설계자를위한해석 program pro/mechanica - · pdf file열변형 열응력 modal 가진...

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Pro/MECHANICA 해석 사례:설계자를 위한 해석 Program

Pro/MECHANICA

Pro/MECHANICA 해석 사례:설계자를 위한 해석 Program

Pro/MECHANICA

디지테크정보

기술지원팀

디지테크정보

기술지원팀

2© 2002 PTC

목차목차

Pro/MECHANICA 소개

산업체 적용 사례

Pro/MECHANICA 소개

산업체 적용 사례

3© 2002 PTC

Pro/MECHANICA WF3Pro/MECHANICA WF3

설계와 연계되어 구동되는 해석 툴

디자인 엔지니어를 위한 해석 프로그램

다양한 해석 기능 제공

PTC의 i-Series와 타 3차원

CAD 모델 과 interface 가능

기능성을 고려한 설계 해석 툴

설계와 연계되어 구동되는 해석 툴

디자인 엔지니어를 위한 해석 프로그램

다양한 해석 기능 제공

PTC의 i-Series와 타 3차원

CAD 모델 과 interface 가능

기능성을 고려한 설계 해석 툴

4© 2002 PTC

Pro/MECHANICA 기본 개념Pro/MECHANICA 기본 개념

부품과 어셈블리 모델을 위한 해석 툴

해석을 통한 제품 설계 가능

Feature를 근간으로 한 parametric modeling

Pro/ENGINEER와 통합 환경 구축

설계와 단일 모델 사용

Structural, Thermal, Motion, Fatigue 해석 가능

민감도 해석, 최적화 해석 가능

Virtual Prototype 제작 가능

MSC/NASTRAN을 포함한 3rd party FEA Solver와 데이터 교환 가능

부품과 어셈블리 모델을 위한 해석 툴

해석을 통한 제품 설계 가능

Feature를 근간으로 한 parametric modeling

Pro/ENGINEER와 통합 환경 구축

설계와 단일 모델 사용

Structural, Thermal, Motion, Fatigue 해석 가능

민감도 해석, 최적화 해석 가능

Virtual Prototype 제작 가능

MSC/NASTRAN을 포함한 3rd party FEA Solver와 데이터 교환 가능

5© 2002 PTC

Pro/MECHANICA 해석 기능Pro/MECHANICA 해석 기능

Structure Package선형정적해석, 고유진동해석, 강제진동해석, 좌굴 해석 기능

비선형 해석 기능(Geometry Non-linear, Contact)

GEM Method를 이용하여 별도의 FE Model

없이도 해석 가능

P-element의 차수를 조절하여 해의 정확도 조절 가능

Parametric 기법을 근간으로 한 최적화 기능

H-mesh를 사용하는 FEA solvers와도 interface가능

Pro/ENGINEER 환경 하에서 구동 되어

Pro/ENGINEER 사용자에게 친숙한 환경 제공

타 CAD system들과의 interface 가능

Motion 결과를 구조해석의 하중 입력 값으로 사용 가능

Structure Package선형정적해석, 고유진동해석, 강제진동해석, 좌굴 해석 기능

비선형 해석 기능(Geometry Non-linear, Contact)

GEM Method를 이용하여 별도의 FE Model

없이도 해석 가능



H-mesh를 사용하는 FEA solvers와도 interface가능


Pro/ENGINEER 사용자에게 친숙한 환경 제공


Motion 결과를 구조해석의 하중 입력 값으로 사용 가능

6© 2002 PTC

Pro/MECHANICA 해석 기능 (계속)Pro/MECHANICA 해석 기능 (계속)

Thermal PackageSteady state 와 transient 열 해석 기능

열 응력 해석 기능

GEM Method를 이용하여 별도의 FE Model 없이도 해석

가능




Pro/ENGINEER 사용자에게

친숙한 환경 제공


Thermal PackageSteady state 와 transient 열 해석 기능

열 응력 해석 기능

GEM Method를 이용하여 별도의 FE Model 없이도 해석

가능




Pro/ENGINEER 사용자에게

친숙한 환경 제공


7© 2002 PTC

Pro/MECHANICA 해석 기능(Motion&Simulation-Pro/E)Pro/MECHANICA 해석 기능(Motion&Simulation-Pro/E)MDO

기구 동력학 해석 기능

간섭 체크, collision detection 기능

Applied loads와 reaction forces 산출 가능



Pro/ENGINEER 사용자에게 친숙한 환경

제공


MDO

기구 동력학 해석 기능

간섭 체크, collision detection 기능

Applied loads와 reaction forces 산출 가능



Pro/ENGINEER 사용자에게 친숙한 환경

제공


8© 2002 PTC

Pro/MECHANICA 해석 기능 (계속)Pro/MECHANICA 해석 기능 (계속)

Fatigue Advisor Package

구조 해석 결과 이용

피로 수명, 피로 손상도, 피로 안전율

하중 이력과 재료 물성치

피로 수명 최적화 기능

검증된 Solver(N-Code) 이용

피로 해석 전문 툴과 Interface 가능

Fatigue Advisor Package

구조 해석 결과 이용

피로 수명, 피로 손상도, 피로 안전율

하중 이력과 재료 물성치

피로 수명 최적화 기능

검증된 Solver(N-Code) 이용

피로 해석 전문 툴과 Interface 가능

9© 2002 PTC

Pro/MECHANICA의 강점Pro/MECHANICA의 강점

디자인 엔지니어를 위한 해석 툴로 배우기 쉽고

사용하기 쉽다.

Pro/ENGINEER와 통합 환경 하에서 설계, 해석, 최적화 등의 작업이 이루어짐

제품 개발 시간 단축

최적화된 제품 개발 가능

제품 성능 향상

사용 재질 절약

제품 개발 비용 감소

빠른 시간 내에 제품 출시 가능

디자인 엔지니어를 위한 해석 툴로 배우기 쉽고

사용하기 쉽다.

Pro/ENGINEER와 통합 환경 하에서 설계, 해석, 최적화 등의 작업이 이루어짐

제품 개발 시간 단축

최적화된 제품 개발 가능

제품 성능 향상

사용 재질 절약

제품 개발 비용 감소

빠른 시간 내에 제품 출시 가능

10© 2002 PTC

해석의 유용성

0

Design Production

Analysis results for design Analysis

results for validation

Necessity

해석이 설계 엔지니어에게 필요한 이유

11© 2002 PTC

산업체 적용 사례산업체 적용 사례

“power to be truly innovative”

Allowed to respondquickly to

customer requestsCut development

time from 10 years to 3 years

Development timereduced by 50%

Reduced developmenttime by 80%

12© 2002 PTC

Pro/MECHANICA Consulting 현황Pro/MECHANICA Consulting 현황

Hyundai Motors Company(NamYang, Ulsan)DaeKi, HAC, Jico, MyungHwaAce Tech., DongYang, KeYang Elec., LG Recomp.

Hyundai Motors Hyundai Motors Company(NamYangCompany(NamYang, , UlsanUlsan))DaeKiDaeKi, HAC, , HAC, JicoJico, , MyungHwaMyungHwaAce Tech., Ace Tech., DongYangDongYang, , KeYangKeYang Elec., LG Elec., LG RecompRecomp..

13© 2002 PTC

국 내

LG Recomp㈜ HAC

해 외

국국 내내

LG LG RecompRecomp㈜㈜ HACHAC

해해 외외

Pro/MECHANICA 적용 사례Pro/MECHANICA 적용 사례

Allowed to respondquickly to

customer requests

Cut development time from 10

years to 3 yearsReduced

developmenttime by 80%

14© 2002 PTC

Pro/MECHANICA 적용사례 – LG RecompPro/MECHANICA 적용사례 – LG Recomp

資源有限智無限 LG Electronics

본체의 Motion & Structure Analysis

Cylinder Block의 Thermal & Structure Analysis

Ear Mount의 Modal Analysis 및 타

S/W와의 연계

본체의 Motion & Structure Analysis

Cylinder Block의 Thermal & Structure Analysis

Ear Mount의 Modal Analysis 및 타

S/W와의 연계

LG Recomp는 냉장고의 심장이라 할 수 있는 Compress를 생산한다.

해석을 추가하여 최적화된 Compress를 설계하고자 하였다.

Consulting : 10 Days

LG Recomp는 냉장고의 심장이라 할 수 있는 Compress를 생산한다.

해석을 추가하여 최적화된 Compress를 설계하고자 하였다.


15© 2002 PTC


전달특성

최적화

운전조건-본체거동

-내압

가진충격- 연속가진

- 가변주파수

MotionStructure

강도평가

최적화

1. Loop Pipe & D-con Pipe

MDX와 MECHANICA의 Motion을 이용하여 본체의 거동과 거동량을 파악하여 설계에 반영하였다.

Motion Analysis의 결과를 이용하여 본체가 거동함에 따라 가장 많은 문제점을 가지고 있던 Loop Pipe의 구조 강도 해석을 수행하여 최적의 형상을 설계하였다.

해석 결과


16© 2002 PTC


ThermalStructure

실린더내부 열

권선 열

열 변형열 응력

Modal

가진충격

고유진동수구조강도

2. Cylinder Block

열 해석 을 수행하여 Cylinder Block내의 열 분포를 확인하였다.열 응력 해석을 수행하여 Cylinder Block의 열에 대한 구조적안정성 및 볼트 체결 변형에 대한 구조해석도 수행하였다.

Shell과 공진 가능성을 배제하기 위하여 Cylinder Block 자체의고유진동 해석을 수행하였다.

해석 결과


17© 2002 PTC


Modal

Structure

고유진동수(공진회피설계)

FE DATASYSNOISE

연계

3. Shell

해석 결과

공진 회피를 위한 Shell Assembly의고유진동 해석을 수행하였다.

소음 해석용 프로그램인SYSNOISE와 연계 사용하기 위하여MECHANICA의 FE Mesh를이용하여 H-Mesh Type의 Femodel제작.


18© 2002 PTC

Pro/MECHANICA 적용사례 – ㈜ HACPro/MECHANICA 적용사례 – ㈜ HAC

Relief valve의 Buckling Analysis

Oil Pump의 Thermal & Structure Analysis

Oil Pump의 Contact Analysis

Relief valve의 Buckling Analysis

Oil Pump의 Thermal & Structure Analysis

Oil Pump의 Contact Analysis

㈜ HAC는 국내(삼성자동차, 쌍용자동차) 및 국외(FORD, GM) 등에

사용되는 Oil Pump, Water Pump 등을 제작한다.


㈜ HAC는 국내(삼성자동차, 쌍용자동차) 및 국외(FORD, GM) 등에

사용되는 Oil Pump, Water Pump 등을 제작한다.


19© 2002 PTC


Relief Valve Buckling Analysis - ㈜ HACSpring과 Valve, Plug로 구성되어 있으며, Buckling으로 인하여 Oil Pump의 내부에 소착되는 현상 발생

Guide 역할을 하는 Valve와 Plug의 적절한 길이에 따른 BLF 계산

Relief Valve Buckling Analysis - ㈜ HACSpring과 Valve, Plug로 구성되어 있으며, Buckling으로 인하여 Oil Pump의 내부에 소착되는 현상 발생

Guide 역할을 하는 Valve와 Plug의 적절한 길이에 따른 BLF 계산

20© 2002 PTC


Oil Pump Thermal & Structure Analysis엔진에서 유입되는 고온의 오일로 인하여 Oil Pump의 열 팽창 발생

재질이 다른 Mount Bolt와 Oil Pump 사이의 응력 발생

Oil Pump Thermal & Structure Analysis엔진에서 유입되는 고온의 오일로 인하여 Oil Pump의 열 팽창 발생

재질이 다른 Mount Bolt와 Oil Pump 사이의 응력 발생

21© 2002 PTC


Oil Pump Contact AnalysisShaft와 Rotor의 형상이 복잡하여 Shaft와 Body의 Force 전달경로가 명확하지 않음.따라서, Contact이 예상되는 부위를 고려한 Contact Analysis

Oil Pump Contact AnalysisShaft와 Rotor의 형상이 복잡하여 Shaft와 Body의 Force 전달경로가 명확하지 않음.따라서, Contact이 예상되는 부위를 고려한 Contact Analysis

22© 2002 PTC

Pro/MECHANICA 적용사례 - 해외Pro/MECHANICA 적용사례 - 해외

Aerospace Mechanism Housing - STRUCTUREAerospace Mechanism Housing - STRUCTURE

23© 2002 PTC


Car Body A-Pillar(Spot Welds) - STRUCTURECar Body A-Pillar(Spot Welds) - STRUCTURE

24© 2002 PTC


Indy Car Engine - MOTIONIndy Car Engine - MOTION

25© 2002 PTC


Automotive Knuckle - STRUCTUREAutomotive Knuckle - STRUCTURE

26© 2002 PTC


Automotive Muffler Vibration - STRUCTUREAutomotive Muffler Vibration - STRUCTURE

27© 2002 PTC


3-Piece Piston Contact - STRUCTURE3-Piece Piston Contact - STRUCTURE

28© 2002 PTC


Electrical Circuit Breaker - MOTIONElectrical Circuit Breaker - MOTION

29© 2002 PTC


Fluid Valve - STRUCTUREFluid Valve - STRUCTURE

30© 2002 PTC


Forklift Vehicle Frame - STRUCTUREForklift Vehicle Frame - STRUCTURE

31© 2002 PTC


Bulldozer - MOTIONBulldozer - MOTION

32© 2002 PTC


Dump Truck Rear Suspension - MOTIONDump Truck Rear Suspension - MOTION

33© 2002 PTC


Weed-Whacker Fuel Injector Valve - MOTIONWeed-Whacker Fuel Injector Valve - MOTION

34© 2002 PTC


Transformer Car/Robot Toy - MOTIONTransformer Car/Robot Toy - MOTION

36© 2002 PTC

Structural Simulation Package :Pro/MECHANICA STRUCTURE -구조응력해석, 변형&변위해석, 강도해석, 부품최적설계 ,

비선형 접촉, 대변형, 좌굴, Pre-stress modal & staticPro/MECHANICA VIBRATION -진동해석 , Mode Shape, Modal, Dynamic Time,Shock,RandamPro/MECHANICA FEM -타 해석용 Solver를 위한 유한요소를 생성

Pro/MECHANICA Simulation Packages

Thermal Simulation Package :Pro/MECHANICA THERMAL -열응력 (heat stress), Steady state 해석

.제품의 시간에 따른, 또는 과도 상태의 열응력 및 열전달 해석

Motion Simulation Package :Pro/E MDO -기계 구조물의 동력학 시뮬레이션(Kinematics & Dynamics)

. 간섭check, 부품간의 마찰력, force, 최대 Load, 가속도,각속도Pro/MECHANICA CUSTOM LOADS - MOTION을 위한 Customization Loading 을제공

Fatigue Avdisor : 부품 내구성 & 수명 예측- 부품수명 예측 ( Predict Life time or cycles to failure)- 부품손상 예측( Damage due to Loading)- 안전율 예측( Factor of Safety)- 신뢰도 (Confidence of Life Time)

- Technology from nCode International

37© 2002 PTC

Berkley, Inc.Berkley, Inc.

SituationEngineers “modally synchronize” golf shafts to reduce vibration and create a larger sweet spotTraditional patented test method is crude, time consuming, prototype ridden, and lacks information about the inside of the club

SolutionPro/MECHANICA provided engineers with valuable vibrational and modal information to determine the quality of “modal synchronization”

Minimized number of prototype clubs for physical testing and provided previously unavailable information about the inside of the club during impact

SituationEngineers “modally synchronize” golf shafts to reduce vibration and create a larger sweet spotTraditional patented test method is crude, time consuming, prototype ridden, and lacks information about the inside of the club

SolutionPro/MECHANICA provided engineers with valuable vibrational and modal information to determine the quality of “modal synchronization”

Minimized number of prototype clubs for physical testing and provided previously unavailable information about the inside of the club during impact

A Manufacturer of Fishing and Golf Products

38© 2002 PTC

•With the part already designed, Pro/MECHANICA was used to reduce the weight of a compressor crankcase by 0.3 pounds in only 1 minute! Without Pro/ENGINEER and Pro/MECHANICA an actual prototype would have been made, costing valuable time and money.

•Since the production on this part is 1.5 million per year, this weight-reduction will save $112,500 in material costs alone!

•Further weight reductions are expected in other areas and production is being ramped up, saving even more money!

Leaders in Compressor Manufacturing

“In a matter of minutes, rather than days, we could determine how much money could be saved by taking material out of the part. We plan to utilize Pro/MECHANICA

for structural analysis.” Andy Singletary, Manager of Drafting/Design

The use of Pro/ENGINEER

and Pro/MECHANICA

for a cost-reduction project

resulted in an initial savings of $112,500! Even greater savings are expected!

39© 2002 PTC

CALOR CALOR

Evaluated 5 design in less than 3 hoursImproved design

10% Weight reductionReduced injection costEliminate Weld line in Stress location

Evaluated 5 design in less than 3 hoursImproved design

10% Weight reductionReduced injection costEliminate Weld line in Stress location

Percolator Pressure Tank

Improved design10% weight reduction

14 % time injection reduction

Stress Location

Weld line

Fill Time

40© 2002 PTC

Dominion CastingsDominion Castings

Obtained results using Pro/MECHANICA in 1 day vs. 3 months of unconverged iteration with COSMOSHot spots missed with COSMOS, possiblecrack potential Pro/MECHANICA stresses, 20% higher than COSMOS, agree with part data.

Obtained results using Pro/MECHANICA in 1 day vs. 3 months of unconverged iteration with COSMOSHot spots missed with COSMOS, possiblecrack potential Pro/MECHANICA stresses, 20% higher than COSMOS, agree with part data.

Conservative 80:1 Productivity Gain

Fabricators of Cast Locomotive Bogies

41© 2002 PTC

Glenfield & Kennedy Ltd.Glenfield & Kennedy Ltd.

Using Pro/ENGINEER and Pro/MECHANICA,valve modeled and optimized in 18 hours20% reduction in weight achievedAnnual savings of over $320,000Software investment paid for on first project

Using Pro/ENGINEER and Pro/MECHANICA,valve modeled and optimized in 18 hours20% reduction in weight achievedAnnual savings of over $320,000Software investment paid for on first project

20% weight reduction$320,000 annual savings

42© 2002 PTC

Healthdyne TechnologiesHealthdyne Technologies

Direct cost savings through the use of parts designed with Pro/ENGINEER and Pro/MECHANICA

Direct cost savings through the use of parts designed with Pro/ENGINEER and Pro/MECHANICA

Location: Marietta, GA

Reduced prototyping from 5 to 1 on this design$252,450 overall savings in 1st year$319,770 overall savings in 2nd year

Bravo Project - CPAP Impeller

$0$50

$100$150$200$250$300$350

Dire

ct C

ost S

avin

gsPe

r Ann

um (0

00's

)

Year 1 Year 2$0

$50$100$150$200$250$300$350

Dire

ct C

ost S

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gsPe

r Ann

um (0

00's

)

Year 1 Year 2

43© 2002 PTC

Ideas Ltd.Ideas Ltd.

Over 14 years experience with analysis toolsUse of Pro/MECHANICA to simulate pressure vessel

Theoretical answer: 599 MPaPro/MECHANICA answer: 597 MPaDesign Space answer: 198 MPa(SolidWorks and ANSYS); a300% ERROR

Reason for purchase: “High accuracy without any user input during mesh generation”

Over 14 years experience with analysis toolsUse of Pro/MECHANICA to simulate pressure vessel

Theoretical answer: 599 MPaPro/MECHANICA answer: 597 MPaDesign Space answer: 198 MPa(SolidWorks and ANSYS); a300% ERROR

Reason for purchase: “High accuracy without any user input during mesh generation”

Design Analysis Company

44© 2002 PTC

Lennox IndustriesLennox Industries

At least one prototype eliminated, saving $15,000 and 4 weeks of tooling time.Seven iterations tested with Pro/MECHANICA Vibration in three days.Pro/MECHANICA confirmed field failures on original design.

At least one prototype eliminated, saving $15,000 and 4 weeks of tooling time.Seven iterations tested with Pro/MECHANICA Vibration in three days.Pro/MECHANICA confirmed field failures on original design.

Location: Carrolton, TX

Developing Comfort Equipment

47© 2002 PTC

Engine Block Structural AnalysisEngine Block Structural Analysis

Volkswagen 5 Cylinder EngineVolkswagen 5 Cylinder Engine

48© 2002 PTC

Engine Block Structural AnalysisEngine Block Structural Analysis

Volkswagen 5 Cylinder EngineVolkswagen 5 Cylinder Engine

설계자를위한해석 program pro/mechanica - · pdf file열변형 열응력 modal 가진...

Documents