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유한 요소 해석

유한 요소 해석(FEA)은 구조적, 음향적, 전자기 또는 열 성능을 위한 제품 및 어셈블리의 가상 모델링 및 시뮬레이션입니다. FEA는 유한 요소법(FEM)의 실제 적용입니다.

유한 요소 해석이란 무엇입니까?

유한 요소 분석은 가상 환경에서 제품 및 시스템을 모델링하여 잠재적인(또는 기존) 제품 성능 문제를 찾아 해결하는 것입니다. FEA는 엔지니어와 과학자가 복잡한 구조, 음향, 전자기, 열, 유체 및 다중 물리 문제를 수학적으로 모델링하고 수치적으로 해결하는 데 사용하는 FEM의 실제 응용 프로그램입니다. FEA 소프트웨어는 광범위한 산업 분야에서 활용될 수 있지만 항공, 자동차, 전자, 산업 기계, 해양 및 소비재 산업에서 가장 일반적으로 사용됩니다.

유한 요소(FE) 모형은 설계의 형상을 형성하는 "노드"라는 점 시스템으로 구성됩니다. 이러한 노드에는 유한 요소 메쉬를 형성하고 모델의 재료 및 구조적 속성을 포함하는 유한 요소가 연결되어 특정 조건에 반응하는 방식을 정의합니다. 유한 요소 메쉬의 밀도는 특정 영역의 예상되는 응력 수준 변화에 따라 재료 전체에 걸쳐 달라질 수 있습니다. 응력의 큰 변화를 경험하는 영역은 일반적으로 응력 변화가 거의 또는 전혀 발생하지 않는 영역보다 더 높은 메쉬 밀도가 필요합니다. 관심 영역에는 이전에 테스트한 재료의 파괴 지점, 모깎기, 모서리, 복잡한 세부 사항 및 응력이 높은 영역이 포함될 수 있습니다.

관련 제품: 심센터 3D | Simcenter Nastran 명령 | Simcenter Femap 명령 | Simcenter 자석 | Simcenter 전기기계(E-machine) 설계 | NX용 Simcenter FLOEFD

A finite element analysis for structural dynamics of a gearbox for an electric vehicle powertrain visuals from the Simcenter 3D software.
최고의 유한 요소법(FEM) 솔버인 Simcenter Nastran 소프트웨어의 비주얼입니다.

FEA를 활용하여 제품 성능 개선

다른 사람들이 FEA를 사용하여 Simcenter를 사용하여 혁신을 엔지니어링하는 방법을 알아보십시오.

Engineer Innovation 매거진 읽기

혜택 알아보기

FEA는 일상 제품의 엔지니어링 설계 및 분석을 지원하기 위해 실험 및 분석 방법을 대체하거나 보완하는 데 자주 사용되는 잘 정립된 방법론입니다. 프로토타이핑 및 실험과 비교할 때 FEA 기반 시뮬레이션은 다음과 같은 이점을 제공합니다.

성능 향상

유한 요소 해석을 통해 제품 성능 향상을 위한 엔지니어링 가능성을 신속하게 분석하고 탐색할 수 있습니다.

시간 단축

유한 요소 해석은 구축 및 테스트 방법보다 더 빠르게 최적화된 제품 설계를 시장에 출시하는 데 도움이 됩니다.

비용 감소

유한 요소 해석을 활용하면 기존의 물리적 프로토타입 기반 테스트 프로세스에 비해 제품 개발 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

FEA 시뮬레이션 프로세스의 단계

어떤 소프트웨어를 사용하든 대부분의 FEA 시뮬레이션은 이러한 일반화된 단계를 따릅니다.

Simcenter 3D 소프트웨어의 히트 매핑 시각 자료가 있는 자동차 프레임의 3D 모델.

프리프로세스

전처리 단계에는 형상을 편집하고 시뮬레이션을 위해 준비하는 작업이 포함됩니다. 메싱(meshing)이라고 하는 프로세스에서 전처리 도구는 재료 속성, 하중, 구속조건 및 시뮬레이션 매개변수를 적용하기 전에 설계 형상을 작은 유한 요소로 변환합니다.

FE 전처리/후처리

CFD 시뮬레이션 소프트웨어는 CFD 솔버를 사용하여 이산화된 방정식을 반복적으로 풀기 시작합니다.

해결

FEA 시뮬레이션 소프트웨어는 솔버를 사용하여 이산화된 방정식을 반복적으로 풀기 시작합니다. 이 단계에는 상당한 시간이나 컴퓨팅 리소스가 필요할 수 있습니다. 복잡한 시뮬레이션의 경우 더 많은 기업이 이 문제에 대한 비용 효율적인 솔루션으로 클라우드 컴퓨팅으로 전환하고 있습니다.

메카니컬 시뮬레이션

Simcenter 3D 소프트웨어의 기계 구조 비주얼에 대한 선형 해석.

포스트 프로세싱

해석이 완료되면 다음 단계는 보고서, 모니터, 플롯, 2D/3D 이미지 및 애니메이션을 사용하여 시뮬레이션 결과를 정성적 및 정량적으로 분석하고 시각화하는 것입니다. 결과의 확인 및 검증도 이 단계에 포함됩니다.

FE 전처리/후처리

FEA 해석의 유형

1D 해석 (빔 모델)

1D 해석은 빔 요소와 같이 두 개의 노드로만 구성된 1 차원 요소로만 생성 된 모델을 적용하는 것을 말합니다. 1D 해석은 차체나 기체와 같이 일반적으로 모델링하기 복잡한 구조의 초기 단계 해석을 살펴보는 데 유용할 수 있습니다. 1D 빔 모델은 엔지니어가 전체 형상이 더 심층적인 분석을 위해 준비되기 전에 신체 역학을 신속하게 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다.

2D 해석(쉘 모델)

엔지니어는 판금으로 만든 부품과 같이 벽이 얇은 물체를 위한 사각형 또는 삼각형 요소와 같은 2차원 요소로 형상을 메쉬합니다. 그런 다음 요소 속성은 솔버가 응력, 변형률 및 기타 결과를 계산하는 데 사용할 쉘 요소의 두께를 정의합니다. FEA 전처리기에는 엔지니어가 형상에 쉘 메시를 생성하는 데 도움이 되는 빠른 메싱 알고리즘이 있습니다.

3D 해석(솔리드 모델)

엔진 블록과 같은 단단하고 두툼한 형상의 경우 엔지니어는 단단한 3차원 요소를 사용하여 형상을 표현합니다. 테트라, 피라미드 및 육각 요소는 솔리드 본체 전체에 생성됩니다. FEA 전처리기에는 엔지니어가 솔리드 메시 모델을 생성하는 데 필요한 도구가 있습니다.

다중물리 FEA

최신 FEA는 단일 물리 도메인을 개별적으로 시뮬레이션하는 것 이상입니다. 오늘날 FEA는 엔지니어가 유체 구조 상호 작용(FSI), 열-기계 시뮬레이션, 구조적 FE 기반 유연체를 사용한 다물체 역학, 전기 기계-열 등과 같은 다양한 물리학을 함께 결합할 수 있도록 함으로써 훨씬 더 다학제적이 되었습니다. 다중물리 시뮬레이션 은 최대 성능을 달성하기 위해 전체적인 교차 영역 엔지니어링이 필요한 점점 더 복잡해지는 제품에서 근본적으로 중요합니다.

FEA 관련 제품 살펴보기

Simcenter 3D 소프트웨어로 생성된 3D 모델의 이미지
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Simcenter 3D software

시뮬레이션의 효율성을 높여 복잡한 엔지니어링 문제를 해결합니다. Simcenter 3D는 복잡한 다분야의 제품 성능 엔지니어링을 위한 가장 포괄적이고 완전히 통합된 CAE 솔루션 중 하나입니다.
Simcenter Femap 소프트웨어를 사용한 시뮬레이션.
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Simcenter Femap software

복잡한 제품 또는 시스템의 유한 요소 모델을 생성, 편집 및 평가합니다. Simcenter Femap은 컴포넌트, 어셈블리 또는 시스템을 모델링하기 위한 고급 CAE 전처리기 및 후처리기입니다.
Simcenter Nastran 소프트웨어로 제작된 차량 컴포넌트의 CFD 시뮬레이션.
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Simcenter Nastran software

제품의 구조적 강도, 진동 및 음향을 정확하게 시뮬레이션합니다. Simcenter Nastran은 계산 성능, 정확성, 신뢰성 및 확장성을 위한 탁월한 FEM(유한 요소법) 솔버입니다.

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트랙터 설계의 시뮬레이션 모델을 나타내는 Simcenter 3D 소프트웨어 이미지

Simcenter 3D 체험판

  • CAD 지오메트리를 시뮬레이션에 사용 가능한 지오메트리로 빠르게 전환할 수 있습니다.
  • 구조 해석을 위해 모델을 효율적으로 메싱하고 해석하여 설계 성능에 대한 인사이트를 확보합니다.
  • Simcenter 3D 소프트웨어로 시뮬레이션 모델을 신속하게 업데이트하여 변경 사항을 설계할 수 있으므로 몇 초 만에 다시 시뮬레이션할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

자세히 알아보기

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온디맨드 웨비나 | 레거시 유한 요소 데이터를 재사용하여 시스템 수준 모델 생성

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팟캐스트 | Adrian Perregaux와 함께 전기 모터 설계 및 시뮬레이션 발전

팟캐스트 | 실행 가능한 디지털 트윈: 기계를 위한 스마트워치

자료

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기계 시뮬레이션 | CAE를 사용하여 여러 분야에 걸친 기계적 성능 예측