소됩니다. 이로인해, 제작과정이간단해질뿐만아니라장치의신뢰성이증가됩니다. 이튜토리얼에서사용된모델은실제제품이나 Design Concept 에기초하지않지만, Brigham Young University Compliant Mechanisms Research Center 에서발행된 Compliant Mechanism 에관한제안서의내용을차용하였습니다. 1

필요요건 이미 Geometry, Joint, Force Entity 의생성방법을익힌초급단계의유저를대상으로합니다. 유저는 3D Crank-Slider, Engine with Propeller, Pinball(2D contact) 튜토리얼또는그와동등한것을해본자여야하며, 물리학에대한기초지식이있어야합니다. 순서 이튜토리얼은다음의순서로구성되어있으며소요되는시간은다음의표와같습니다. 순서시간 ( 분 ) Geometry 모델을 Import 하기 10 Joint 와 Force 의추가 15 Surface 와 Contact 의정의 20 Boundary Condition 5 모델의시뮬레이션실행 15 총합 65 예상소요시간 이튜토리얼은약 65 분의시간이걸리며, 모든 Patch Set 을부록 A 에있는설명에따라직접생성하게 될경우, 약 25 분이더걸립니다. 2

Chapter 2 모델 Geometry 의 Import Compliant Clutch 모델을생성하기위해 Rigid Body 와 Flexible Body 를 Import 해봅니다. 10 분 예상소요시간 3

Compliant Clutch 모델 이튜토리얼에서사용되는모델은클러치 Plate 의유연성을이용하여작동하는원심력클러치입니다. 다음의그림은 Clutch 의구성을설명하고있습니다. Power Source 가중심축에대해서 Clutch Driver 를회전시킬때, 4 개의 Arm 은회전방향으로 Compliant Clutch Plate 을밉니다. 회전속도가증가함에따라, 원심력은 Clutch Plate 를반경의바깥쪽으로밀며, Clutch Plate 는 8 개의 Flex point 에서구부러지는현상이나타납니다. Plate 가바깥쪽으로움직이면, 그 Plate 는 Load 가걸려있는바깥쪽 Ring(Load Ring) 과 Contact 하게됩니다. Clutch Plate 와 Load Ring 사이의마찰은 Load Ring 을회전하게만들고, 결과적으로 Clutch Driver 부터 Load 까지힘을전달하게됩니다. 여기만들게될, RecurDyn 모델에서, Compliant Clutch Plate 는 Flexible Body 로처리되며, NASTRAN Bulk Data 파일이 Import 될것입니다. 나머지 Body 는 Rigid Body 로처리되며, Geometry 파일들도 Import 될것입니다. 주의할점 : 이튜토리얼에서더효과적인시뮬레이션결과를보기위해서는실제 Clutch 처럼 1 mm 두께의단면적을사용합니다. Driving Torque 와 Load Torque 의값이적절히 Scaling 되고, 해석결과의값을분석할때도같은기법이사용됩니다. 4

RecurDyn 의시작 RecurDyn 실행및초기모델열기 : 1. 바탕화면에서 RecurDyn 아이콘을더블클릭합니다. RecurDyn 이시작되면서 New Model 다이얼로그박스가나타납니다.. 2. New Model 다이얼로그박스에서 Model Name 을 FFlexClutch 로입력합니다. 3. OK 를클릭합니다. Compliant Clutch Plate 에대한 Mesh 데이터의 Import 모델에 Clutch Plate 의 Mesh 데이터를 Import 합니다. 이경우에, Geometry 는 CAD 시스템에서정확한위치로모델링된것이어야하며, 이로인해그 Geometry 의위치를조정하지않아도됩니다. Mesh 데이터파일 Import 하기 : 1. Flexible 탭의 FFlex 그룹에서 Import 를클릭합니다. 2. 원점으로써 (0, 0, 0) 이되는포인트를다음방법중하나를선택하여정의합니다 Input Window 툴바에 0, 0, 0 을입력합니다. Working 창에서, 해당포인트를클릭합니다. 3. clutchplate.dat 를선택합니다. ( 파일경로 : <Install Dir> \Help \Tutorial \Flexible \FFlex \FFlexClutch). 4. Open 을클릭합니다. 5

5. Import 다이얼로그박스가나타나면, Body Name 을 FFlexClutchPlate 로변경합니다. 6. OK 를클릭합니다. Working 창에 Clutch Plate 가나타납니다. ( 그러나, 그 Clutch Plate 가작게보일것입니다.) 7. 키보드에서 F 를눌러서 Working 창에그 Geometry 를밀착시킵니다, 그리고 Grid 의크기와 아이콘과마커의크기를 10 으로변경합니다. 모델은다음과같이보일것입니다. 8. 렌더링모드를 Shade 로변경합니다. 6

Rigid Geometry 의 Import Driver 를 Import 하기 : 1. File 메뉴에서, Import 를클릭합니다. 2. 파일형식을 ParaSolid File (*.x_t,*.x_b ) 로설정합니다. 3. FFlex 튜토리얼폴더에서 clutchdriver.x_t 를클릭합니다. ( 파일경로 : <Install Dir> \Help \Tutorial \Flexible \FFlex\CompliantClutch). 4. Open 을클릭하면 CAD Import Options 창이나타납니다. Assembly Hierarchy 선택을 해제한후, Import 버튼을누릅니다. 5. Database 창의 ImportBody1 위에서오른쪽마우스버튼을클릭한후 Property 를클릭합니다. 6. General 탭에서 Body Name 을 ClutchDriver 로변경합니다. 7. OK 를클릭합니다. Load Ring 을 Import 하기 : 1. 위에서했던 1~7 과정을반복하되이번에는 clutchload.x_t 파일을 Import 합니다. 그리고 Body Name 을 ClutchLoad 로변경합니다. ( 파일위치 : \Help \Tutorial \Flexible \FFlex\CompliantClutch) 2. Body 탭을클릭합니다. 3. Density 에 8.34e-05 를입력합니다. 이것은 Snowmobile 의무게를시뮬레이션할때, Load 의 회전관성을증가시킵니다. 7

여기서, Clutch 의모든요소들이보여집니다. 그러나, 둥근가장자리부분의 Rendering 은선명해보이지않습니다. 그래서, 애니메이션을재생할때, Surface Contact 의상호작용을잘볼수있도록 Rendering 의화질을향상시킬것입니다. Geometry 의 Rendering 화질을향상시키기 : 1. Home 탭의 Setting 그룹에서 Display Setting 를클릭합니다. 2. Color & Quality 탭을클릭합니다. 3. Graphical Quality 옵션을체크합니다. 4. Curve Detail Level 을 High 로설정하고 Geometry Detail Level 도 High 로설정합니다. 5. OK 를클릭합니다. 모델을저장합니다. 8

Chapter 3 Joint 와 Force 의추가 모델에 Driving Torque 와 Load Torque 뿐만아니라 Revolute Joint 를추가해봅니다. 또한, Revolute Joint 를생성하고 Driving Torque 와 Load Torque 에사용될수식을생성해봅니다. 15 분 예상소요시간 9

Revolute Joint 의생성 두개의 Revolute Joint 를생성합니다. 한개는 Driver 에나머지한개는 Load 에붙일것입니다. Clutch Plate 는다른 Geometry 에구속될것이며, 그 Body 에는 Joint 가추가되지않도록주의합니다. Driver joint 생성하기 : 1. Professional 탭의 Joint 그룹에서 Revolute 를선택합니다. 2. 생성방법을 Body, Body, Point 로설정합니다. 3. 첫번째 Body 로 Ground 를선택하기위해서 Working Model 윈도우에서 Body 가위치하지않은빈공간을클릭합니다. 4. 두번째 Body 를선택하기위해서 ClutchDriver 를선택합니다. 5. Input Window 툴바에서 Joint 의위치를 0, 0, 0 으로입력합니다. 6. Database 창의 RevJoint1 위에서오른쪽마우스버튼을클릭한후 Property 를클릭합니다. 7. General 탭에서생성한 Joint 의이름을 Rev_driver 로변경합니다. 8. OK 를클릭합니다. 비슷한방법으로 Clutch Load 에 Revolute Joint 를생성합니다. 그러나, 이번에는 Friction 을추가할 것입니다. Load Joint 생성하기 : 1. Professional 탭의 Joint 그룹에서 Revolute 를선택합니다. 생성방법은여전히 Body, Body, Point 로합니다. 2. 첫번째 Body 로 Ground 를선택하기위해서 Working Model 윈도우에서 Body 가위치하지않은빈공간을클릭합니다. 3. 두번째 Body 를선택하기위해서 ClutchLoad 를선택합니다. 4. Input Window 툴바에서 Joint 의위치를 0, 0, 0 으로입력합니다. 5. Database 창의 RevJoint1 에서오른쪽마우스버튼을클릭한후 Property 를선택합니다. 6. General 탭에서생성한 Joint 의이름을 Rev_load 로변경합니다. 7. Joint 탭을클릭합니다. 10

8. Include Friction 옵션을체크한후, Sliding 을클릭합니다. 9. 설정들을다음과같이변경합니다. Static Friction Coefficient: 0.1 Dynamic Friction Coefficient: 0.1 Inner Radius Factor: 20 Outer Radius Factor: 20 10. Close 를클릭합니다. 11. OK 를클릭합니다. 11

Torque 수식의생성 Driving Torque 와 Load Torque 를위한수식들을생성해봅니다. Driving Torque 는 0.01 초가넘으면 0 에서 10,000 N mm 으로변화될것입니다. Load Torque 는 Driving Torque 와반대방향으로힘을부여하며, Load 에부여되는회전속도의제곱값에따라변화될것입니다. 이것은 Snowmobile 에바람저항으로인하여생성되는 Load 를시뮬레이션에서적용하는것입니다. 앞서언급했듯이, Torque 는모델에적합하도록실제값을축소하였습니다. Driving Torque 수식생성하기 : 1. Subentity 탭의 Expression 그룹에서 Expression 을클릭합니다. 2. Create 를클릭합니다. 3. Name 에 Ex_drivingTorque 를입력합니다. 4. 10000*STEP(TIME, 0, 0, 0.01, 1) 로수식을입력합니다. 5. OK 를클릭합니다. 12

Load Torque 수식생성하기 : 1. 새수식을생성하기위해서 Create 를클릭합니다. 2. Name 을 Ex_loadTorque 으로입력합니다. 3. -0.1*WZ(1)*WZ(1) 으로수식을입력합니다. 4. Argument List 밑에있는 Add 를클릭합니다. 5. Database 창에서 Bodies ClutchLoad Markers CM 순서로목록을펼칩니다. 6. 첫번째 Argument 를입력하기위해 CM 을클릭하여 Entity 의빈칸에 CM 을드래그합니다. 7. OK 를두번클릭합니다. 13

Driving Torque 와 Load Torque 의생성 Revolute Joint 에 Clutch Driver 와 Load 에대한 Driving Torque 와 Load Torque 를생성하고생성된수식들에그 Driving Torque 와 Load Torque 를연결해봅니다. Driver torque 생성하기 : 1. Professional 탭의 Force 그룹에서 Rot.Axial 를선택합니다. 2. 생성방법을 Joint 로설정합니다. 3. Working Model 윈도우의두개의 Revolute Joint 근처에서오른쪽마우스버튼을클릭한후 Select List 를선택합니다. Select List 다이얼로그박스에선택될수있는 Entitiy 들의목록이나타납니다. 4. 목록에서 Rev_driver 를선택합니다. 5. OK 를클릭합니다. 6. Database 창에서 Forces 아래에위치한 RotationalAxial1 위에서오른쪽마우스버튼을클릭한후, 나타나는메뉴에서 Property 를선택합니다. 7. EL 을클릭합니다. 8. Expression List 다이얼로그박스에서 Ex_drivingTorque 를선택합니다. 9. OK 를클릭하면오른쪽그림과같이 Properties 다이얼로그박스가나타납니다. 10. General 탭에서생성한 Force 의이름을 RotAx_Driver 로변경합니다. 11. OK 를클릭합니다. 14

Driving Torque 를생성한후, 모델은아래와같이보여집니다. Load Torque 생성하기 : 이번에도위에서했던과정을반복합니다. Joint 를 Rev_load 로선택합니다. Expression List 다이얼로그박스에서 Ex_loadTorque 을선택합니다. 생성한 Force 의이름을 RotAx_load 로변경합니다. 모델을저장합니다. 15

Chapter 4 Surface 와 Contact 의정의 이장에서는 Flexible Surface 와 Rigid Surface 의 Contact 에필요한 Entity 를생성해봅니다. Flexible Body 에 Contact Surface 를생성하고, Flexible Surface 와 Rigid Surface 사이에서 Contact 을정의합니다. 20 분 예상소요시간 16

모델의 Contact 생성 모델에있는두개의 Surface 사이에서 12 개의 Contact 을생성해봅니다. 이모델에서몇개의 Contact 은 Driver 와 Plate 의 Surface 에서생성되고나머지는 Plate 와 Load 사이에서생성됩니다. Contact Surface 가 Plate 에있다면유한요소 Mesh 로부터한세트의 Element Face 이생성됩니다. 이 Element Face 세트는 Patch Set 라고불립니다. Contact Surface 가 Driver 에있다면 Face Surface 가생성됩니다. 아래의그림은 Contact 을생성해야할 12 개의범위와 Contact 을위한각 Surface 의선택순서를보여주고있습니다. Contact 구성도 주의할점 : Clutch 위의 Contact 이가능한모든범위를선택하지않도록합니다. 그이유는 Driver 가 Clutch Plate 를회전시킬때, 원심력은 Clutch Load 를향한바깥쪽으로 Plate Element 을당기기때문입니다. 이러한점을염두에두면, Contact 의수를줄일수있으며, 시뮬레이션의시간을감소시킬수있습니다. 17

Patch Set 의생성 이전에도언급했듯이, Plate 에 Surface 가있을경우, Contact 을생성하기전에하나의 Patch Set 을생성해야합니다. 생성해야할 Patch Set 은 9 개이며그것들을쉽게생성하기위해서는첫번째 Patch Set 을생성한후에이미생성된 Patch Set 을가지고있는매개모델을엽니다. Patch Set 의생성에대해더자세히알고싶다면부록 A: 나머지 Patch Set 의생성을참고하시기바랍니다. Flexible Body 에 Patch Set 생성하기 : 1. Database 창의 FFlexClutchPlate 위에서오른쪽마우스버튼을클릭한후 Edit 를클릭합니다. RecurDyn 은현재 Clutch Plate 를수정하기위한 Body-Edit 모드입니다. 2. FFlex Edit 탭의 Set 그룹에서 Patch 를클릭합니다. 3. 오른쪽그림과같이빨간색을선택합니다. 4. Tolerance(Degree) 를 20 으로변경합니다. 5. Add/Remove (Continuous) 를클릭합니다. 6. 오른쪽그림에서보이는것처럼자세히보기위해 FflexClutchPlate Geometry 를확대를합니다. 그리고오른쪽그림에서노란색으로하이라이트되어있는 element 를선택합니다. 18

7. Working 창에서오른쪽마우스버튼을클릭한후 Finish Operation 을클릭합니다. 8. Patch Set 다이얼로그에서 Add/Remove (Continuous) 를클릭합니다. 9. Ctrl 키를누른채로오른쪽그림처럼첫번째 Contact Surface 의하늘색으로강조된 Element Face 를선택합니다. Tip : 쉽게 Face 를선택하기 : 잘못선택한 Element 의선택을취소하려면 Ctrl 키를누른채로, 같은 Element 를다시클릭합니다. 현재의선택모드에서 Ctrl 키를누르지않고, 또다른 Element 를선택한다면, 이전에선택된모든 Element 가취소되고방금클릭한 Element 만선택될것입니다. Ctrl 키를누르지않고여러아이템들을선택하기위해선택동작변경하기 : Flexible Toolbar 에서아래그림처럼 Add 를선택합니다. 또한, Remove 옵션에주의합니다. 이옵션을선택하면 Element 를클릭할때, Element 의 선택은불가능하며 Element 의취소만가능합니다. 19

10. Patch Set 다이얼로그에서 Preview Normal 을클릭합니다. 11. 오른쪽그림에서보여지는것처럼, 모든수직선이 Surface 바깥쪽을가리키고있는지확인합니다. 그렇지않으면, 오른쪽그림과동일한방향으로모든수직선을수정하기위해 Auto Adjust 를클릭합니다. 그방향이원하는방향이아니라면, 수직선을수정하기위해 Switch 를클릭합니다. 12. OK 를클릭합니다. 13. Patch Set 이오른쪽그림과같이나타납니다. 이제, 나머지 Patch Set 을생성하기위해서다음과같이합니다. 나머지 Patch Set 이이미생성되어있는모델인 FFlexClutch_Intermediate.rdyn 을열어 다음단계인 Face Surface 의생성 을이어서진행합니다. ( 파일경로 : <Install Dir> \Help \Tutorial \Flexible \FFlex\CompliantClutch) ( 또는, 46 페이지의 부록 A: 나머지 Patch Set 의생성 의내용에따라진행하여남은 Patch Set 을생성하고다음단계인 Face Surface 의생성 을이어서진행합니다.) 모델을저장합니다. 만약 FFlexClutch_Intermediate.rdyn 모델을사용하였다면 Save As 를이용하여새로 저장합니다. <Install Dir> 경로에서는 Simulation 을할수없습니다 20

Face Surface 의생성 Rigid body 에 Face Surface 생성하기 : 1. Database 창의 ClutchDriver 위에서오른쪽마우스버튼을클릭한후, Edit 를클릭합니다. Clutch Driver 를수정하기위해현재, Body-Edit 모드여야합니다. 2. Geometry 탭의 Surface 그룹에서 FaceSurface 를선택합니다. 3. 모델생성방법을 Solid(Sheet), MultiFace 로설정합니다. 4. Working 창에서 ClutchDriver geometry 를선택합니다. 그러면 FaceSurf Operation 대화상자가나타납니다. 5. Arm 윗부분의오른쪽면에있는두개의 Face 을 Ctrl 키를누른채로아래의그림에서보여지는바와같이선택합니다. 6. Color 를노란색으로변경합니다. 7. OK 를클릭합니다. 나머지 Face Surface 를생성하기 : 위의과정을참고하여모두 8 개의 Face Surface 가생성될때까지 Clutch Driver 주위를시계 방향에따라선택합니다. 모두생성한후 Body-Edit 모드에서 Exit 을클릭하여나옵니다. 21

Contact 의생성 이제, Contact 구성도에나타난순서대로 Clutch Plate 와 Driver 에필요한 Contact Surface 를 정의하여 Contact 를생성해봅니다. Contact 의구성도 Driver Arm Contact 생성하기 : 위에그림에나타난 1 번부분의 Contact 을정의합니다. 1. Flexible 탭의 FFlex 그룹에서 FSurf.ToSurf. Contact 을클릭합니다. 2. 생성방법을 Surface, PatchSet 으로설정합니다. 3. 오른쪽그림처럼 Clutch driver 에생성해놓은첫번째 Face Surface 를선택합니다. 4. 오른쪽그림처럼 Clutch plate 에생성된첫번째 Patch Set 을선택합니다. 22

나머지 Driver Arm Contact 을생성하기 : 위의과정을참고하여, 2 번에서 8 번까지의 Driver-to-plate Contact 을생성하기위해 Clutch Driver 주위를시계방향에따라선택합니다. Plate-to-Load Contact 생성하기 : 1. Contact 을생성하기위해위의과정을참고하되, 이번에는첨부그림의 9 번과같이맨위에 Plateto-Load Contact 을생성합니다. 아래와같이, Load 안쪽의둥근 Surface 를선택합니다. 그 Surface 를선택할때, 그 Surface 의모서리는밝은빨간색으로보일것입니다. 2. 맨위의 Patch Set 을선택합니다. 나머지 Plate-to-Load Contact 들생성하기 : 위의과정을참고하여, 10 번부터 12 번까지의나머지 Driver-to-Plate Contact 을생성하기위해 Clutch Driver 주위를시계방향에따라선택합니다. 그러면, 모델은다음과같이보여집니다. 23

Contact 아이콘들은 Working Model 윈도우를복잡하게하므로, Contact 및 Revolute Joint, Rotational Axial Force 의아이콘들을 Working 창에서보이지않도록꺼둡니다. 모델의아이콘이보이지않게하기 : 1. 툴바에서, Icon Control 을클릭합니다. 2. 옵션체크상자의체크를모두해제합니다. 3. 대화상자를닫습니다. 24

Contact 의수정 이제, 생성한 Contact 을수정해봅니다. 먼저, 모든 Contact 에대해서일정한변화를주고, Plate-to- Load Contact 에대해서는마찰을추가합니다. Plate-to-load Contact 의마찰특성은 Clutch 가 Driver 에서 Load 까지힘을전달하기위해이마찰을 이용하기때문에중요하며, 시뮬레이션의시간을단축시키기위해일반적인범위보다더높은마찰계수를 사용할것입니다. Driver Arm Contact 에는마찰이거의없게설정하여, 시뮬레이션시간을단축시키기위해서마찰은 고려하지않을것입니다. Contact 수정하기 : 1. Database 창에서, Shift 키를누른채로모든 12 개의 Contact 을 (FSurfaceToSurface1 FSurfaceToSurface12) 한번에선택합니다. 2. 선택된 Contact 위에서오른쪽마우스버튼을클릭한후, 나타난메뉴에서 Property 를클릭합니다. 3. FlexSurfaceToSurface 탭을클릭하여오른쪽그림에서보이는것처럼 Base Surface 를정의하기위해첫번째 Contact Surface 버튼을클릭합니다. 4. Surface Patch 다이얼로그박스에서다음과같이설정합니다. Max Penetration : 1 Plane Tolerance Factor : 1 5. OK 를클릭합니다. 6. Action Flexible Surface 를정의하기위해, 두번째 Contact Surface 버튼을클릭합니다. 25

7. Max Penetration 를 1 로변경합니다. 8. OK 를클릭합니다. 9. Characteristic 탭을클릭합니다. 10. 다음과같이설정을변경합니다. Stiffness Coefficient : 100 Damping Coefficient : 5.e-03 11. OK 를클릭합니다. 26

Plate-to-Load Contact 에대해서 Friction 추가하기 : 1. Database 창에서 Shift 키를누른채 FSurfaceToSurface9 부터 FSurfaceToSurface12 를동시에선택합니다. 2. 선택한 Contact 위에서오른쪽마우스버튼을클릭한후, 나타난메뉴에서 Property 를클릭합니다. 3. Characteristic 탭을클릭합니다. 4. 다음과같이설정을변경합니다. Dynamic Friction Coefficient : 1.2 5. Friction 을클릭합니다. 6. 다음과같이설정을변경합니다. Static Threshold Velocity : 10 Dynamic Threshold Velocity : 15 Static Friction Coefficient : 1.26 7. Close 를클릭합니다. 8. OK 를클릭합니다. 모델을저장합니다. 27

Chapter 5 Boundary Condition 의생성 이장에서는 Clutch Plate 의모든유한요소 Node 에대해 Boundary Condition 을생성합니다. Boundary Condition 은 Z 방향을가진 Node 의 Motion 을 0 으로구속할것이며, 이는, Clutch 로부터 Clutch Plate 의분리를방지합니다. 또한, 이는모든요소들의자유도를줄여서시뮬레이션의시간을단축하게됩니다. 5 분 예상소요시간 28

Boundary Condition 의생성 Boundary condition 구성하기 : 1. Database 창의 FFlexClutchPlate 위에서오른쪽마우스버튼을클릭한후 Edit 를클릭합니다. 2. FFlex Edit 탭의 FFlex Edit 그룹에서 B.C. 를클릭합니다. 3. 오른쪽에보이는그림처럼 Z 를제외하고나머지체크박스의체크를해제합니다. 4. Add/Remove 버튼을클릭합니다. 5. Working 창에서, 전체 Clutch Plate 주위를클릭과드래그기능을사용하여, 모든 Node 를선택합니다. 6. Working 창에서마우스오른쪽버튼을클릭한후 Finish Operation 을클릭합니다. 7. OK 를클릭합니다. 아래의그림처럼 Clutch Plate 가보여지며 -Z 방향으로화살표가향하게됩니다. 8. Exit 를클릭합니다. 모델을저장합니다. 29

Chapter 6 모델의시뮬레이션 이장에서는내부 Stress 의 Contour 가가능하도록시뮬레이션을실행시킨후, 그시뮬레이션의 애니메이션을재생시켜봅니다. 15 분 예상소요시간 30

Center 에대한 Stress Recovery 설정 시뮬레이션을실행하기전에 FFlex Body 에대한 Stress Recovery 설정을변경합니다. 이는정확하게해석된 Contour Plot 의결과값을얻기위해서설정됩니다. Center 에대한 Stress Recovery 설정하기 : 1. Home 탭의 Setting 그룹에서 Flexibility 를클릭합니다. 2. FFlex 탭을선택합니다. 3. Stress Recovery Type 아래에있는 Center 를클릭합니다. 4. OK 를클릭합니다. 31

시뮬레이션의실행 시뮬레이션실행하기 : 1. Analysis 탭의 Simulation Type 그룹에서 Dyn/Kin 을클릭합니다. 2. General 탭에서, 다음과같이설정을변경합니다. End Time : 3.e-02 Step : 300 Plot Multiplier Step Factor : 3 3. Parameter 탭에서, 다음과같이설정을변경합니다. Initial Time Step: 1.e-06 Numerical Damping: 0.3 4. Simulate 를클릭합니다. 1~ 5 분동안시뮬레이션이실행됩니다. 32

Clutch Plate 의 Stress 에대한 Contour Display Clutch Plate 의내부 Stress 를보기위해서 Contour Display 를실행합니다. Contour Display 실행하기 : 1. Flexible 탭의 FFlex 그룹에서 Contour 를클릭합니다. 2. 아래그림에서보이는것처럼, 다이얼로그상자의하단에서 Enable Contour View 를선택합니다. 3. Contour Option 의 Type 을 Stress 로설정합니다. 4. 목록끝에있는 SMISES 를클릭합니다. 5. Calculation 를클릭합니다. 이것은시뮬레이션전체에걸쳐발생하는최대와최소 Stress 를결정합니다. 6. Show Min/Max 옵션을체크합니다. 7. OK 를클릭합니다. 이제, 시뮬레이션을실행한후, Contour Display 를실행하면애니메이션을재생할수있습니다. 33

애니메이션결과보기 애니메이션재생하기 : Analysis 탭의 Animation Control 그룹에서, Play/Pause 를클릭합니다. 애니메이션은 Driver 가회전한후에, Plate 에 Contact 하는것을보여줍니다. Plate 와 Driver 의회전속도가증가함에따라, Plate 는바깥쪽으로확장되고 Load 와 Contact 하게됩니다. 0.03 초후반에서 Load 는 Plate 와같이회전하지만속도는일정하지않습니다. 애니메이션의재생이끝났을때 : 가장높은 Stress 가있는범위를검토해봅시다. 아마도, 그범위에 Flex 점이위치할것입니다. RecurDyn 은가장높은 Stress 를가진 Flex 점의위치를보여줍니다. Clutch Plate 에서가장높은 Stress 를가진 Flex 점의위치를확대하여 Shade 모드로보면, 아래의그림처럼보여집니다. RecurDyn 은최대 Stress 점의 Node 번호와 Stress 를알려줍니다. 시뮬레이션중반에 Node 706 에 발생한최대 Stress 는 511.023N/mm2 입니다. 예상밖의결과들을통해어떤것을알수있습니까? Clutch 의구조가대칭임에도불구하고시뮬레이션 후반에서 Plate 의변형은비대칭입니다. 왜이런결과가발생했는지검토하기위해다음과같이 Contour Plot 의 Scale 과 Appearance 를조정해볼것입니다. 34

Contour Display 조정하기 : 1. Flexible 탭의 FFlex 그룹에서 Countour 를클릭합니다. 2. Min/Max Option 에서 Type 을 User Defined 로설정합니다. 3. Max 를 10 으로설정합니다. 4. Show Min/Max 옵션의체크를해제합니다. 5. Style Option 아래에서 Style 을 Smooth 로설정합니다. 6. User Defined Max Color 옵션을체크합니다. 7. Exceed Max Color 를빨간색으로변경합니다. 8. OK 를클릭합니다. 9. 애니메이션을다시재생한후, 결과를관찰합니다. 이미설정된마찰로인해, 이설계는비대칭모드로이동하는경향을가지며, 불안정합니다. 애니메이션이재생되는동안다음과같은결과들을볼수있습니다. 35

비대칭움직임에대해가능한한가지설명은다음과같습니다. 왼쪽 Plate Segment 에 Clutch Driver 로부터가해진 Force(1) 과 Load 의마찰은 Plate Segment 에시계방향의 Torque(2) 를발생시킵니다. 그 Torque 는인접한아래쪽 Segment 에반시계방향의 Torque(3) 으로전달되며, Torque(3) 은 Load 의왼쪽아래에위치한 Flex 점을끌어당기는 Force(4) 를발생시킵니다. 이로인하여, 결과적으로비대칭을생성하게되고. 동일한현상은연쇄적으로 Plate 의반대쪽에서도나타나게됩니다. 시뮬레이션결과의 Plotting RecurDyn 의 Plotting 기능을사용하면결과를더쉽게분석할수있습니다. ( 이튜토리얼에서는유저가 Plotting 하는방법은이미알고있다고간주하고있으므로, Plotting 하는방법에대한정보는, 3D Crank-Slider 튜토리얼을참고하시기바랍니다.) 먼저, 실시간애니메이션과함께회전속도와 Torque 를비교해봅시다. 36

애니메이션의회전속도와 Torque 관련 Plot 들을비교하기 : 1. Analysis 탭의 Plot 그룹에서 Result 을클릭합니다. 2. Home 탭의 Windows 그룹에서 Show All Windows 를클릭합니다. 3. 상단왼쪽윈도우에, Tool 탭의 Animation 그룹에서 Load Animation 을클릭합니다. 4. 상단오른쪽윈도우에, Clutch Driver 와 Load 의회전속도를나타내는 Plot 을다음의목록들을 펼쳐서그립니다. FFlexClutch Bodies ClutchDriver Vel_RZ FFlexClutch Bodies ClutchLoad Vel_RZ 5. 오른쪽하단윈도우에 Clutch Driver 와 Load 에적용된 Torque 를나타내는 Plot 을다음의 목록들을펼쳐서그립니다. FFlexClutch Force Rotational Single (Axial) Force RotAx_driver TZ_Rotat_Axial FFlexClutch Force Rotational Single (Axial) Force RotAx_load TZ_Rotat_Axial Plot 윈도우는아래의그림처럼보여집니다. 6. 애니메이션을재생합니다. 37

아래의 Plot 을보면아마도두속도는이후의어떤시점에서수렴될것이라는것을알수있습니다. 1 과 2 에서어떤현상이일어납니까? (1) Clutch Driver 는움직임을시작하는초기에 Clutch Plate 와 Contact 하며, (2)Clutch Plate 는비대칭일것으로추측됩니다. Driver Arm 에발생된 Contact Force 와 Plate-to-Load Contact 을이제 Plot 으로그려보겠습니다. Contact 1 에서 8 까지는 Driver Arm Contact 이고 Contact 9 에서 12 까지는 Plate-to-Load Contact 임을염두하시기바랍니다. 38

Contact Force 를 Plot 하기 : 1. 새로운 Plot 윈도우에서시뮬레이션을하는동안발생된 4 개의 Driver Arm Contact Force 의 Plot 을그립니다. Contact 2, 4, 6, 8 을 Plot 으로그립니다.(FFlexClutch Contact Flexible surface FSurfaceToSurface2 FM_CONTACT_BASE, 나머지 Contact 들도동일할순서로목록을펼칩니다.) 또다른 Plot 윈도우에서, 4 개의 Clutch Plate-to-Load Contact Force 의 Plot 을그립니다. Contact 9 에서 12 까지가이에해당됩니다.(FFlexClutch Contact Flexible surface FSurfaceToSurface9 FM_CONTACT_BASE, 나머지 Contact 도동일할순서로목록을펼칩니다.) 그러면다음과같이 Plot 이그려집니다. 이 Plot 으로도결과를분석할수있지만, 더수월하게결과를분석하기위해데이터의노이즈를 감소시켜서 Plot 을더단순하게만들어보겠습니다. 600 Hz 로절단된주파수를사용하여데이터에 Low- Pass Filter 를적용해봅시다. 39

주의할점 : FM_CONTACT_BASE Plot 옵션은 Contact 에발생된총 Force 의값을나타내며, 이 옵션으로인해 Plot 의단위가 Force/Area 가아닌 Force 인지알수있습니다. Contact Force 데이터에 Filter 적용하기 : 1. Home 탭의 Multiple Axes 그룹에서 At Current Axis 옵션을켭니다. 2. Tool 탭의 Analysis 그룹에서 Filter 를클릭합니다. 3. 다음의과정들을위해아래의그림처럼설정합니다. Type 을 Low Pass 로설정합니다. Cutoff (Hz) 를 600 으로설정합니다 4. Execute 를실행합니다. 5. Curve 를 1: FM_CONTACT_BASE FsurfaceToSurface2(N) 로설정합니다. 6. Execute 를실행합니다. 7. 세개의남아있는 Curve 들에대해서도위의과정을반복합니다. 8. Close 를클릭합니다. Filter 들이적용될때, 약간의시간이걸릴수있습니다. 9. Filter 되지않은 Plot 의선들은제거하고, 각각의선을더욱구별하기쉽도록 Plot 선에새로운색을적용합니다. 10. 나머지 Contact Force 의 Plot 에도위의과정을반복합니다. 40

그러면 Plot 은다음의그림과같이보여집니다. 이제, Plot 을좀더수월하게분석할수있습니다. Driver Arm Contact 을보면, 4 개의모든 Contact 이 Plate 와 Load 사이에서 Contact 이생성될때까지서로유사한 Force 를발생합니다. 여기서, Contact 2 와 Contact 6 은더높은값의 Contact Force 를유지하는 Contact 4 와 Contact 8 과같이, Contact 4 와 Contact 8 의반대방향으로진동됩니다. 이것은 Contact 4 와 Contact 8 이 Load 와더긴밀히 Contact 되어진 Plate Segment 로둘러싸인 Driver Arm 과같이있기때문에타당한것이며, 더많은 Torque 를전달하게합니다. 4/8 부터 2/6 인 Contact 의결과는 Clutch Plate 가비대칭형태를나타내기전에 (~0.016 초 )~0.010 초에서일어납니다. 41

Clutch Plate-to-Load Contact 을살펴보면, Contact 9 와 11 이유사하며, Contact 10 과 12 가유사합니다. 9/11 그룹과 10/12 그룹은같은방향으로초기에진동합니다. 그러나, 시간의흐름에따라진동은반대방향이변경되며, 9/11 그룹은더높은 Contact Force 를갖게됩니다. 이 Contact 은초기에 Clutch Plate 의위과아래에발생하게되며, 시간이지남에따라 Load 와더긴밀한 Contact 을발생합니다. 시뮬레이션을더오랫동안실행한다면 0.095 초에서 Clutch 가맞물려잘돌아가게되는 다음과같은결과를얻을수있습니다. 42

Appendix A 부록 A: 나머지 Patch Set 의생성 이부록은 Patch Set 의생성 부분과연결되는내용으로 Surface Contact 에필요한나머지 Patch Set 8 개를생성하는법에대해설명하고있습니다. 25 분 예상소요시간 43

나머지 Patch Set 의생성 나머지 Patch Set 생성하기 : 1. 이부록의도입부에있는 Contact 구성도를참고하여, 첫번째 Patch Set 을생성했던방법 ( Add/Remove(continuous) ) 과동일한방법을사용합니다. Clutch Plate 주위의 Surface 을계속선택하면 RecurDyn 은자동적으로 Patch Set 에 SetPatch2, SetPatch3,, SetPatch8 로이름을붙일것입니다. 2. Clutch Plate 의바깥쪽 Surface 에대해서도 Contact 구성도를참고하여, 위쪽 Surface 를시작으로 Clutch Plate 의주위를시계방향에따라선택합니다. 각각의 Surface 는아래의그림처럼밝은회색으로보여집니다. 3. 아래의그림처럼모든수직선들은 Clutch Load 의바깥쪽을향하게됩니다. 4. Exit 를클릭합니다. 이튜토리얼의 4 장으로돌아가서 Face Surface 의생성 부분을계속 진행합니다. Thanks for participating in this tutorial! 44