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CATIA V5를 이용한 유한요소 해석법을 소개합니다.

『CATIA V5 유한요소 해석법』은 《CATIA V5 CAE 따라하기》의 후속판으로 CATIA V5 Structural Analysis, Advanced Meshing Tool을 이용한 유한요소 해석법을 소개합니다. CAE의 기초 이론, CATIA V5 기본 사용법, 해석의 기본 과정부터 시작하여 고급 사용법까지 다룹니다.

Chapter 1
CATIA V5 시작하기
1.1 CATIA V5의 워크벤치
1.2 CATIA V5의 시작 화면
1.2.1 File New 메뉴 이용
1.2.2 Start 메뉴에서 워크벤치 선택
1.3 CATIA V5의 화면 구성
1.3.1 Specification Tree
1.3.2 메뉴바
1.3.3 컴파스
1.3.4 워크벤치
1.3.5 스테이터스바
1.3.6 기준평면
1.3.7 툴바
1.4 화면 조작
1.4.1 화면의 이동
1.4.2 화면 확대/축소
1.4.3 화면의 회전
1.4.4 중심 이동
1.5 뷰 툴바
1.5.1 Pan, Rotate, Zoom In, Zoom Out
1.5.2 Fit All In (그림 1-12 의 )
1.5.3 Normal View (그림 1-12 의 )
1.5.4 Create Multi-View (그림 1-12의 )
1.5.5 뷰 방향 설정(Quick View 툴바)
1.5.6 표시 유형 설정(View Mode 툴바)
1.5.7 Hide/Show (그림 1-12의 )
1.5.8 Swap visible space (그림 1-12의 )
1.6 단축키
1.7 시스템 옵션
1.8 메뉴 사용자 정의(Customization)


Chapter 2
CATIA V5 모델링 개요
2.1 주요 용어
2.1.1 3차원 모델링
2.1.2 피쳐 기반 모델링
2.1.3 스케치 기반 피쳐
2.1.4 히스토리 기반 모델링
2.2 모델링 과정 개요
2.2.1 모델 파일 생성
2.2.2 첫 번째 스케치 생성
2.2.3 돌출시켜 3차원 형상 만들기
2.2.4 두 번째 형상 생성
2.2.5 추가 모델링
2.2.6 형상 제거
2.3 모델링 단계 요약
2.4 Specification Tree 사용하기
2.5 모델 수정


Chapter 3
Cantilevered Beam
3.1 개요
3.2 모델 생성
3.3 Pre Processing
3.4 Solving
3.5 Post Processing
3.6 결과 분석
3.7 실험과 해석
3.8 용어와 개념
3.8.1 노드, 요소, 요소망, 유한요소 모델
3.8.2 재료의 물성치
3.8.3 응력 (Stress)
3.8.4 변형률 (Strain)
3.8.5 탄성 계수
3.8.6 포아송비
3.8.7 Linear
3.8.8 Statics
3.8.9 안전계수
3.8.10 피로(Fatigue)
3.9 유한요소 모델의 이해
3.10 상용 소프트웨어를 이용한 해석 과정 이해


Chapter 4
Fillet의 효과
4.1 개요
4.2 모델 생성
4.3 필렛 반경이 5mm인 경우
4.3.1 Pre Processing
4.3.2 Solving
4.3.3 Post Processing
4.4 필렛 반경이 10mm인 경우
4.4.1 파트 파일 수정
4.4.2 FE Model 업데이트
4.4.3 Solving
4.5 결과 분석


Chapter 5
보강대 효과
5.1 개요
5.2 보강대가 없는 경우
5.2.1 파일 이름 변경 및 모델 수정
5.2.2 Solving
5.2.3 Post Processing
5.3 보강대가 있는 경우
5.3.1 파일 이름 변경 및 모델 수정
5.3.2 Solving
5.3.3 Post Processing
5.4 결과 분석
5.5 요소의 크기에 대한 고찰


Chapter 6
베어링 하중과 반사대칭
6.1 개요
6.2 모델 생성
6.3 Pre Processing
6.4 Solving
6.5 Post Processing
6.6 다른 하중으로 해석
6.7 결과 분석


Chapter 7
정적 평형과 Singularity
7.1 개요
7.2 모델 생성
7.3 Pre Processing
7.4 Solving
7.5 Post Processing
7.6 결과 분석


Chapter 8
변위 구속에서의 좌표계 이용
8.1 개요
8.2 모델 생성
8.3 메쉬 생성
8.4 경계조건과 하중 생성
8.5 Solving
8.6 Post Processing
8.7 결과 분석
8.8 파괴이론
8.9 원통좌표계를 이용한 변위 표시


Chapter 9
회전 하중과 Cyclic Symmetry
9.1 개요
9.2 모델 생성
9.3 메쉬 생성
9.4 경계조건과 하중 생성
9.5 Solving
9.6 Post Processing
9.7 Full Model에 대한 해석
9.8 결과 분석
9.9 Static Solution Parameters


Chapter 10
2D Shell Element
10.1 개요
10.2 모델 생성
10.3 메쉬 생성
10.4 경계조건과 하중
10.5 Solving
10.6 Post Processing
10.7 결과 분석


Chapter 11
1D Beam Element
11.1 개요
11.2 모델 생성
11.3 메쉬 생성
11.4 경계조건과 하중
11.5 Solving
11.6 Post Processing
11.7 결과 분석
11.8 추가 예제
11.9 Analysis Support와 Connection Property
11.9.1 General Analysis Support
11.9.2 Point Analysis Support
11.9.3 Line Analysis Support
11.9.4 Surface Analysis Support
11.9.5 Point to Point Analysis Support
11.9.6 Point Analysis Interface


Chapter 12
Seam Weld와 Rigid Connection
12.1 개요
12.2 모델 생성
12.3 메쉬 생성
12.4 연결 생성
12.5 경계조건과 하중
12.6 Solving
12.7 Post Processing
12.8 결과 분석


Chapter 13
Mesh의 연결성
13.1 개요
13.2 모델 생성
13.3 메쉬 생성
13.4 경계조건과 하중
13.5 Solving
13.6 Post Processing
13.7 추가 연습 1
13.8 추가 연습 2


Chapter 14
강제 변위
14.1 개요
14.2 모델 생성
14.3 메쉬 생성
14.4 경계조건과 하중
14.5 Solving
14.6 Post Processing
14.7 결과 분석


Chapter 15
접촉과 Bolt Connection
15.1 개요
15.2 모델 생성
15.3 메쉬 생성
15.4 메쉬 연결 설정
15.5 경계조건과 하중
15.6 Solving
15.7 Post Processing
15.8 FE 모델 수정
15.9 결과 분석


Chapter 16
Pressure Fit과 Bolt Connection
16.1 개요
16.2 파트 생성
16.3 프러덕트 생성
16.4 메쉬 생성
16.5 메쉬 연결 설정
16.6 경계 조건과 하중
16.7 Solving
16.8 Post Processing
16.9 결과 분석


Chapter 17
Alternator Bracket
17.1 개요
17.2 모델 생성
17.3 메쉬 생성
17.4 메쉬 연결 설정
17.5 경계조건과 하중 생성
17.6 Solving
17.7 Post Processing


Chapter 18
온도 효과를 이용한 억지끼움 해석
18.1 개요
18.2 Bushing의 팽창
18.3 억지끼움 해석
18.4 결과 분석


Chapter 19
Analysis Product와 Seam Welding
19.1 개요
19.2 FE 모델 생성
19.2.1 파트의 FE 모델
19.2.2 Analysis Product 생성
19.3 경계조건과 하중
19.4 Solving
19.5 Post Processing
19.6 추가 연습


Chapter 20
Buckling 해석
20.1 개요
20.2 모델 생성
20.3 메쉬 생성
20.4 경계조건과 하중
20.5 Solving 및 결과 확인
20.6 Buckling 해석
20.7 횡하중에 대한 Buckling 해석
20.8 결과 분석


Chapter 21
모우드 해석 (Modal Analysis)
21.1 개요
21.2 모델 생성
21.3 메쉬 생성
21.4 경계조건 생성
21.5 Solving 및 결과 확인


Chapter 22
동적 응답 해석 (Dynamic Response Analysis)
22.1 개요
22.2 Case 생성
22.2.1 Static Case
22.2.2 Dynamic Response Case
22.3 Load Excitation
22.3.1 Time Modulation
22.3.2 Load Excitation
22.4 Damping
22.5 Response Solution 설정
22.6 Compute
22.7 결과 표시
22.7.1 변위(Displacement)
22.7.2 속도(Velocity)


Chapter 23
Automatic Mesh Adaptation
23.1 개요
23.2 모델 생성
23.3 메쉬 생성
23.4 경계조건과 하중 생성
23.5 Solving과 결과 확인
23.6 Mesh Adaptivity 설정 및 Adaptation 수행
23.7 결과 분석

15.1 개요
Bolt Tightening Connection Property를 이용하면 강제 변위 기법을 이용하지 않고 볼트의 축력을 직접 이용하여 해석을 수행할 수 있다. Bolt Tightening Connection을 생성하려면 Analysis Support를 먼저 생성한 후 Connection Property를 설정해야 한다. Bolt Tightening Connection Property에서는 볼트의 축력을 설정할 수 있다. 두 개의 부품이 서로 접촉하여 함께 변형되는 경우 Contact Connection을 이용하여 시뮬레이션 할 수 있다. Contact이 포함된 해석을 할 때는 반복 계산을 수행하게 된다. 두 부품 사이의 접촉 상태가 변위에 따라 계속 변하는데, 접촉 상태가 더 이상 변함이 없을 때까지 Iteration을
수행하는 것이다. 따라서 Contact 문제는 Solving 시간이 오래 걸린다. 또한 Contact 문제는 접촉하는 상대 부품에 생성된 메쉬의 조건에 따라 결과가 달라질 수 있다. 접촉 면에서의 Node가 서로 일치하도록 메쉬를 생성하는 것이 좋으며 요소의 크기를 작게 하는 것이 좋다. 그러나 Iteration을 감안하여 생각할 때 Solving 시간이 상상 이상으로 많이 걸릴 수 있으므로 주의하여야 한다. 이 예제에서는 가능한 메쉬를 단순하게 하여 기둥에 조립되는 Clip의 응력 분포를 구할 것이다. Bolt는 FE 모델에 포함시키지 않고 축력의 효과만 고려한다. 기둥과 Clip은 서로 다른 두께를 이용할 것이므로 각각의 Geometrical Set에 생성한다. 재질은 모두 Steel을 이용한다. 볼트의 축력은 조임 토크, 머리 부분의 접촉 면적, 피치의 파라미터, 마찰계수 등에 의존한다. 이 예제에서는 40,000N의 축력을 이용한다. 이는 대략 M12 x 1.5의 볼트에 해당된다.

19.1 개요
파트에 대한 Analysis 파일을 생성한 후 CATAnalysis 파일을 컴포넌트로 하는 Product를 구성하여 전체 어셈블리에 대한 Finite Element Model을 구성할 수 있다. 각 컴포넌트에 대한 Mesh를 적절한 방법으로 연결해야 한다. 이 챕터에서는 Seam Welding을 이용하여 연결하는 방법을 소개한다. 해석의 과정 및 조건은 다음과 같다.

1. 주어진 파트 파일에 대한 Analysis 파일 생성 (두께: 5mm, 재질: Steel)
2. Analysis Prouct 생성
3. Analysis Connection Support 및 Connection Property 정의
4. 경계조건, 하중 적용 및 Solving

22.1 개요
Modal Analysis는 시스템의 동적 특성을 파악하는 해석이다. 즉, 고유 진동수와 모우드 형상을 찾아 낸다. 외력을 고려하지 않기 때문에 고유 진동수에 해당되는 모우드 형상 또는 모우드 응력은 절대값으로의 의미가 없고 각 노드 또는 요소의 상대적인 값을 표현한다. 동적 응답 해석에서는 시간 또는 주파수 함수로서의 외력을 고려한 해석을 수행할 수 있다. CATIA V5에서는 두 가지 타입의 동적 응답 해석 Case를 제공한다.
- Harmonic Dynamic Response Case(HDY)
- Transient Dynamic Response Case(TDY)
HDY에서의 외력은 주파수에 대한 함수(Frequency Modulation)로 입력하며 관심 있는 주파수에서의 실제 변위, 속도, 가속도를 파악할 수 있다. TDY에서의 외력은 시간에 대한 함수(Time Modulation)로 입력하며 특정 시간에서의 실제 변위, 속도, 가속도를 파악할 수 있다. 외력을 정의하는 방법으로는 Load Excitation과 Restraint Excitation이 있다. Load Excitation의 경우 Static Case의 결과가 있어야 한다. 두 경우 모두 Frequency Analysis의 결과를 필요로 한다. Damping을 고려할 수 있으며 Modal Damping 또는 Rayleigh Damping의 형태로 입력할 수 있다. Modal Damping은 %로 입력하며 Rayleigh Damping은 α와 β 값을 입력한다. 이 챕터에서는 21장의 결과를 이용하여 Load Excitation을 가한 Transient Dynamic Response Analysis를 수행하는 과정을 살펴보자.