shell-to-solid 연결 - event- · pdf file-abaqus/standard 모델이 상대적으 작은...

2

3DS

.CO

M ©

Das

saul

t S

ystè

mes

| C

onfid

entia

l In

form

atio

n | 1

0/5/

2015

| r

ef.:

3D

S_D

ocum

ent_

2012

1 Substructure 개요

2 Co-simulation 개요

3 Submodeling 개요

4 Submodeling 방법

5 Shell to Solid submodeling

6 Shell to Solid Coupling

순서

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

3

Substructure 개요 기본 개념

Substructure는 선형 구조 해석 시간을 단축

Element 집합을 그룹으로 작성

“Retained” node를 제외한 모든 node는 제거

모델 나머지 부분에 관계없이, 그룹 내 부분은 선형 응답에 기초하여 작성

예: Fan blade 모델

Element 수 : 24 S4R elements

Node 수 : 35

Global model

Retained node

Substructure

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

4

Substructure 개요 예 : Chip board 모델

Element 수 : 4121

Node 수 : 17237

모델의 최대 DOF 수 : 47491 Retained nodes

Substructure (두 연결 핀을 제외한 Chip

Board)

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

5

Substructure 개요 예 : Chip board 모델

Chip board substructure를 사용할 Global model

Element 수 : 3475

Node 수 : 5332

Global model (연결 핀에 대한 상세 모델)

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

6

Substructure 개요 Abaqus Substructure* 기능

선형/비선형 문제에 사용 가능

Substructure 부분은 선형 응답

Substructure를 이동/회전/대칭 작성 가능

Preloading 효과 반영 가능

정적/동적 해석에 사용 가능

기하 비선형 해석에서 과대 거동(병진 및 회전) 표현 가능

* FEM에서 Substructure는 “Superelement”라고 참조되기도 함

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

7

Static Substructure 사용 Substructure는 많은 가능한 축소 기법 중 하나를 이용해서 연관된 거대 구조의 강성/질량을 응축하여 작성한 작은 강성/질량 행렬을 의미

Static Substructure는 가장 단순한 substructure 기법

Abaqus의 표준 Element와 Substructure를 이용하여, Substructure를 정의

자유도를 구속하는 것을 정의(Element를 구성하는 node와 node의 DOF를 정의)

Abaqus는 다른 DOF를 제거

Substructure를 구속한 “전역(global)” 문제를 정의

Abaqus는 “Retained” DOF의 항에 포함된 제거 DOF의 응답을 정의하고 문제를 해석

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

8

Substructure 장점 계산 상 장점

System (강성과 질량) 행렬는 작음

Retained DOF와 그와 연관한 축소 강성/질량 행렬만 해석에 사용

필요하면, Substructure 내부 해석 결과를 복원 가능

Substructure는 동일 구조물이 반복적으로 사용되는 경우에 효과적

강성 계산과 Substructure 축소는 한 번만 수행

계산 단계에서 Substructure는 반복적으로 사용 가능

해석 시간을 단축 Global model

Substructure

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

9


재해석 중 시간 단축을 위해 Substructure 외 가능한 변화를 분리 가능

한번 구성된 Substructure는 변경 불가

설계 과정 중 구조의 주된 부분은 변경되지 않음

이러한 주된 부분을 구조의 부분 강성을 구성한 Substructure로 분리하여, 계산 시간 단축

예를 들어, Fan hub 재료와 형상에 대한 parametric study 를 수행

Global model

Substructure

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

10


Substructure는 Substructure 이외 부분과 비선형성 분리 가능

가능한 박리 혹은 접촉 등 상관 관계를 포함하는 모델 처럼 국부 비선형성 고려 가능

Substructure를 이용하여, 제거된 DOF를 크게 제거하여, 국부 비선형성을 해석하는 데 필요한 반복 계산을 수행 가능

Substructure 기능은 국부 비선형성에 관련된 DOF 만큼 모델을 축소

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

11

Substructure 장점 구조적 장점

복잡한 해석에 조직적인 접근 방법을 제공

설계 과정은 Substructure의 독립적인 해석부터 시작

독립적인 해석에서 얻어진 Substructure data를 이용, 최종 설계 해석에 효과적으로 적용

Substructure library file은 Substructure을 공유, 해석에 반영 가능

거대 설계 프로젝트에서 Engineer 그룹이 같은 Substructure를 사용하여 해석 실시

Substructure library file은 구조적 정보를 사용하는데 간단하고 명확한 방법을 제공

Truck cab

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

12

Substructure 장점 다층 구조는 이전에 해결할 수 없던 문제를 해결 할 수 있도록 전산 자원을 확장하도록

크고 복합한 구조의 유한요소해석은 허용된 전산 자원을 과도하게 요구

거대한 선형 문제는 Substructure를 포함하는 Substructure를 구성하여 해결 가능

예 : Full Vehicle model

Full Vehicle Truck cab

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

13

Substructure 장점 예 : 항공기 모델

Global level: 전체 조립된 항공기

Substructure level 1 : 날개, 동체, landing gear

Substructure level 2 : ailerons, 연료 탱크, stiffeners, skin 등

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

14

Substructure 가능 Procedure 제한 없이 Abaqus/Standard에서 사용 가능 Procedure :

STATIC

DYNAMIC

FREQUENCY

COMPLEX FREQUENCY

STEADY STATE DYNAMICS

DOF 복원에 제한적이지만, 사용 가능 Procedure :

MODAL DYNAMIC

RESPONSE SPECTRUM

RANDOM RESPONSE

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

15

Substructure 가능 Procedure Static analysis

Substructure는 선형 정적 해석에 추가 설명 사항 없음

선형 정적 거동을 정확하게 반영

Implicit dynamic analysis

동적 해석은 근사 거동을 반영

Explicit dynamic analysis

Co-simulation 기법을 이용하여 Abaqus/Explicit에서는 간접적으로 Substructure 사용 가능

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

16

Substructure 가능 Procedure 기하 비선형 응력/변위 해석

기하 비선형을 고려한 부분 응력/변위 해석이라면, Substructure를 적용 가능

Abaqus는 Substructure의 거대 강체 회전과 병진 거동을 표시

기하 비선형 해석에서 Substructure는 미소(선형 탄성) 변형이 발생하는 것으로 가정

Recovery는 회전된 것에 대해서 반영

회전하는 Substructure의 사용은 기구 해석이나 자동차 동적 거동을 포함

Crank 회전 동안 tie rod에 발생한 응력

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

17







순서

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

18

개요 Co-simulation은 Abaqus/Explicit 해석에서 Substructure를 사용 가능

Co-simulation 기법은 Abaqus/Standard와 Abaqus/Explicit를 동시 연결 해석 가능

Abaqus/Explicit에서 Substructure는 Co-simulation에서 Abaqus/Standard 부분에 적용

강체 충돌체

고정부

Abaqus/Standard Substructure로 모델링

Abaqus/Explicit로 모델링 Co-simulation 연결 영역

변형된 보

보 충돌 예

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

19

적용 예 Pickup truck 내구

단품 유연성은 system 수준 내구 해석에 중요

Substructure나 완전 변형체는 차체에서 요구

Abaqus/Standard는 Truck을 모델링 강체와 Substructure 사이는 유연 연결

Abaqus/Explicit는 타이어와 길을 모델링 Contact 상태가 급격히 변화

Co-simulation Interface Wheel 중심에 있는 Node

Abaqus/Standard

Abaqus/Explicit

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

20

적용 예 Pickup truck 내구 – 결과

Pickup truck durability

Substructure를 사용한 Co-simulation : Rigid로 구성된 Abaqus/Explicit와 같은 시간 동안 단품 변형을 고려한 해석 가능

Control arm Substructure의 Mises stress 분포

계산 시간 비교 정규화 시간

Truck은 강체로 모델링 한 Abaqus/Explicit 단독 해석 (4 cpus)

1.0

Co-simulation

(5 cpus)

truck body 강체 0.76

Truck body에 Substructure 사용

1.0

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

21

적용 예 Pickup truck 충돌 해석

Rest of the vehicle

Connectors

Rear Leaf Springs (Beams)

Bed

Fuel Tank

Half Chassis

Bed bins

Substructures

Abaqus/Standard

Abaqus/Explicit

Co-simulation

붉은 색이 Co-simulation 영역 (26 nodes)

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

22

적용 예 Pickup truck 충돌 해석 - 결과

계산 시간 비교 정규화 시간

Abaqus/Explicit 단독 실행 (4 cpus) 1.00

Co-simulation 5 cpus: - Abaqus/Explicit 4개 - Abaqus/Standard 1개

Substructure 결과 복원 없음

0.72

Substructure 결과 복원

0.82

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

23

개념 Abaqus/Standard와 Abaqus/Explicit 해석 영역 분리 정의

Input file은 별도 정의

Co-simulation 영역은 해석 Solver 간 연결은 Node set이나 Surface로 정의 영역은 반드시 두 모델에 함께 존재 할 것

Element-based surface를 linear element로 정의하면, 영역 Mesh 불일치도 가능

두 모델에서 영역 종류는 동일 할 것

하나는 Node set, 다른 하나는 Surface로 정의 하는 것은 불가

모델링된 스쿠터

예 : 스쿠터 방지턱 충돌

Abaqus/Explicit 해석

Abaqus/Standard 해석

Co-simulation 영역

Deck을 Submodel로 구성

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

24

개념 Co-simulation에서 time increment scheme은 두 가지

Subcycling

Allow Abaqus/Standard increment sizes to differ from those in Abaqus/Explicit

(1)

(2)

(3)

(4)

En En+1 En+2

Sn Sn+1 Sn+2

Lock-step

Force Abaqus/Standard to match the increment size of Abaqus/Explicit

(1)

(2)

(3)

(4)

En En+1 En+2

Sn Sn+1 Sn+2

S = Abaqus/Standard

E = Abaqus/Explicit

Lock-Step Subcycling

장점 - 적은 Memory 사용

- 연결 부분에서 변위 일치 - Abaqus/Standard increment를 키워도 무관

단점 - Abaqus/Standard increment 크기에 제한 - 연결부분에서 속도 일치 : 변위는 차이

- 연결 해석에 시간 소요

적용 경우

- 연결부분 node가 많은 경우

- Abaqus/Standard 모델이 상대적으로 작은 경우

- 연결 부분 node 가 적은 경우

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

25







순서

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

26

Submodeling 사용 동기 구조물 초기 전체 해석은 하중에 의한 응답이 중요하게 여겨지는 영역(관심 영역)을 확인

Submodeling은 해당 모델에 대한 Remesh나 재해석 없이 이들 영역 모델 개선에 기여

관심 있는 국부 영역의 상세한 결과를 제공하여 해석 비용 감소

관심 국부 영역을 포함한 Mesh Size가 큰 모델 수렴 결과를 이용

관심 영역 해석을 위해 대상 영역을 상세 Mesh 모델로 구성

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

27

적용을 위한 가정 Saint-Venant's Principle을 적용 :

Submodel 경계는 Submodel에서 응답 변경 내에서 충분히 멀 것

전역 모델 해가 Submodel 경계에 응답으로 정의

국부 영역의 상체 모델은 전역 해 효과가 무시

Pa

Pb

σa

σb

Pa = Pb 라면, 충분히 떨어진 거리에서 σa = σb

관심 있는 국부 영역 해는 충분히 떨어진 거리에 존재하는 정적 평형 하중 영향에 의해 변경되지 않는다.

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

28

적용을 위한 가정 주의 사항 : 사용자는 Submodeling 방법이 제공하는 결과의 물리적 의미를 명확히 해야 함

Submodeling이 정확하다는 것을 보장하지는 않음

사용자가 그에 대해서 판단해야 함

Submodel로 구성된 영역 경계 근처에서 주요 변수의 contour plot을 확인

전역 모델의 Contour plot을 동일 범위(동일 Legend)로 구성하고, Submodel 경계에서 결과가 유효 한지 확인

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

29

Submodeling 개념 전역 모델에서 얻어진 해를 바탕으로 국부 영역에 대해 적용 검토

적용 순서 :

1. Mesh가 큰 전체 모델 해 도출

2. Mesh가 조밀한 국부 모델 경계에 대해 이 해를 보간

일반적으로 구조 해석에서는 변위 해를 적용하지만, 응력 해를 적용하는 경우도 있음

다른 자유도(DOF)를 사용하는 것도 가능

회전

온도

Pore pressure

3. 관심 국부 영역에 대한 상세한 해를 도출

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

30

Submodeling 개념 예: The pinched cylinder problem, Benchmark Problem 2.3.2

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

31

Submodeling 개념

전역 모델과 겹쳐 놓은 Submodel Mesh

coarse submodel mesh fine submodel mesh

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

32

Submodeling 개념

전체 모델 해석 결과에 근거한 조밀한 Submodel의 변위 contours

(y- 와 z-방향)

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

33

Submodeling 개념

전역 모델 Element 종류

전역 모델 mesh size

Submodel mesh size

변위 (10-5) 오차

S4R

5 5

N/A 1.092 -40.2%

5 5 1.6139 -11.6%

10 10 1.6259 -10.9%

10 10

N/A 1.592 -12.8%

5 5 1.7775 -2.6%

10 10 1.7881 -2.0%

S8R 5 5

N/A 1.721 -5.7%

5 5 1.8004 -1.3%

10 10 1.8123 -0.7%

Submodel 해석의 반경 방향 변위 결과 비교

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

34

Submodeling 개념 Example: Tire footprint analysis

Tire tread와 Flat rigid surface 사이 상호 작용을 Submodeling를 활용하여 묘사

Tire tread 설계에서 사용하는 해석

Submodel 영역

870

Submodel 단면

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

35

Submodeling 개념

Submodel

Driven nodes

Footprint 영역의 Pressure stress contour

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

36







순서

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

37

Submodeling 방법 Abaqus는 Submodeling에 대해 두 가지 기법을 제공

Node-based

Node 결과를 Submodel Node 사이에서 보간

Surface-based

Stress는 Submodel Surface 적분점에서 보간

Node-based가 보다 일반적이고 보편적

해석에서 한 방법 혹은 두 방법 조합하여 사용

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

38

Submodeling 방법 기법 선택

Solid-to-Solid Submodeling 해석을 수행하는지?

정적 해석인지?

Surface-based Submodeling은 Solid-to-Solid이고, 정적 해석에서만 적용

다른 procedure에 대해서는 Node-based Submodeling를 사용

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

39

Submodeling 방법 정적인 해석에서 기법 선택

Submodel 영역에서 평균 강성이 변화가 있는지?

평균 강성 변화가 있고, 전역 모델은 하중 제어 부하를 받으면, Surface-based 기법은 응력 결과는 보다 정확한 응력 결과를 도출

강성이 비슷하면, Node-based Submodeling은 Surface-based와 유사한 결과를 제공하지만, Rigid-body mode와 같은 수치적 문제가 적음

Submodel에서 추가적인 묘사에 따라 강성나 형상 변화에 따른 차이가 있어도 전역 모델은 재실행은 불필요

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

40

Submodeling 방법 정적인 해석에서 기법 선택 (계속)

모델이 대변형/대회전이 존재하는지?

Node-based Submodeling은 Submodel에서 대변형/대회전의 보다 정확한 전파를 도출

가장 관심 있는 결과는?

Node-based Submodeling은 Submodel에서 보다 정확한 변위의 전파를 제공

Surface-based Submodeling은 Submodel의 보다 정확한 반력 정의로 얻어지는 응력장의 보다 정확한 전파를 제공

동일 모델에서 두 기법을 조합 가능

변위가 작용 하는 경계

표면력이 작용 하는 경계

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

41

Submodeling 방법 기법 선택

하중 제어 ?

강성 변화 ?

Yes

No

Node-based Submodeling

Surface-based Submodeling

Yes

No

전역 모델의 변형이 강제 변위에 의해 발생 하는 경우

전역 모델의 변형이 주로 부가된 압력과 힘에 의해 발생 하는 경우

Submodel에서 형상 (구멍이나 fillet을 추가 )이나 재료 특성이 중요한 차이를 보이는 경우 Submodel이 단순히

보다 조밀하게 Mesh

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

42

Submodeling 방법 Node-based 설정 (1/4)

Node-based Submodeling에서 제공하는 기능 :

Solid-to-solid

Shell-to-shell

Membrane-to-membrane

Shell-to-solid

Acoustic-to-structure

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

43

Submodeling 방법 Node-based 설정(2/4)

전역 모델에서 Submodel로 해 변수는 Submodel 경계 node 위치를 바탕으로 변환

Submodel 경계 node는 전역 모델의 mesh line에 일치하지 않아도 무방

Abaqus는 전역 해의 공간적 보간을 이용하여, Submodel 경계 node 값을 계산

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

44


Magnified submodel with a crack in the plate

전역 모델 해를 적용 받는 Submodel 경계 Node

y

x

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

45


전역 모델을 이용한 것과 다른 Element 종류를 Submodel에서 사용 가능 전역 모델에서 1차 Element를 사용하고, Submodel에서 2차 Element를 사용하는 것이 가능

전역 모델에서 Shell Element를 사용하고, Submodel에서 Solid Element를 사용하는 것이 가능

Submodel에서 전역 모델과 다른 재료를 사용 가능 전역 모델에서는 탄성 재료를 사용하고, Submodel에서 탄소성 적용 가능

전역 모델과 다른 Procedure 사용 가능 전역 모델의 동적 응답을 근거로 Submodel의 정적 응답을 적용

Submodeling 기법은 선형/비선형 해석 모두 가능

전역 모델과 Submodel, 모두 Multistep 해석 적용 가능 이것은 서로 다른 것이어도 무방

Submodeling은 Multilevel로 반복 구성 가능

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

46

Submodeling 방법 Surface-based 설정 (1/2)

Surface-based 기법은 제한적

Abaqus/Standard에서 정적 해석을 적용하는 Solid-to-Solid Submodel만

전역 모델에서 보간된 Stress를 바탕으로 Submodel의 표면력을 적용

구동 surface를 구성하는 Element의 적분점에 대해 응력을 보간

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

47

Submodeling 방법 Surface-based 설정 (2/2)

Submodel에서 전역 모델과 다른 Element 종류 적용 가능 전역 모델에서는 1 차, Submodel에서는 2 차 적용 (반대 경우도 가능)

지원 Element Surface-based submodeling 기법은 3D/2D Solid에 적용 가능

Submodel 재료는 전역 모델과 달라도 무방 전역 모델은 탄성만, Submodel에서는 탄소성 적용 가능

선형/비선형 해석 모두 지원

전역 모델과 Submodel은 Multistep 해석 적용 가능 필요에 따라 달라도 무방

Submodeling은 multilevel로 반복 구성 가능

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

48







순서

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

49

Shell-to-Solid Submodeling Submodeling은 Shell로 구성된 전체 모델 해를 연속체 (Solid) Element로 보사 상세하게 묘사된 submodel에 하중으로 사용

3D Crack 문제 해석을 위한 Shell joint 상세 모델, Shell 두께에 걸친 정확한 해 도출에 유용

Node-based Only

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

50

Shell-to-Solid Submodeling Abaqus/CAE에서 “Model Attributes”에서 설정

Keywords를 이용해서 지정 가능 :

*SUBMODEL에서 option parameter “SHELL TO SOLID”를 이용

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

51

Shell-to-Solid Submodeling 사용

*SUBMODEL, SHELL TO SOLID,

SHELL THICKNESS=thick1

*BOUNDARY, SUBMODEL, STEP=step#

<node/node set>, thick2

thick1 : Shell두께 (Shell Thickness)

thick2 : 중심영역크기 (center zone size)

이들 두께는 Solid element를 구성하는 node 자유도를 제어하는데 사용 ( 전역 모델인 Shell node의 회전과 병진을 사용)

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

52

Shell-to-Solid Submodeling Shell 두께 (Shell Thickness)

전역 모델에서 submodel 영역에 존재하는 shell element의 최대 두께

Submodel 영역에서 멀리 떨어진 두꺼운 Element는 고려 대상 아님

전역 모델에서 Shell section을 offset 했다면, “Shell 두께”를 두 배로 지정

중심영역 크기 (Center zone size)

모델의 길이 단위에 따라 지정되는 “중심영역크기”는 전역 Shell 모델의 기준 면의 크기를 의미

기본 설정 값은 위에서 정의된 “Shell 두께”의 10%

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

53

Shell-to-Solid Submodeling Driven variables

Node에서 driven variables은 자동적으로 선택

Variables는 Shell 기준면 주위의 중심영역크기와 연관된 node 위치에 따라 결정 :

모든 변위 성분은 중심영역에 포함된 node에서 구동

중심영역 밖이나 멀리 있는 구동 node의 변위 성분은 전역 Shell 모델 기준면에 평행

중심영역 내외에 놓인 구동 node는 Abaqus/Viewer를 이용해서 표시하거나 차별화 가능

Abaqus/Viewer에서 모델 경계 조건을 표시

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

54

Shell-to-Solid Submodeling 기하 선형 해석에서 변위는 Shell surface에 평행

x

z

ux

uz

q y

ux + h q y

ux - h q y

h

h

y

z

uy

uz

-q x

uy - h q x

uy + h q x

h

h

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

55

Shell-to-Solid Submodeling

Driven node에서 driven variables 선택

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

56

예제 : Pipe Joint의 Shell-to-Solid Submodel Global model

Joint between an aluminum pipe and a plate.

Pipe is loaded with 10 N in the 1-direction at the free end.

The edges of the plate are clamped.

Global shell model (S4R) of pipe-plate structure

Model ignores fillet radius at joint

Ref: Problem 1.1.10 of the Abaqus Example Problems Guide.

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

57

예제 : Pipe Joint의 Shell-to-Solid Submodel Submodel

Element : C3D20R

두께 방향으로 4개 element layer를 구성

Submodel 2 면에서 Driven node 형성.

하나는 Pipe, 다른 하나는 Plate

Pipe-Plate joint의 Solid submodel

Driven nodes

Model에 연결부 fillet 묘사

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

58

예제 : Pipe Joint의 Shell-to-Solid Submodel Submodel input 파일 :

*HEADING

:

*SUBMODEL, SHELL TO SOLID, SHELL THICKNESS=0.001

DRIVEN,

*STEP

:

*BOUNDARY, SUBMODEL, STEP=1

DRIVEN,

*END STEP

평판의 최대 Shell 두께

Shell 기준면 주위 중심영역은 SHELL THICKNESS parameter 지정값의 10 %

Solid 모델의 중심에 node layer가 1개 만 있으면, 3개 DOF만 존재. 나머지는 기준면에 평행

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

59

예제 : Pipe Joint의 Shell-to-Solid Submodel Results

전역 Shell 모델과 Solid submodel의 변형 형상을 중첩 표시

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

60







순서

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

61

Shell-to-Solid Coupling Solid Face의 움직임과 Shell Edge 움직임을 연동

Shell element에 포함된 node 자유도와 Solid element에 포함된 node 자유도 차이에 의해 발생하는 이상 거동을 제거

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

62

Shell-to-Solid Coupling Shell element의 병진 거동을 Solid element로 전달

전체적으로 Shell이고 일부분이 3D Solid 인 모델에 유용

Shell edge를 따라 구성되는 node와 Solid 면을 구성하는 node 간 움직임을 연결

내부적으로 distributing coupling constraint를 적용

Shell edge node의 두께 방향 회전 거동을 반영

Shell to Solid Submodel과 동일 방법

3DS

.CO

M/S

IMU

LIA

© D

assa

ult

Sys

tèm

es |

Con

fiden

tial

Info

rmat

ion

| 10/

5/20

15 |

ref

.: 3

DS

_Doc

umen

t_20

12

63

Surface-Based Coupling Constraints (8/8)

*SURFACE, TYPE=ELEMENT, NAME=shell_surface

shell_surface_E1, E1

*SHELL TO SOLID COUPLING, CONSTRAINT NAME=C1

shell_surface, solid_surface

shell_surface (edge)

solid_surface (face)

Edge ID

Shell Surface는 반드시 Edge-based

64

3DS

.CO

M ©

Das

saul

t S

ystè

mes

| C

onfid

entia

l In

form

atio

n | 1

0/5/

2015

| r

ef.:

3D

S_D

ocum

ent_

2012

shell-to-solid 연결 - event- · pdf file-abaqus/standard 모델이 상대적으 작은...

Documents