KR101386648B1 - 시뮬레이션 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 시뮬레이션 장치는 시뮬레이션의 대상물에 절점을 설정하는 설정부 및 상기 절점을 추적하여 상기 대상물의 유동 상태도를 생성하는 추적부를 포함함으로써, 용이하게 유동 상태도를 생성할 수 있다.

Description

시뮬레이션 장치 및 방법{SIMULATION APPARATUS AND SIMULATION METHOD}
본 발명은 대상물의 유동 상태도를 생성하는 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.
소성 가공은 물체의 소성을 이용해서 변형시켜 갖가지 모양을 만드는 가공법이다.
소성 가공은 열 또는 압력 등의 외부 에너지를 물체에 가해 물체의 응력 상태를 항복 규준에 적절하게 도달시키는 것을 전제로 한다. 소성 가공을 통해 물체를 초기 설계치로 가공하기 위해서는 적절한 금형을 선택하고, 가공에 필요한 에너지를 책정하는 등 정확한 가공 환경을 도출할 필요가 있다.
이러한 가공 환경의 도출을 위해 다양한 금형을 마련하고 다양한 크기의 에너지를 다양한 방향으로 물체에 인가하는 경험적 방법이 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 방식에 따르면 소성 가공된 물체를 재이용하기 곤란하므로 자원의 낭비가 심한 문제가 있다. 또한, 적절한 가공 환경의 도출까지 많은 시간이 소요된다.
설사 설계치대로 대상물을 소성 가공할 수 있는 가공 환경을 도출하더라도 해당 가공 환경에서 소성 가공된 물체의 유동 상태를 파악하기 힘들다.
한국공개특허공보 제2006-0066642호에는 두꺼운 시트면을 내주에 설치할 수 있는 캡 형상 부재의 성형 방법이 개시되고 있으나, 소성 가공에 의한 물체의 유동 상태를 확인하는 방안은 개시되지 않고 있다.
한국공개특허공보 제2006-0066642호
본 발명은 대상물의 유동 상태도를 생성하는 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 시뮬레이션 장치는 시뮬레이션의 대상물에 절점을 설정하는 설정부 및 상기 절점을 추적하여 상기 대상물의 유동 상태도를 생성하는 추적부를 포함할 수 있다.
본 발명의 시뮬레이션 장치는 시뮬레이션의 대상물에 절점을 설정하는 설정부를 포함하고, 상기 절점에는 제1 시점의 상기 절점의 좌표 정보인 제1 좌표가 고정값으로 포함될 수 있다.
본 발명의 시뮬레이션 장치는 대상물에 설정된 복수의 절점 중에서 선택 절점을 추출하고, 상기 선택 절점을 이용하여 상기 대상물의 유동 상태도를 생성하는 추적부를 포함하고, 상기 선택 절점은 상기 복수의 절점 중 선택값의 도출이 가능한 제1 좌표를 포함하는 절점일 수 있다.
본 발명의 시뮬레이션 장치는 대상물에 설정된 복수의 절점 중에서 선택 조건을 만족하는 복수의 선택 절점을 추출하고, 상기 선택 조건에 따라 생성된 가상선 또는 가상면으로 상기 대상물의 유동 상태도를 생성하는 추적부를 포함할 수 있다.
본 발명의 시뮬레이션 장치는 초기 좌표가 고정값으로 기록되고 현재 좌표가 기록되는 절점을 시뮬레이션의 대상물에 설정하는 설정부 및 상기 대상물의 변형 후에 선택값의 도출이 가능한 초기 좌표를 갖는 선택 절점을 상기 대상물로부터 추출하며 상기 선택 절점의 현재 좌표를 이용하여 상기 선택값의 유동 상태도를 생성하는 추적부를 포함할 수 있다.
본 발명의 시뮬레이션 방법은 시뮬레이션 대상물에 복수의 절점을 설정하고, 상기 각 절점의 좌표 정보를 상기 각 절점에 고정값으로 포함시키는 단계, 선택값의 입력시 상기 각 절점을 분석하여 상기 선택값의 도출이 가능한 좌표 정보가 마련된 선택 절점을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 시뮬레이션 장치 및 방법에 따르면 신뢰성 있는 유동 상태도를 용이하게 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 시뮬레이션 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 대상물의 유동 상태를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 시뮬레이션 장치에서 생성된 유동 상태도를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 시뮬레이션 장치에서 생성된 유동 선도를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 시뮬레이션 장치에 의해 설정된 절점의 정보를 나타낸 개략도이다.
도 6은 제1 좌표가 생성되는 제1 시점을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 시뮬레이션 장치에 의해 설정된 절점을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 시뮬레이션 장치에 의해 설정된 초기 유동 선도를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 시뮬레이션 장치에 의해 생성된 유동 상태도를 나타낸 개략도이다.
도 10은 유동 상태도를 나타낸 개략도이다.
도 11은 본 발명의 또다른 시뮬레이션 장치의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 시뮬레이션 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 시뮬레이션 장치를 나타낸 블럭도이고, 도 2는 대상물(210)의 유동 상태를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 시뮬레이션 장치는 설정부(110), 추적부(130) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
불필요한 자원의 낭비를 방지하기 위해 대상물(210)의 소성 가공 상태를 시뮬레이션할 필요가 있다. 시뮬레이션에 의하면 압력 등의 다양한 가공 환경을 자유롭게 변경시켜 가며 대상물(210)의 소성 가공 상태를 파악할 수 있다.
또한, 시뮬레이션의 과정에서 대상물(210)의 유동 상태를 파악할 수 있다.
대상물(210)의 응력 상태가 항복 규준에 도달하면 재료에는 소성 변형이 발생한다. 이러한 소성 변형의 발생을 소성 유동(plastic flow)이라고 한다. 소성 이론에서 소성 변형 벡터의 방향은 소성 포텐셜 함수에 의한 유동 법칙을 통해 정의될 수 있다.
소성 변형 벡터의 방향은 소성 가공된 대상물(210)의 내구도 등 제품의 특징을 결정하므로, 소성 가공에서 매우 중요한 요소이다. 다시 말해 동일 대상물(210)을 소성 가공하여 동일한 형상의 제품을 생산하더라도 소성 변형 벡터의 방향이 다르다면 내구도 등에서 차이를 보이게 된다.
도 2에서 (a)에는 원통형의 대상물(210)이 개시되고, (b)에는 (a)의 대상물(210)이 가압된 상태가 개시된다. (c)에는 가압된 상태의 대상물(210)의 측부를 나타낸 단면이 개시되고 (d)에는 (c)의 유동 선도가 개시된다.
본 명세서에 기재된 대상물(210)의 유동 상태는 대상물(210)의 소성 변형 벡터의 방향을 포함할 수 있다. 따라서, 소성 변형 벡터의 방향이 연장된 (d)의 유동 선도는 대상물(210)의 유동 상태를 나타낼 수 있다.
(d)의 유동 선도를 살펴보면 대상물(210)의 상부와 하부에서 동시에 압력이 가해졌음에도 불구하고 대상물(210)의 유동 상태가 대칭되는 양 코너 부위인 ⓐ와 ⓑ에서 다르게 나타나고 있다. 이러한 유동 상태에 의하면 ⓐ 부위가 ⓑ 부위에 비해 빨리 훼손되거나 그 반대 현상이 나타날 수 있다. 이와 같이 가공된 부위의 내구도 등을 결정하는 유동 상태의 파악은 시뮬레이션에서 대단히 중요한 요소라 할 수 있다.
유동 상태의 파악은 유동 상태도를 생성하는 것일 수 있다. 유동 상태도는 대상물(210)의 유동 상태를 선으로 표시한 유동 선도 또는 대상물(210)의 유동 상태를 면으로 표시한 유동 면도를 포함할 수 있다.
추적부(130)는 유동 상태도를 생성할 수 있다. 일예로 추적부(130)는 시뮬레이션의 대상물(210)에 설정된 절점을 추적하여 대상물(210)의 유동 상태도를 생성할 수 있다. 이때 대상물(210)의 절점은 설정부(110)에 의해 설정된 것일 수 있다.
대상물(210)에 절점이 설정되면 각 절점으로 연결되는 특정한 크기를 갖는 한정된 수의 요소로 연속체(continuum)인 대상물(210)을 이산화시킬 수 있다.
설정된 가공 환경에서 소성 가공되는 대상물(210)의 소성 변형을 변형부(150)를 통해 모의할 때, 추적부(130)는 각 절점의 위치 변화를 변형부(150)의 구동이 완료될 때까지 지속적으로 감시하고 구동이 완료된 시점에서 각 절점을 파악함으로써 유동 상태도를 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 시뮬레이션 장치에서 생성된 유동 상태도를 나타낸 개략도이다.
도 3의 (a)에는 설정부(110)에 의해 대상물(210)에 5개의 절점 i가 설정된 상태를 나타낸다. 도 3의 (b)는 변형부(150)에 의해 소성 가공이 이루어지는 중인 대상물(210)이 개시된다. 변형부(150)는 도 3의 화살표 방향으로 가해진 압력을 모의하여 (a) 상태의 대상물(210)을 (c) 상태의 대상물(210)로 변형시킨다.
추적부(130)는 소성 가공으로 위치가 변경되는 5개의 절점 i를 도 3의 (a)의 상태로부터 도 3의 (b)를 거쳐 도 3의 (c)의 상태까지 추적한 후 소성 가공이 완료된 상태에서 각 절점 i를 표시할 수 있다. 도 3의 (c)와 같이 표시된 절점 자체를 유동 상태도로 할 수 있다. 그러나 가독성이 떨어지므로 도 3의 (d)와 같이 각 절점 i를 연결하는 가상선으로 유동 선도 k를 형성할 수 있다. 이때의 유동 선도 k가 대상물(210)의 유동 상태도가 된다. 유동 선도 k는 소성 가공에 의해 도 3 (a)의 유동 선도 j가 변형된 상태를 나타낼 수 있다. 유동 상태도의 최종 결과물이 도 3 (d)의 유동 선도 k라면 추적부(130)가 유동 선도 j를 추적하는 것으로 볼 수도 있다.
변형부(150)는 설정부(110)에 의해 설정된 대상물(210)의 절점을 이용하여 대상물(210)의 소성 가공을 모의할 수 있다. 이때의 모의는 수치 해석 기법에 의한 각 절점의 변화를 계산한 것으로, 이러한 계산은 도 3의 (a)부터 (b)의 과정까지 반복된다.
한편, 신뢰성 있는 유동 상태도의 획득을 위해 추적부(130)에서 사용되는 절점은 변형부(150)에서 사용되는 절점과 별개로 마련될 수 있다. 즉, 하나의 대상물(210)에 2중의 절점이 형성될 수 있으며, 이 중에서 설정부(110)에 의해 생성된 절점이 추적부(130)의 추적 대상이 될 수 있다. 변형부(150)는 추적부(130)의 추적 대상에 해당되지 않는 절점들을 이용하여 대상물(210)을 변형시킬 수 있다. 변형부(150)에서 사용되는 절점은 설정부(110)에서 설정되거나 변형부(150)에서 자체적으로 설정될 수 있다.
도 3에서는 설명의 편의를 위해 절점을 간략화시켜 나타내었으나, 설정부(110)는 매우 많은 개수의 절점을 설정할 수 있다.
대상물(210)에서 각 절점이 설정된 부위의 특성 등이 각 절점에 특성 정보로 포함될 수 있다. 소성 가공이 이루어지면 절점이 설정된 해당 부위의 특성이 변경되며 이에 따라 각 절점에 포함된 특성 정보는 모의 과정에서 수시로 변경될 수 있다. 또한, 변형이 이루어지는 과정에서 초기 설정된 절점이 적절하지 못한 경우가 빈번하게 발생될 수 있다. 이 경우 대상물(210)에 대한 절점이 새롭게 설정될 수 있다. 이와 같이 특성 정보의 변경, 절점의 재설정 과정이 반복되므로 추적부(130)는 초기에 선택된 유동 선도 j 외에는 다른 유동 선도 h를 지속적으로 추적하기가 곤란하다.
따라서, 변형부(150)에 의한 모의시 유동 선도 j를 추적하여 유동 선도 k를 획득한 후 유동 선도 g를 획득하고자 하는 경우, 도 (a)의 유동 선도 h를 추적하는 것으로 추적부(130)를 세팅한 상태에서 도 (a)부터 도 (d)의 과정을 다시 진행해야 한다. 이에 따르면 다양한 유동 선도를 얻기 위해 많은 시간이 소요될 수 있다.
또한, 절점에 포함된 특성 정보의 변경, 절점의 재설정 과정이 반복되는 과정에서 발생되는 수학적 오류로 인하여 도 3 (d)의 유동 선도 f와 같이 대상물(210)의 외곽선을 벗어나는 유동 선도가 발생되기도 한다.
이에 대한 대책으로 특성 정보를 이용할 수 있다.
절점에는 대상물(210)에서 절점에 대응되는 부위가 갖는 특성 정보가 포함될 수 있다. 특성 정보는 해당 절점의 좌표, 해당 대상물(210)의 탄성 특성, 소성 특성, 온도 등이 포함될 수 있다. 이러한 특성 정보는 변형부(150)에 의한 소성 가공의 모의 과정에서 수시로 변경될 수 있다.
본 발명의 다른 시뮬레이션 장치를 구성하는 설정부(110)는 각 절점의 특성 정보에 제1 시점의 해당 절점의 좌표 정보인 제1 좌표를 고정값으로 포함시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 시뮬레이션 장치에서 생성된 유동 선도를 나타낸 개략도이고, 도 5는 본 발명의 다른 시뮬레이션 장치에 의해 설정된 절점의 정보를 나타낸 개략도이다. 도 6은 제1 좌표가 생성되는 제1 시점을 나타낸 개략도이다.
도 4에는 설명의 편의를 위해 8개의 절점 ①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥, ⑦, ⑧이 설정된 것으로 표시하였으나, 이외에도 무수히 많은 절점이 존재할 수 있다.
도 4에서 설정부(110)는 각 절점에 대해 아래와 같이 제1 시점 t1에서의 제1 좌표를 고정값으로 포함시킬 수 있다.
절점 ① : 절점 ①의 제1 좌표 (x2, y1, z1)
절점 ② : 절점 ②의 제1 좌표 (x2, y1, z2)
절점 ③ : 절점 ③의 제1 좌표 (x2, y1, z3)
절점 ④ : 절점 ④의 제1 좌표 (x2, y1, z4)
절점 ⑤ : 절점 ⑤의 제1 좌표 (x2, y1, z5)
절점 ⑥ : 절점 ⑥의 제1 좌표 (x1, y1, z5)
절점 ⑦ : 절점 ⑦의 제1 좌표 (x3, y1, z5)
절점 ⑧ : 절점 ⑧의 제1 좌표 (x4, y1, z5)
각 절점 ① 내지 ⑧에는 도 5에 도시된 좌표 정보 ⓨ, 제1 좌표를 포함한 특성 정보 ⓩ가 포함될 수 있다. 일예로, 절점 ①에는 절점 ①을 나타내는 좌표 정보 ⓨ로 (x2, y1, z1)이 포함되며, 절점 ①의 특성 정보 ⓩ로 제1 좌표 (x2, y1, z1), 압력 P1, 온도 T1 등이 포함될 수 있다.
제1 좌표는 제1 시점 t1에서의 각 절점의 좌표 정보이므로, 제1 시점 t1에서 각 절점의 좌표 정보 ⓨ와 특성 정보 ⓩ에 포함된 제1 좌표는 동일한 값을 가질 수 있다. 제1 좌표는 시점과 상관없이 고정된 값으로, 예를 들어 도 5와 같이 t2 시점에서 절점 ①의 좌표 정보 ⓨ가 (xa, yb, zc)로 변경되더라도 절점 ①의 제1 좌표 (x2, y1, z1)은 원래의 값을 그대로 유지할 수 있다.
제1 좌표는 절점의 초기 좌표일 수 있다. 이에 따르면 제1 시점은 변형부(150)의 구동 전 또는 구동 개시 시점일 수 있다. 물론, 제1 시점은 변형부(150)의 구동 중의 한 시점이어도 무방하다.
한편, 각 절점에는 복수의 제1 좌표가 포함될 수 있다. 이 경우 각 제1 좌표의 제1 시점은 도 6에 도시된 t1a, t1b, t1c, t1d, t1e와 같이 서로 다른 시점일 수 있다. 도 6의 경우 제1 시점이 총 5개 존재하므로, 5개의 제1 좌표가 각 절점에 포함될 수 있다.
제2 시점에서 추적부(130)에 의해 생성되는 유동 상태도는 제2 시점 이전의 제1 시점의 대상물(210)이 제2 시점에서 어떻게 변형되었는지를 나타내는 것이므로, 제1 시점이 복수로 설정된 경우 예를 들어 t1a부터 제2 시점까지의 유동 상태도, t1b부터 제2 시점까지의 유동 상태도, t1c부터 제2 시점까지의 유동 상태도, t1d부터 제2 시점까지의 유동 상태도, t1e부터 제2 시점까지의 유동 상태도 등을 획득할 수 있다.
설정부(110)에서 대상물(210)에 대해 복수의 절점을 설정하고, 각 절점에 제1 좌표를 고정값으로 포함시킨 경우, 제2 시점에서 추적부(130)는 복수의 절점 중 선택된 제1 좌표를 포함하는 선택 절점을 추출할 수 있다. 추적부(130)는 추출된 선택 절점을 연결시켜 유동 상태도를 생성할 수 있다.
선택 절점은 복수의 절점 중 선택값 또는 선택 기준과 매칭되는 제1 좌표를 포함하는 절점일 수 있다. 선택값 또는 선택 기준은 임의로 설정될 수 있다. 예를 들어 선택값이 (x2, y1, ?)이면, 추적부(130)는 도 4의 제1 시점 t1 이후의 제2 시점 t2에서 대상물(210)에 포함된 모든 절점을 분석할 수 있다. 추적부(130)는 각 절점에 포함된 제1 좌표와 선택값 (x2, y1, ?)을 비교하고, 선택값과 매칭되는 제1 좌표 (x2, y1, z1)을 갖는 절점 ①, (x2, y1, z2)를 갖는 절점 ②, (x2, y1, z3)를 갖는 절점 ③, (x2, y1, z4)를 갖는 절점 ④, (x2, y1, z5)를 갖는 절점 ⑤을 선택 절점으로 추출할 수 있다. 이렇게 추출된 5개의 선택 절점 ①, ②, ③, ④, ⑤를 이용하여 추적부(130)는 유동 상태도를 생성할 수 있다. 예를 들어 추적부(130)는 선택 절점 ①, ②, ③, ④, ⑤를 자유도가 부여된 좌표 z의 크기 순서대로 연결하는 가상선 또는 가상면으로 유동 상태도 k를 생성할 수 있다. 이때의 가상선 또는 가상면은 대상물(210)의 외곽선 내에 형성될 수 있다.
다른 예로 선택값이 (?, y1, z5)이면, 추적부(130)는 각 절점에 포함된 제1 좌표와 선택값 (?, y1, z5)을 비교하고, 선택값과 매칭되는 제1 좌표 (x1, y1, z5)를 갖는 절점 ⑥, (x2, y1, z5)를 갖는 절점 ⑤, (x3, y1, z5)를 갖는 절점 ⑦, (x4, y1, z5)를 갖는 절점 ⑧을 선택 절점으로 추출할 수 있다. 이렇게 추출된 4개의 선택 절점 ⑥, ⑤, ⑦, ⑧을 이용하여 추적부(130)는 유동 상태도 g를 생성할 수 있다.
이상의 구성에 따르면 추적부(130)는 변형부(150)의 구동 과정 중, 다시 말해 소성 변형 과정에서 각 절점을 추적할 필요가 없다. 즉, 추적부(130)는 대상물(210)의 변형 과정에서 비구동되고 대상물(210)의 변형이 완료된 후에 구동되어도 무방하다. 다른 관점에서 추적부(130)가 제1 시점 이후의 제2 시점에서 구동되는 것으로 볼 수도 있다. 또한, 추적부(130)는 제2 시점의 대상물(210)에 포함된 모든 절점을 분석하고, 선택값 또는 선택 조건에 매칭하는 선택 절점을 추출하면 충분하다. 경우에 따라 선택 절점을 연결하는 가상선 또는 가상면을 생성하는 기능을 추적부(130)에 포함시킬 수도 있다.
이에 따르면 추적부(130)의 구성을 간소화시킬 수 있으며 추적부(130)의 부하를 크게 경감시킬 수 있다. 또한 정확한 유동 상태도를 획득할 수 있다.
또한, 변형부를 재구동시킬 필요없이 변형이 완료된 대상물의 절점을 분석하는 것으로 다양한 선택값 또는 선택 조건(도 8, 도 9 참조)을 만족하는 다양한 유동 상태도를 획득할 수 있다.
제2 시점의 대상물(210)은 변형부(150)에 의해서 반드시 변형될 필요는 없으나 유동 상태도의 목적상 변형부(150)에 의해 변형이 이루어진 이후의 대상물(210)인 것이 바람직하다.
이하에서는 실제에 가까운 도면을 참조하여 본 발명의 시뮬레이션 장치를 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 다른 시뮬레이션 장치에 의해 설정된 절점을 나타낸 개략도이다. 도 8은 본 발명의 다른 시뮬레이션 장치에 의해 설정된 초기 유동 선도를 나타낸 개략도이다.
도 7은 소성 가공 공정 해석 목적의 초기 요소망(이하 해석 요소망)을 나타내고 있다. 설정부(110)는 해석 요소망을 구성하는 절점 i에 절점의 초기 좌표 (xi,yi,zi)를 포함시킨다. x좌표, y좌표, z좌표 중의 하나의 좌표값이 동일한 등고선을 그리면, 도 8에서 보는 바와 같은 등고선, 즉 초기의 소성 유동 선도(유동 상태도)를 얻게 된다. 이때 초기의 소성 유동 선도는 앞에서 살펴본 선택값 또는 선택 조건에 해당할 수 있다.
두 좌표값이 동일한 선을 그리면 3차원 공간상의 소성 유동선(가상선)이 되며, 동일한 좌표값을 가진 면을 그리면, 즉 등고면을 그리면 삼차원 소성 유동면(가상면)이 된다. 그리고 도 9에서 보는 바와 같이, 임의의 단면에서도 등고선을 작성하여 원하는 소성 유동 선도를 작성할 수도 있다. 참고로, r좌표, θ좌표, z좌표(x=rcosθ, y=rsinθ, z=z)를 기준으로 소성 유동 선도를 그릴 수도 있으며, 등고선 수의 변경은 자유자재로 할 수 있다.
뿐만 아니라 초기의 평면 또는 곡면 상에서 설정된 점을 중심으로 하는 원 또는 곡선의 변형 과정도 동일한 방법으로 추적이 가능하다.
등고선은 면상의 선분을 연결하는 직선 및 곡선뿐만 아니라 평면 상에서의 원과 같은 폐곡선도 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하에서 등고선은 3차원 등고선과 등고면을 포함하는 의미로 사용된다.
절점 초기 좌표의 초기치를 그대로 유지한 상태에서 각 좌표를 유효 변형률과 같은 상태 변수로 취급하여 수치 해석에 적용시키면, 요소망 재구성(절점의 재설정)에 상관없이 소성 유동 선도의 추적이 가능하다. 물론 절점의 초기 좌표가 일정하기 때문에 요소망 재구성이 실시되지 않은 해석 스텝에서 절점의 초기 좌표의 변경 및 계산은 불필요하다.
그러나 요소망 재구성이 실시된 해석 스텝에서는 새로운 절점에 대한 절점 초기 좌표의 사상이 필요하다. 이 작업은 유효 변형률과 같은 상태 변수의 사상과 동일하므로 계산 시간의 무시가 가능하며, 계산의 효율성 측면에서 유리하다. 사용자가 별도의 입력 작업을 하지 않아도 되고, 최종적으로 임의의 면에서 소성 유동 선도를 마음대로 볼 수 있으므로 사용자 편리성과 일반성도 보장된다. 뿐만 아니라 2D/3D 연계해석 시에도 복잡한 관련 정보의 입력이 불필요하다.
문제는 요소망 재구성 시에 순화가 불가피하다는 점이다. 이 문제를 해결하기 위하여 전술한 기본 접근방법을 그대로 사용하면서 추가적으로 다음 방법을 사용한다.
해석 요소망과 소성 유동선 추적을 위한 요소망(이하 소성유동선 요소망)을 분리하여 사용하되(즉 두 개의 요소망을 사용하되), 두 요소망 간에는 상호 보완적 기능을 갖도록 한다. 해석 과정에서 시뮬레이션 장치는 해석 요소망의 절점에서의 초기 좌표와 소성 유동선 요소망에서의 초기 위치 좌표를 함께 저장한다. 추적부(130)는 소성 유동선 요소망의 초기 위치 좌표를 저장하게 될 것이다. 소성 유동선 요소망은 매 해석스텝마다 개선되거나 필요시마다 개선될 수 있다. 해석 요소망에 대한 초기 위치 좌표는 해석 결과의 저장 시에만 최신 소성 유동선 요소망으로부터 구하여 저장된다. 물론 소성 유동선 요소망의 개선 작업은 국부 좌표값의 활용으로 그 계산 회수를 크게 줄일 수 있다. 즉, 계산 시간을 최소화시키기 위하여 소성 유동선 요소망의 추적은 해석 결과의 저장 또는 출력 직전과 요소망 재구성의 전후에만 실시할 수 있다.
만약 추적 중 소성 유동선 요소망의 품질이 일정 수준 이하가 되면, 이 소성 유동선 요소망의 재구성이 요구될 수도 있다. 이 경우에는 소성 유동선 요소망을 재구성하되, 새 소성 유동선 요소망에서의 절점 초기 좌표값이 구 소성 유동선 요소망의 정보로부터 계산될 수 있다.
최종적으로 소성 유동선은 해석 요소망의 절점에 저장된 초기 절점치 정보를 이용하여 다양한 방식으로 가시화될 수 있다.
도 10은 유동 상태도를 나타낸 개략도이다.
도면에서 보는 바와 같이 전체의 표면에서 소성 유동 선도를 가시화할 수 있을 뿐만 아니라 단면에서도 소성 유동 선도의 추적이 가능하다. 이 방법으로 기존의 방법이 안고 있던 부정확성, 비효율적 계산시간, 일반성의 결여 등의 문제를 동시에 해결할 수 있다. 그리고 기존의 절점 추적 기법 등에서는 등고선이 소재 영역 바깥에 위치하는 경우가 발생하는데, 신 기법에서는 이러한 결함적 요소가 전혀 없다.
한편, 이상에서는 설정부(110)에서 설정된 절점이 선택값 또는 선택 조건을 만족하는 것으로 설명하였으나, 실제는 이와 다를 수 있다.
예를 들어 도 4의 실시예에서 선택값이 (x2, y1, ?)이고 이를 만족하는 제1 좌표 (x2, y1, z1)을 갖는 절점 ①, (x2, y1, z2)를 갖는 절점 ②, (x2, y1, z3)를 갖는 절점 ③, (x2, y1, z4)를 갖는 절점 ④, (x2, y1, z5)를 갖는 절점 ⑤가 개시되고 있다. 그러나, 설정부(110)에서 설정된 절점의 좌표는 (x2, y1, ?)을 만족하지 못할 수 있다.
이와 같이 절점이 선택값 또는 선택 조건을 만족하지 못할 경우를 대비하여 절점에는 제1 시점의 절점의 좌표 정보인 제1 좌표 및 제2 시점의 절점의 좌표 정보인 제2 좌표가 포함될 수 있다. 그 모습은 도 5와 같을 수 있다. 제1 좌표는 ⓩ로 초기 좌표일 수 있으며, 제2 좌표는 ⓨ로 현재 좌표일 수 있다.
도 11은 본 발명의 또다른 시뮬레이션 장치의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 11에는 도 11 (a)의 원래 대상물(210)이 가압 수단(10)에 의해 가압되어 도 11 (b)와 같이 변형된 상태가 개시된다. 도 11 (c)는 원래 대상물(210)에 설정된 절점 중 일부를 나타내고, 도 11 (d)는 도 11 (c)의 절점이 변형에 의해 위치가 변경된 상태를 나타낸다. 가압 수단(10)에 의한 가압은 변형부(150)에서 모의될 수 있다.
예를 들어 변형부(150)에 의한 모의가 이루어진 상태에서 사용자가 원래 대상물(210)의 목표 절점 x1, x2, x3가 어떻게 변형되었는지 알고 싶은 경우를 가정한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 x축 좌표를 주로 설명하기로 한다.
본 발명의 추적부(130)에 의하면 도 11 (b)와 같이 대상물(210)에 대한 모의가 완료된 대상물(210)의 절점을 분석하는 것으로 x1, x2, x3의 변형 즉 유동 상태도를 획득할 수 있다.
x1, x2, x3의 x축 좌표는 도 11 (a) 상태에서 동일한 값 65를 갖는다고 가정한다.
각 절점에 포함된 제1 좌표는 대상물(210)의 변형 전에 부여된 값이므로, 추적부(130)는 대상물(210)에 설정된 절점의 제1 좌표를 분석하고, 제1 좌표의 x축 좌표가 65인 절점을 검색할 수 있다. 검색 결과 제1 좌표의 x축 좌표가 65인 절점이 검색되면 해당 절점을 선택 절점으로 하여 앞에서 살펴본 바와 같이 유동 상태도를 생성할 수 있다.
그러나, 검색 결과 제1 좌표의 x축 좌표가 65인 절점이 검색되지 않을 수 있다.
이 경우 추적부(130)는 복수의 절점 중에서 제1 시점의 목표 절점 x1, x2, x3를 도출할 수 있는 제1 좌표가 마련된 절점을 선택 절점으로 추출할 수 있다.
예를 들어 도 11에서 사용자가 선택값 또는 선택 조건으로 목표 절점 x1, x2, x3를 선택하고, 대상물(210)에 해당 목표 절점을 만족하는 절점이 존재하지 않는 경우 추출부(130)는 목표 절점을 도출할 수 있는 절점 P1, P2, P3, P4를 선택 절점으로 추출할 수 있다.
이때의 선택 절점을 이용하여 목표 절점을 도출하는 방안은 다양할 수 있다.
일예로 선택 절점 P1, P2, P3, P4의 좌표가 다음의 표 1과 같은 경우를 가정한다. P1-state (a)-2nd의 좌표가 60, 30으로 표기되고 있는데 뒤 30은 y축 좌표로 설명의 편의상 y축 좌표는 배재하고 설명한다.
state (a) state (b)
2nd 1st 2nd 1st
P1 60, 30 60, 30 65, 25 60, 30
P2 50, 20 50, 20 60, 15 50, 20
P3 70, 23 70, 23 90, 10 70, 23
P4 80, 33 80, 33 100, 20 80, 33
state (a)는 도 11 (a)의 상태로 변형이 이루어지기 전의 상태이다. 이때 각 선택 절점의 제1 좌표와 제2 좌표는 동일할 수 있다.
state (b)는 도 11 (b)의 상태로 변형이 이루어진 후의 상태이다. 이때 각 선택 절점의 제2 좌표는 현재 좌표에 해당하므로 그 값이 변하게 된다. 그러나 제1 좌표는 고정값이므로 state (a)와 동일한 값을 유지한다.
이 상태에서 추적부(130)는 state (b)의 제1 좌표, 제2 좌표만으로 유동 상태도를 생성할 수 있다.
사용자가 선택값으로 선택한 목표 절점 x1, x2, x3는 변형 전의 대상물을 대상으로 설정된 것이다. 따라서, 목표 절점 x1, x2, x3는 변형 전의 좌표를 이용하여 도출되어야 하는데, state (b)의 절점의 제1 좌표가 변형 전의 좌표로 이용될 수 있다.
추적부(130)는 목표 절점 x1을 가로지르는 가상의 직선 L1 상에 제1 좌표가 위치하는 2개의 절점 P1, P4를 선택 절점으로 추출할 수 있다. 또한, 목표 절점 x2를 가로지르는 가상의 직선 L2 상에 제1 좌표가 위치하는 2개의 절점을 선택 절점으로 추출할 수 있다. 이때, 2개의 절점 중 하나는 위의 P1, P4 중 하나여도 무방하다. 따라서, 목표 절점 x2에 대해 P1, P3를 선택 절점으로 추출할 수 있다. 또한, 목표 절점 x3를 가로지르는 가상의 직선 L3 상에 제1 좌표가 위치하는 2개의 절점 P2, P3를 선택 절점으로 추출할 수 있다.
결과적으로 추적부(130)는 목표 절점 x1, x2, x3의 도출을 위해 선택 절점 P1, P2, P3, P4를 추출할 수 있다.
Figure 112013049300790-pat00001
,
Figure 112013049300790-pat00002
,
Figure 112013049300790-pat00003
일 때, 추적부(130)는 각 선택 절점 또는 각 직선의 분석을 통해 목표 절점 x1이 L1의 0.25 지점, x2가 L2의 0.5 지점, x3가 L의 0.75 지점인 것을 파악할 수 있다.
이후 추적부(130)는 선택 절점 P1, P2, P3, P4의 제2 좌표를 이용하여 제2 시점에서 위치가 변화된 목표 절점 x1, x2, x3를 획득할 수 있다.
제2 시점은 변형이 완료된 시점이므로 대상물(210) 변형 후의 목표 절점 x1, x2, x3의 좌표는 state (b)의 절점의 제2 좌표로부터 획득될 수 있다.
예를 들어 state (a)에서 state (b)로의 변형시 x1 좌표의 변화량을 w라 할 때, state (b)의 x1 좌표는 state (a)의 x1 좌표에 변화량 w를 가산함으로 획득될 수 있다.
변화량 w는 각 선택 절점의 제2 좌표와 앞에서 산출된 비율 0.25, 0.5, 0.75로부터 산출될 수 있다. 이렇게 산출된 state (b)의 목표 절점의 좌표를 표 2에 나타내었다.
state (a) state (b)
x1 65 65+(100-65)*0.25 = 81.25
x2 65 65+(90-65)*0.5 = 77.5
x3 65 60+(100-60)*0.75 = 90
추척부는 이렇게 도출된 state (b)의 목표 절점 x1, x2, x3를 선으로 연결함으로써 유동 선도를 생성할 수 있다.
도 11의 실시예를 정리하면, 본 발명의 시뮬레이션 장치에서 유동 상태도의 생성에 이용되는 선택 절점은 선택값의 도출이 가능한 제1 좌표를 포함할 수 있다. 이때 시뮬레이션 장치는 선택값을 연결하는 가상선 또는 가상면으로 유동 상태도를 형성할 수 있다.
도 12는 본 발명의 시뮬레이션 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 시뮬레이션 대상물(210)에 복수의 절점을 설정하고, 각 절점의 좌표 정보를 각 절점에 고정값으로 포함시킨다(S 510). 설정부(110)에서 이루어지는 동작으로, 설정부(110)는 변형부(150)에서 사용되는 절점과 별개로 추적부(130)에서 사용되는 절점을 설정할 수 있다. 이때 설정부(110)에서 설정된 절점에는 제1 시점에서의 절점의 좌표 정보가 고정값으로 포함될 수 있다.
선택값 또는 선택 조건의 입력시 각 절점을 분석하여 선택값 또는 선택 조건과 매칭되는 좌표 정보를 갖는 선택 절점을 추출할 수 있다(S 520). 도 11의 실시예와 같이 선택값 또는 선택 조건의 도출이 가능한 좌표 정보가 마련된 절점을 선택 절점으로 추출할 수도 있다. 추적부(130)에서 이루어지는 동작으로, 선택 절점을 이용하여 유동 상태도를 생성할 수 있다.
일예로, 선택 절점 또는 선택값을 연결하는 가상선 또는 가상면으로 소성 유동 선도 또는 소성 유동 면도를 생성할 수 있다(S 530).
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
110...설정부 130...추적부
150...변형부 210...대상물

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  8. 대상물에 설정된 복수의 절점 중에서 선택 절점을 추출하고, 상기 선택 절점을 이용하여 상기 대상물의 유동 상태도를 생성하는 추적부;를 포함하고,
    상기 선택 절점은 상기 복수의 절점 중 선택값의 도출이 가능한 제1 좌표를 포함하는 절점인 시뮬레이션 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 좌표는 상기 절점에 포함되는 고정값으로 제1 시점의 상기 절점의 좌표 정보이고,
    상기 추적부는 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서 구동되는 시뮬레이션 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 추적부는 상기 선택값을 연결하는 가상선 또는 가상면을 생성하고,
    상기 가상선 또는 상기 가상면은 상기 유동 상태도를 형성하는 시뮬레이션 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가상선 또는 상기 가상면은 상기 대상물의 외곽선 내에 형성되는 시뮬레이션 장치.
  12. 대상물에 설정된 복수의 절점 중에서 선택 조건을 만족하는 복수의 선택 절점을 추출하고, 상기 선택 조건에 따라 생성된 가상선 또는 가상면으로 상기 대상물의 유동 상태도를 생성하는 추적부;
    를 포함하는 시뮬레이션 장치.
  13. 초기 좌표가 고정값으로 기록되고 현재 좌표가 기록되는 절점을 시뮬레이션의 대상물에 설정하는 설정부; 및
    상기 대상물의 변형 후에 선택값의 도출이 가능한 초기 좌표를 갖는 선택 절점을 상기 대상물로부터 추출하며 상기 선택 절점의 현재 좌표를 이용하여 상기 선택값의 유동 상태도를 생성하는 추적부;
    를 포함하는 시뮬레이션 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 초기 좌표는 제1 시점의 상기 절점의 좌표 정보이고, 상기 현재 좌표는 제2 시점의 상기 절점의 좌표 정보이며,
    상기 추적부는 상기 제1 시점 이후의 상기 제2 시점에서 상기 대상물에 포함된 모든 절점을 분석함으로써 상기 선택 절점을 추출하는 시뮬레이션 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 추적부는 상기 대상물의 변형 과정에서 비구동되고 상기 대상물의 변형이 완료된 후에 구동되는 시뮬레이션 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 설정부에서 설정된 상기 절점은 상기 대상물을 변형시키는 변형부에서 사용되는 절점과 별개로 마련되는 시뮬레이션 장치.
  17. 시뮬레이션 대상물에 복수의 절점을 설정하고, 상기 각 절점의 좌표 정보를 상기 각 절점에 고정값으로 포함시키는 단계;
    선택값의 입력시 상기 각 절점을 분석하여 상기 선택값의 도출이 가능한 좌표 정보가 마련된 선택 절점을 추출하는 단계;
    를 포함하는 시뮬레이션 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016103055A (ja) * 2014-11-27 2016-06-02 エムエフアールシー カンパニー，リミテッド 塑性変形対象物のシミュレーション装置
CN105718608A (zh) * 2014-12-01 2016-06-29 Mfrc有限公司 塑性变形对象物的模拟装置及方法
WO2019066623A1 (ko) * 2017-09-29 2019-04-04 경상대학교 산학협력단 단류선 정량화 장치 및 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005246684A (ja) 2004-03-02 2005-09-15 Ykk Corp 流動解析装置、流動解析方法、成型条件選択方法、鋳物製造方法、流動解析プログラム、このプログラムを記録した記録媒体
JP2008012814A (ja) 2006-07-06 2008-01-24 Denso Corp 成形プロセスシミュレーション装置、成形プロセスシミュレーションプログラム及び成形品の変形解析方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005246684A (ja) 2004-03-02 2005-09-15 Ykk Corp 流動解析装置、流動解析方法、成型条件選択方法、鋳物製造方法、流動解析プログラム、このプログラムを記録した記録媒体
JP2008012814A (ja) 2006-07-06 2008-01-24 Denso Corp 成形プロセスシミュレーション装置、成形プロセスシミュレーションプログラム及び成形品の変形解析方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016103055A (ja) * 2014-11-27 2016-06-02 エムエフアールシー カンパニー，リミテッド 塑性変形対象物のシミュレーション装置
CN105718608A (zh) * 2014-12-01 2016-06-29 Mfrc有限公司 塑性变形对象物的模拟装置及方法
WO2019066623A1 (ko) * 2017-09-29 2019-04-04 경상대학교 산학협력단 단류선 정량화 장치 및 방법

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