자동요소망과 수동요소망, 해석 용어 4

안녕하세요. 똑순이 밍쓰입니다.

 

오늘은 실제로 해석(Simualtion) 프로그램에서 사용할 수 있는 요소망(Mesh)를 만드는 방법 2가지를 알려 드리겠습니다.

 

자동 요소망 (Auto Mesh)

유한요소 해석(Finite Element Analysis)을 수행하기 전에 선행되어야 할 작업들 중 하나인 요소망(Mesh)은 CAE 프로그램의 자동 요소망(Auto Mesh) 생성기능을 이용하거나 혹은 해석자가 직접 생성할 수 있습니다. CAE 프로그램의 자동 요소망(Auto Mesh) 생성기능을 이용하는 것을 자동 요소망(Auto Mesh)라고 하며 해석자가 직접 요소망을 생성하는 것을 수동 요소망(Manual Mesh)라고 합니다. 물체의 형상이 그다지 복잡하지 않은 경우에는 수동으로 요소망을 생성하는 것이 형상 종횡비 (Aspect ratio)가 높은 요소나 과도하게 찌그러진 요소 (Distorted element)를 예바할 수 있어 높은 정확도의 해석 결과를 확보 할 수 있습니다.

하지만 물체의 형상이 복잡한 경우에 해석자가 직접 요소망(Mesh)을 생성하는 것은 엄청난 시간과 노력이 요구되기 때문에 비현실적일 뿐더러 대부분이 경우 구현이 불가능합니다. 따라서 실무에 있어 대부분의 유한요소 해석(Finite Element Analysis)은 자동 요소망(Auto Mesh)을 사용하고 있습니다. 하나의 요소망은 물체의 외곽에서부터 내부로 요소들을 채워나가는 방식으로 생성됩니다.

그리고 최근 요소망(Mesh) 생성기법의 발달로 형상종횡비(Aspect Ratio)나 찌그러지으로 문제가 되는 경우는 거의 없을 뿐더러, 해석자가 임의로 요소망 밀도(Mesh Density) 또는 요소 크기(Element Size)를 조절 할 수도 맀도 또한 국부적으로 요소망(Mesh)을 조밀하게 생성 할 수도 있습니다.

하지만 해석자가 간과해서는 안될 유의사항은 해석결과의 신뢰성은 요소망의 품질과 직결된다는 점과 해석하고자 하는 문제에 대해 어떠한 요소망(Mesh)이 최적인지를 판변 할 수 있는 능력을 갖추고 있어야 한다는 점 입니다.

 

수동 요소망(Manual Mesh)

위에서 설명한 것과 같이 유한요소해석(Finite Element analysis)을 위해 물체의 기하학적 영역을 유한개의 작은 영역들로 나누는 요소망(Mesh) 생성 작업은 크게 프로그램이 자동으로 처리하는 방식과 해석자가 직접 처리하는 방식으로 나뉩니다. 해석자가 직접 요소망(Mesh)을 생성하는 것을 수동 요소망(Manual Mesh)라고 합니다.

자동 요소망(Auto Mesh)은 해석자가 요소망 생성을 위해 팔요한 기본적인인 사항만 입력하면 손쉽게 해석을 할 수 있는 반면, 수동 요소망(Manual Mesh)은 해석자가 요소 분할 개수, 분할 간격 등의 모든 사항들을 하나하나 입력해야 합니다. 수동 요소망(Manual Mesh)의 장점은 형상종횡비 (Aspect Ratio)가 크거나 과도하게 찌그러진 요소(Distorted element)를 방지할 수 있어 보다 정확한 해석결과를 얻을 수 있다는 점 입니다. 그리고 물체가 특이성(Singularity)을 나타내는 국부적인 영역에 크기가 보다 작은 요소를 가지는 편향 요소방(Gradient mesh)을 쉽게 생성 할 수도 있는 장점을 지니고 있습니다.

하지만 수동 요소망(Manual Mesh)은 형상이 간단한 경우에만 적용이 가능하기 때문에 매우 제한적인 단점을 지니고 있습니다. 한편, 하나의 물체에 대한 요소망(Mesh)을 생성하기 위해서 자동 요소망(Auto Mesh)과 수동 요소망(Manual Mesh)을 혼합적용할 수도 있습니다. 이 경우 특별히 신경을 써야하는 국부영역에는 수동 요소망(Manual Mesh)을 적용하고 나머지 부분에는 자동 요소망(Auto Mesh)을 적용하는 것이 효과 적입니다.