유한요소법(FEM; Finite Element Method), 단조 해석, 단조의 유한요소법

 

<기출>

• 금속 19-4-4 단조 해석 방법 중 유한요소법(Finite Element Method)을 설명하시오.
• 금속 15-4-3 대형 부품을 단조공법으로 제조할때, 단조해석 방법으로 사용하는 유한요소법 (finite element method)을 설명하시오

 

1. 유한요소법 

 

1) 유한요소법(FEMl Finite Element Method) 의 정의

CAE(Computer Aided Engineering)의 대표적인 항목으로, 부품 및 제품을 3D CAD(Computer Aided Drawing)로 모델링하여 제작했을때, 제품이 실제로 받게되는 힘 혹은 상황에 따른 예상 문제점 검토를 위해 대상의 물체를 유한개의 요소로 분할하여(3차원 - 줄실체(사면체, 육면체)) 각기의 영역에 관하여 상황에 따른 물리적 계산을 해나가는 계산 수법 

예를 들어, 불규칙한 형상의 면적을 구하기는 어렵지만 이를 작은 삼각형으로 분할하면 삼각형의 면적을 구할 수 있기 때문에 전체 면적을 계산할 수 있다 

요소의 세부 메쉬화 (마이다스아이티)

 

 

2) 유한요소법(FEM : Finite Element Method) 의 구성

① 전 처리기 (Mesh 생성)

해석자와 솔버를 연계시키는 역할  

독립적으로 형상을 생성하거나 CAD에서 입력정보를 불러들어옴 
요소망을 생성(절점 생성), 요소 특성치 정의, 경계조건 설정, 솔버에 적합한 데이터 파일로 변환 

 

② 솔버 (Solver) 

전처리기에서 생성한 요소 및 각종 정보들을 활용하여 해석 수행 

대부분 솔버는 전처리기와 후처리기를 내재함

 

③ 후 처리기 

솔버에서 계산한 해석결과 데이터를 받아 사용자가 확인하기 쉬운 형식으로 표현 (후처리)

그래프, 표, 그래픽의 가시적인 해석 결과 제공 (색상수정, 그래프 수정 기능) 

 

3) 유한요소법(FEMl Finite Element Method) 의 특징 (장점)

최종 부품이 요구하는 목표를 만족하고 있는지 검증 
개발기간 단축, 실패비용 절감 
생산성 향상
예상 문제점 검증 및 예방 

• 응력해석, 온도해석, 유동해석, 전자기장해석 등 모든 장문제에 적용 가능
• 대상의 기하학적 모양에 제약이 없음
• 자동 메시 생성 기능으로 간편하게 접근 가능
• 하중, 경계조건 사용에 제약이 없음
• 다양한 재료를 적용할 수 있음 

2024.03.03 - [Mechanical Engineering Study/소성가공] - 단조 가공