KR20140100412A

KR20140100412A - 충돌 사건의 수치상 시뮬레이션에서 저차 및 2차 유한 요소들을 수반하는 접촉면 정의 생성

Info

Publication number: KR20140100412A
Application number: KR1020140009199A
Authority: KR
Inventors: 오. 홀키스트 존
Original assignee: 리버모어 소프트웨어 테크놀로지 코퍼레이션
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2014-08-14
Also published as: KR102131305B1; JP6253429B2; CN103970925B; JP2014154156A; US20140222395A1; US9098657B2; CN103970925A

Abstract

충돌 사건을 수치상으로 시뮬레이션하기 위해 사용된 FEA 모델에서 저차 및 2차 유한 요소들(QFE)을 수반하는 접촉면 정의를 생성하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. FEA 모델은 유한 요소들의 하나 이상의 그룹에 의해 조직된다. 각 그룹은 생성물의 부분들 중 하나를 나타내고 부분 ID에 의해 식별된다. 더 나아가, 이러한 FEA 모델은 충돌 사건으로 인한 부분들 사이의 접촉들을 검출하기 위한 하나 이상의 접촉면 정의로 구성된다. QFE를 갖는 것으로 결정되는 각각의 결정된 그룹에 관해, 새로운 그룹이 생성된다. 이러한 새로운 그룹은 고유한 부분 ID와 연관된다. 새로운 그룹에 관한 접촉 세그먼트들은 이후 QFE와 연관된 하나 이상의 기하학적 형상을 재분할하기 위해 미리 정해진 규칙들의 세트에 따라 발생된다. 접촉면 정의들은 새로운 그룹으로 각각의 결정된 그룹을 대체함으로써 갱신된다.

Description

충돌 사건의 수치상 시뮬레이션에서 저차 및 2차 유한 요소들을 수반하는 접촉면 정의 생성{Contact surface definition creation involving low order and quadratic finite elements in a numerical simulation of an impact event}

본 발명은 일반적으로 CAE(computer aided engineering) 분석에 관한 것으로, 더 구체적으로는 충돌 사건(impact event)의 수치 시뮬레이션에서 사용된 생성물(product)을 나타내는 유한 요소 분석 모델에서 저차(lower order) 선형 및 2차 유한 요소들의 혼합물을 수반하는 접촉면 정의를 생성하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

CAE는 많은 작업들에서 엔지니어들을 지원하기 위해 사용되어 왔다. 예를 들면, 구조물이나 생성물 설계 절차에서 CAE 분석, 특히 유한 요소 분석(FEA: finite element analysis)은 다양한 적재(loading) 조건들(예를 들면, 정적이거나 동적인) 하의 반응들(예를 들면, 스트레스들, 환치 등)을 평가하기 위해 종종 이용되어 왔다.

FEA는 3차원 선형 구조적 설계 및 분석과 같은 복잡한 생성물들이나 시스템들(예를 들면, 자동차, 비행기 등)에 관련되는 공학 문제들을 시뮬레이션(즉, 모형을 만들고 해결)하기 위해 업계에서 널리 사용된 컴퓨터화된 방법이다. FEA는 그 이름을 고려중인 물체의 기하학적 구조가 특정되는 방식으로부터 이끌어낸다. 이러한 기하학적 구조는 요소들과 노드들에 의해 규정된다. 많은 유형의 요소들이 존재하는데, 부피나 연속체에 관한 고형 요소들, 표면들에 관한 껍질이나 플레이트 요소들, 및 1차원 구조의 물체들에 관한 빔(beam) 또는 트러스(truss) 요소들이 존재한다. 가장 도전적인 시뮬레이션들 중 하나는 FEA 모델의 2개 이상의 위치들 사이의 접촉들에 관한 것이다.

시뮬레이팅 접촉들은 예를 들면 자동차 충돌사고, 판금 형성 등과 같이, 2개 이상의 물체들의 충돌 사건들에서 일상적으로 사용된다. 그러한 사건을 수치적으로 시뮬레이션하기 위해서, 종래에는 면-대-면(surface-to-surface) 접촉이라고 부르는 기술을 사용했는데, 이는 대다수의 유한 요소 모델들이 외측면이 삼각형이나 4변형으로 나타내어지는, 2차원의 3노드 또는 4노드 저차 껍질 또는 고형 요소들을 포함하기 때문이다. 면-대-면 접촉 시뮬레이션을 수행하기 위해, 사용자는 유한 요소 분석 모델에서 어느 면들이 포함되어야 하는지를 특정할 필요가 있다. 일정한 상황에서는, 충돌 사건 동안에 각각의 접촉면이 접을 수 있고 스스로 접촉할 수 있다. 사용자 입력을 간단하게 하기 위해, 그러한 상황(자가 접촉)에 관한 현대식 접근법은, 예를 들면 자동차 충돌 시뮬레이션들에서 흔히 수행되는 하나의 단일 자가 접촉면 정의에서 모든 면들을 포함하는 것이다(전체 탈 것을 하나의 단일 자가 접촉면으로서 지정하는 것).

계산상 효율성을 위해, 유한 요소 분석 모델은 비(non)-2차 저차 유한 요소들을 포함한다(즉, 도 1에 도시된 3노드 삼각형(101), 4노드 4변형(102), 4노드 4면체(103), 8노드 6면체(104)와 같이 코너 노드들에 의해서만 정의된 유한 요소들). 더 빠른 컴퓨터 시스템들을 가지고, 일부 사용자는 유한 요소 모델에서 2차 유한 요소들(즉, 도 2(a)와 도 2(b)에서 도시된 코너 노드들보다는 많이 정의된 유한 요소들(202, 204, 205, 252, 256))을 포함하기를 바란다. 하지만, 접촉면들을 규정하는 종래 접근법들은 성능에 있어서 상당한 하강 없이 2차 유한 요소들을 수용할 수 없다. 접촉 처리가 거의 현실적 수치 시뮬레이션에서 요소들과 노드들을 처리하는 만큼이나 비용이 많이 들기 때문에, 접촉이 컴퓨터 실행 시간들을 가능한 줄이도록 최적화되는 것을 보장하기 위해 많은 해가 소비되었다. 더 낮은 차수의 세그먼트들을 위해 접촉 포인트들을 찾기 위한 닫힌 형태의 해결책들이 사용되고, 동일한 유형의 세그먼트들이 효율을 증가시키기 위해 함께 처리된다. 접촉 포인트들을 찾기 위한 정확하고 튼튼한 닫힌 형태의 해결책들은 접촉 포인트에 관한 반복하는 해결책을 가져오는 2차 유한 요소들에 관해서는 이용 가능하지 않다. 그러한 반복적 해결책들은, 면이 충돌 시뮬레이션들에서 보여진 호된 로딩(severe loading)들로 인해 매우 왜곡되어질 수 있는 한, 튼튼하지 않다. 저차 그리고 고차 접촉면 세그먼트들(즉, 선형 및 2차 유한 요소들) 모두를 동일한 접촉면 정의 내에 포함시키는 것은, 결국은 계산 효율을 파괴시키는 컴퓨터 소프트웨어에서의 특별한 분기(branching)를 요구하는 상이한 세그먼트 유형들 사이의 상호작용을 생성한다. 이러한 분기는 예를 들면 1) 접촉시 저차 2노드 및 4노드 세그먼트들, 2) 접촉시 2차 6노드 및 8노드 세그먼트들, 및 3) 접촉시 저차 및 2차 세그먼트들을 체크하는 것을 요구한다.

게다가, 계면 힘 데이터베이스는 접촉면 전체에 걸친 표면 압력 및 전단 응력 분포를 표시한다. 이러한 데이터베이스는 현재 데이터를 렌더링(rendering)하면서 2차 접촉면들을 처리하는 능력이 결핍된 다수의 소프트웨어 생성물들을 후처리하기 위해 사용자에 의해 정의된 시간 간격들로 기입된다. 그러므로, 접촉 응력 분포들의 시각화를 가능하게 하도록 현재의 데이터베이스를 그것의 현재 형태로 보존하는 것이 절대 필요하다.

그러므로, 충돌 사건의 수치 시뮬레이션들에서 사용된 유한 요소 모델에서 2차 및 저차의 선형 유한 요소들의 혼합물을 수반하는 접촉면 정의를 생성하기 위한 방법 및 시스템을 가지는 것이 바람직하게 되었다.

충돌 사건을 수치적으로 시뮬레이션하기 위해 사용된 유한 요소 분석(FEA) 모델에서 2차의 유한 요소들을 수반하는 접촉면 정의를 생성하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 충돌 사건의 시간 행진(time-marching) 시뮬레이션에서 사용될 생성물을 나타내는 유한 요소 분석 모델이, FEA 어플리케이션 모듈을 가지는 컴퓨터 시스템에서 수신된다. FEA 모델은 선형 및 2차 유한 요소들을 포함하는 유한 요소들의 하나 이상의 그룹에 의해 구성된다. 각 그룹은 생성물의 부분들 중 하나를 나타내도록 지정되고, 부분 식별자(ID)에 의해 식별된다. 또한, FEA 모델은 충돌 사건으로 인한 부분들 사이의 접촉들을 검출하기 위해 하나 이상의 접촉면 정의들로 구성된다.

2차 유한 요소(QFE)들을 포함하는 하나 이상의 그룹이 결정된다(즉, 검출되고 식별된다). 각각의 결정된 그룹에 관해, 새로운 그룹이 생성된다. 이러한 새로운 그룹은 각각의 결정된 그룹에 기초한 고유한 부분 ID와 연관된다. 그렇게 되면 새로운 그룹에 관한 접촉 세그먼트들이, 각각의 결정된 그룹에서 QFE와 연관된 하나 이상의 기하학적 모양들을 재분할하기 위한 미리 규정된 규칙들의 세트에 따라 생성된다. QFE의 요소 특성들이 새로운 그룹에 할당되고, 새로운 그룹으로 각각의 결정된 그룹을 대체함으로써 접촉면 정의들이 갱신된다. 마지막으로, 충돌 사건으로 인한 생성물의 시뮬레이션된 구조적 거동들을 얻기 위해, 갱신된 접촉면 정의들과 함께 시간 행진 시뮬레이션이 FEA 모델을 사용하여 행해진다.

본 발명은 종래 기술의 접근법에 비해 더 이상의 추가 사용자 입력을 요구하지 않는다. 전체 FEA 모델이 접촉면 정의에 포함되거나, FEA 모델의 서브세트(subset)가 접촉면 정의에서 부분 ID들(즉, 그룹들)을 열거함으로써 특정된다. 임의의 접촉면 정의에서 임의의 2차 유한 요소에 관한 접촉 세그먼트들이 자동으로 생성된다. 더 나아가, 본 발명은 또한 시뮬레이션 결과들이 분석이 완료된 후 렌더링되는 것을 허용하는 방식으로, 충돌 사건의 현실적 수치 시뮬레이션 내에서 2차 유한 요소들의 사용을 가능하게 한다. 게다가, 본 발명은 시간 행진 시뮬레이션 동안이 아닌, 시작될 때 변화를 만들어, 본 발명을 매우 효율적이 되게 한다.

본 발명의 다른 목적들, 특징들, 및 장점들은 첨부된 도면들과 함께 취해진, 본 발명의 실시예의 이어지는 상세한 설명을 고찰함으로써, 명백해진다.

본 발명의 이들 및 다른 특징들, 양태들, 및 장점들은 이어지는 설명, 첨부된 청구항들, 및 첨부 도면들을 참조하여 더 잘 이해된다.

도 1은 충돌 사건을 수치적으로 시뮬레이션하기 위해 사용된 다양한 전형적인 비-2차 저차 유한 요소들을 도시하는 도면.
도 2(a)와 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 충돌 사건의 시간 행진 시뮬레이션에서 사용된 다양한 전형적인 2차 유한 요소들을 도시하는 도면들.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 충돌 사건에서의 생성물의 구조적 거동들을 수치적으로 시뮬레이션하는 전형적인 과정을 예시하는 흐름도.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 그룹들로 조직되는 제 1의 전형적인 FEA 모델을 도시하는 개략도.
도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 그룹들로 조직되는 제 2의 전형적인 FEA 모델을 도시하는 개략도.
도 5(a)는 2개의 접촉면을 포함하는 전형적인 FEA 모델을 도시하는 개략도.
도 5(b)는 하나의 접촉면만을 포함하는 전형적인 FEA 모델을 도시하는 개략도.
도 6(a) 내지 도 6(d)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 각각의 2차 유한 요소와 연관된 기하학적 모양으로부터 접촉 세그먼트들을 생성하는 다양한 전형적인 분리(partition) 기법을 도시하는 도면들.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본래의 변형되지 않은 구성으로 된 저차 선형 유한 요소들(작은)과 2차 유한 요소들(큰) 모두를 포함하는 전형적인 FEA 모델을 도시하는 도면.
도 7(b)는 충돌 사건으로 인한 도 7(a)의 FEA 모델의 변형된 구조를 도시하는 도면.
도 8(a)는 3노드 접촉 세그먼트들이 2차 유한 요소들로부터 만들어지고, 변형되지 않은 구성으로 된 도 7(a)의 FEA 모델의 전형적인 접촉 세그먼트들을 도시하는 도면.
도 8(b)는 접촉 세그먼트들이 있는, 도 7(a)의 FEA 모델의 변형된 구성을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예가 구현될 수 있는 전형적인 컴퓨터 시스템의 현저한 구성 성분들을 도시하는 기능도.

먼저 도 1(a) 내지 도 1(d)를 참조하면, 전형적인 저차의 또는 선형 유한 요소들(101 내지 104)이 도시되어 있다. 유한 요소(101)는 3노드 접촉 세그먼트를 포함하는데 반해, 유한 요소(102)는 4노드 접촉 세그먼트를 포함한다. 유사하게, 유안 요소(103)는 4개의 3노드 접촉 세그먼트(즉, 4면체의 외부 면들)를 포함하고, 유한 요소(104)는 6개의 4노드 접촉 세그먼트(즉, 6면체의 외부 면들)를 포함한다. 3노드 접촉 세그먼트는 3각형 모양을 가지는데 반해, 4노드 접촉 세그먼트는 4변형 모양을 가진다.

다양한 전형적인 2차 2차원 유한 요소들이 도 2(a)에 도시되어 있다. 그러한 요소들 각각은 단지 코너 노드들(212, 214, 16)보다는 많은 것을 포함한다. 예를 들면, 6노드 삼각형 요소(202)는 3개의 코너 노드(212)(검은색 원으로 도시된)와 3개의 테두리 중간(mid-edge) 노드들(222)(속이 빈 원들로 도시된)을 포함하고, 8노드 4변형 요소(204)는 4개의 코너 노드(214)들과 4개의 테두리 중간 노드들(224)을 포함하며, 9노드 4변형 요소(206)는 코너(216)와 테두리 중간 노드들(226) 외에 중앙 노드(236)(속이 빈 다이아몬드로 도시된)를 포함한다.

도 2(b)는 전형적인 3차원(3-D) 2차 유한 요소들의 커플을 도시하는데, 하나는 4개의 코너 노드들(262)(검은색 원들)과 6개의 테두리 중간 노드들(272)을 가지는 10노드 4면체 요소(252)이고, 다른 하나는 8개의 코너 노드들(264)(검은색 원들)과 12개의 테두리 중간 노드들(274)을 가지는 20노드 6면체 요소(254)이다. 3차원 요소의 외부 경계의 면 또는 각 면에서도 소유되는, 면의 모양으로서 기하학적 모양(예를 들면, 삼각형, 4변형 등)을 각각의 2차원 요소가 소유한다는 점이 당업자에게 분명하다.

이제, 본 발명의 일 실시예에 따른, 충돌 사건에서의 생성물의 구조적 거동을 수치적으로 시뮬레이션하는 전형적인 과정(300)을 예시하는 흐름도를 도시하는 도 3을 참조한다. 과정(300)은 바람직하게는 소프트웨어로 구현된다.

과정(300)은 단계(302)에서 컴퓨터 시스템(예를 들면, 도 9에서의 컴퓨터 시스템(900))에서 생성물(예를 들면, 자동차, 트럭, 모터사이클, 비행기 등)을 나타내는 유한 요소 분석(FEA) 모델을 수신함으로써 시작한다. FEA 모델은 시간 행진 시뮬레이션에서 충돌 사건에서의 생성물의 구조적 거동을 얻기 위해 사용된다. 이러한 컴퓨터 시스템은 유한 요소 분석 어플리케이션 모듈을 내부에 설치하고 있다.

FEA 모델은 생성물의 부분들 중 하나를 나타내는 각각의 그룹을 지닌 유한 요소들의 그룹들로 조직된다. 각 그룹에는 부분 식별자(ID)가 할당된다. 도 4(a)와 도 4(b)는 그룹들로 조직되는 2개의 전형적인 FEA 모델(410, 420)을 보여준다. 예시를 간단하게 하기 위해, 전형적인 FEA 모델들이 2차원(2-D)으로 그려져 있다. 당업자라면 FEA 모델이 2차원 또는 3차원 유한 요소들이 있는 3차원(3-D)에 있을 수 있다는 것을 알게 된다. 첫 번째 FEA 모델(410)은 5개의 그룹(411a 내지 411e)으로 조직된다. 두 번째 FEA 모델(420)은 부분 ID들, 즉 "ID1", "ID2",..."IDn"로 표시된 n개의 그룹을 포함한다. 실질적으로 유사한 유한 요소들을 그룹화하는 것은 요소 특성들의 정의를 단순화하는 이익들을 제공한다. 개별 유한 요소에 관한 특성들을 특정하는 대신, 유한 요소들의 하나의 그룹에 특성들이 할당될 수 있다. 또한 부분 ID는 예를 들면 펜더(fender), 후드(hood), 트렁크 등과 같은 생성물에서의 물리적인 한 부분에 유한 요소들의 한 그룹을 결부시킬 수 있다.

게다가, FEA 모델은 충돌 사건으로 인한 부분들 사이의 접촉들을 검출하기 위한 시간 행진 시뮬레이션에서 사용된 하나 이상의 접촉면 정의들로 구성된다. 각각의 접촉면 정의는 적어도 하나의 그룹의 목록을 포함한다. 접촉면 정의들의 예들이 도 5(a)와 도 5(b)에 도시되어 있다.

도 5(a)는 2개의 접촉면들(501 내지 502)을 포함하는 전형적인 FEA 모델을 보여준다(점선으로 된 타원들은 그 내부에 포함된 그룹들을 표시하기 위해 도시되어 있다). 제 1 접촉면(501)에 관한 접촉면 정의는 부분 ID들, 즉 "ID2", "ID3", "ID4" 및 "ID6"을 지닌 4개의 그룹을 포함한다. 제 2 접촉면(502)에 관한 접촉면 정의는 부분 ID들, 즉 "ID1"과 "ID5"를 지닌 2개의 그룹을 포함한다. 도 5(b)에 도시된 제 2 예에서는 부분 ID들, 즉 "ID1", "ID2",... "IDn"을 지닌 n개의 그룹을 포함하는 하나의 접촉면(520)만이 존재한다. 부분들 사이의 접촉들은 2개의 접촉면(501, 502) 사이에서 일어날 수 있다. 또는 접촉면 자체 내의 요소들 사이에서 접촉들이 일어날 수 있다. 단일 접촉면(520)의 경우, 접촉면은 일반적으로 단일 자가 접촉(self-contact)면이라고 부른다. 일 구현예에서는, 접촉면 정의에서 어떠한 그룹도 정의되지 않을 때에는 자동적으로 FEA 모델에서의 모든 그룹들이 단일 접촉면 정의에 포함된다.

다시 도 3을 참조하면, 2차 유한 요소들(예를 들면, 도 2(a)와 도 2(b)에 도시된 다양한 전형적인 2차 유한 요소들)을 포함하는 임의의 그룹이 단계(304)에서 결정되거나 식별된다. 각각의 결정된 그룹에 관해, 새로운 그룹이 단계(306)에서 생성된다. 그런 다음, 단계(308)에서는 각 결정된 그룹으로부터 도출된 고유한 부분 ID가 새로운 그룹과 연관된다. 고유한 부분 ID는 기존의 그룹들로부터 새로운 그룹을 구별하기 위해 사용된다. 고유한 부분 ID를 생성하는 일 예는 결정된 그룹의 부분 ID에 접두사나 접미사를 추가하는 것이다. 다음에, 단계(310)에서는 각각의 결정된 그룹에서 2차 유한 요소들과 연관된 하나 이상의 기하학적 형상들을 재분할하기 위한 미리 규정된 규칙들의 세트에 따른 새로운 그룹용으로 접촉 세그먼트들(즉, 3노드 또는 4노드 접촉 세그먼트들)이 발생된다.

미리 정해진 규칙들의 세트는 적어도 다음과 같은 전형적인 분리 기법들을 포함한다. 도 6(a)와 도 6(b)에는 전형적인 제 1 분리 기법이 도시되어 있다. 4개의 접촉 세그먼트(642)를 생성하기 위해, 6노드 삼각형 요소(602)에서 테두리 중간 노드(622)들이 연결되어 있다. 8노드 4변형 요소(604)는 테두리 중간 노드(624)들을 연결시킴으로써, 5개의 접촉 세그먼트(644)들로 재분할된다.

도 6(c)는 제 2 분리 기법을 도시한다. 9노드 4변형 요소(606)는 연결된 테두리 중간 노드들에 의해 8개의 접촉 세그먼트(646)들로 재분할되고, 각각의 테두리 중간 노드(626)는 중앙 노드(636)에 연결되어 있다. 제 3 분리 기법은 중앙 노드(636)와 테두리 중간 노드(626)들 각각을 연결시킴으로써, 동일한 9노드 4변형 요소(606)가 4개의 접촉 세그먼트(666)들로 재분할되는 도 6(d)에 도시되어 있다. 각 면이 실질적으로 2차원 요소와 유사하기 때문에, 당업자라면 도 6(a) 내지 도 6(d)에 도시된 전형적인 분리 기법들이 또한 3차원 2차 유한 요소의 각 면에 적용될 수 있다는 것을 알게 된다.

단계(312)에서 2차 유한 요소들의 요소 특성들이 새로운 그룹에 할당된다. 요소 특성들에는 영 계수(Young's modulus), 포아송비(poisson's ratio), 두께 등이 포함되지만 이들에 국한되는 것은 아니다. 단계(314)에서는, 새로운 그룹으로 2차 유한 요소들을 포함하는 임의의 그룹을 대체함으로써, 접촉면 정의들이 갱신된다.

마지막으로, 단계(316)에서는 충돌 사건(예를 들면, 자동차 충돌 시뮬레이션)에서 생성물의 수치적으로 시뮬레이션된 구조적 거동들이, 접촉면 정의들과 함께 유한 요소 분석 모델을 사용하여 얻어진다. 이후 과정(300)이 끝난다.

다음 예가 과정(300)의 단계들(304 내지 314)을 설명한다. 접촉 처리에 포함되는 부분들(즉, 그룹들)이 각각의 접촉면 정의를 가지고 저장된다. 어떠한 부분도 접촉면 정의에서 정의되지 않으면, 자동적으로 FEA 모델에서의 모든 부분들이 단일 접촉면 정의 내에 저장된다.

부분들 목록을 통한 루프(loop). 루프가 식별자들(ID들), 즉 ID1, ID2, ID,...내지 IDn을 지닌 n개의 부분들을 초과하도록 n개의 부분이 존재한다고 가정한다. 처리된 각각의 부분 식별자(IDk)(여기서, k는 1부터 n까지)에 관해, 그것의 접촉시 처리되는지 여부를 체크한다. 만약 처리되었다면, 그리고 그 부분이 2차 유한 요소들로 이루어진다면, 고유한 부분 ID, IDkNEW를 지닌 새로운 부분을 생성하고, 이러한 새로운 부분은 미리 정의된 규칙들의 세트에 기초한 3노드 세그먼트와 4노드 세그먼트로 외부 2차 표면을 덮는다. 이러한 부분 ID에 탄력성, 즉 새로운 부분에 의해 덮여지는 2차 세그먼트들의 구조 모델에 기초한 영 계수와 포아송비를 할당한다. 2차 표면 두께에 기초한 두께를 새로운 부분 ID에 할당한다. 마지막으로, 접촉을 위한 부분 목록 내에서 접촉 처리로부터 부분 IDk의 2차 세그먼트들을 효과적으로 제거하기 위해 IDk를 IDkNEW로 대체한다.

본 발명은 설명하기 위해, 충돌 순간의 시간 행진 시뮬레이션에서 뭉그러지는 속이 빈 정사각형 기둥(column)을 나타내는 전형적인 FEA 모델이 도 7(a)와 도 7(b) 그리고 도 8(a)와 도 8(b)에 도시되어 있다.

도 7(a)에서는, 전형적인 FEA 모델이 그것의 본래 변형되지 않은 구성(700)으로 도시되어 있다. 첫 번째 FEA 모델은 저차 선형(작은) 그리고 2차(큰) 유한 요소들 모두를 포함한다. 더 낮은 밀도의 메시(mesh)(710)는 2차 유한 요소들을 나타내는데 반해, 더 높은 밀도의 메시(720)는 저차 선형 유한 요소들을 나타낸다.

충돌 순간 후의 변형된 구성(750)이 도 7(b)에 도시되어 있다. 충돌 사건에서 기둥이 뭉개져 있고, 유한 요소들 사이의 접촉이 시간 행진 시뮬레이션에서 검출되는 것을 볼 수 있다.

도 8(a)와 도 8(b)는 각각 도 7(a)와 도 7(b)의 동일한 구성들에 관한 유한 요소들 대신 접촉 세그먼트들을 보여주는 그림들이다. 2차 유한 요소들은 3노드 접촉 세그먼트들(810)로 대체된다. 낮은 차수의 선형 유한 요소들은 도 6(c)에 도시된 분리 기법에 따라, 4노드 접촉 세그먼트들(820)로 묘사되어 있다.

일 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에서 설명된 기능을 수행할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 시스템들에 관한 것이다. 컴퓨터 시스템(900)의 일 예가 도 9에 도시되어 있다. 이 컴퓨터 시스템(900)은 프로세서(904)와 같은 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 프로세서(904)는 컴퓨터 시스템 내부 통신 버스(902)에 연결된다. 다양한 소프트웨어 구현예들이 이러한 전형적인 컴퓨터 시스템에 관하여 설명된다. 이러한 설명을 읽은 후, 당업자에게는 다른 컴퓨터 시스템들 및/또는 컴퓨터 아키텍처들을 사용하여 어떻게 본 발명을 구현하는지가 명백해질 것이다.

컴퓨터 시스템(900)은 또한 주 메모리(908), 바람직하게는 랜덤 액세스 메모리(RAM)을 포함하고, 또한 보조 메모리(910)를 포함한다. 이 보조 메모리(910)는, 예를 들면 하나 이상의 하드 디스크 드라이브(912) 및/또는 플로피 디스크 드라이브, 자기 테이프 드라이브, 광학 디스크 드라이브 등을 나타내는 하나 이상의 제거 가능한 저장 드라이브(914)를 포함할 수 있다. 제거 가능한 저장 드라이브(914)는 공지된 방식으로 제거 가능한 저장 유닛(918)으로부터 판독하고/판독 가능하거나 제거 가능한 저장 유닛(918)에 기입한다. 제거 가능한 저장 유닛(918)은 제거 가능한 저장 드라이브(914)에 의해 판독되고 기입되는 플로피 디스크, 자기 테이프, 광학 디스크 등을 나타낸다. 알게 되는 것처럼, 제거 가능한 저장 유닛(918)은 내부에 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 데이터를 저장한 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함한다.

대안적인 실시예들에서는, 보조 메모리(910)가 컴퓨터 시스템(900)에 컴퓨터 프로그램들이나 다른 명령어들이 로딩되는 것을 허용하기 위한 다른 유사한 수단을 포함할 수 있다. 그러한 수단은, 예를 들면 제거 가능한 저장 유닛(922)과 인터페이스(920)를 포함할 수 있다. 그러한 것들의 예들에는 프로그램 카트리지와 카트리지 인터페이스(비디오 게임 장치들에서 발견된 것과 같은), 제거 가능한 메모리 칩(EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory)와 같은), USB(Universal Serial Bus) 플래시 메모리, 또는 PROM)와 연관된 소켓, 및 다른 제거 가능한 저장 유닛들(922), 및 소프트웨어 및 데이터가 제거 가능한 저장 유닛(922)으로부터 컴퓨터 시스템(900)에 전송되는 것을 허용하는 인터페이스들(920)이 포함될 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터 시스템(900)은 운영 시스템(OS) 소프트웨어에 의해 제어되고 조정되는데, 이러한 운영 시스템(OS) 소프트웨어는 프로세스 스케줄링, 메모리 관리, 네트워킹 및 I/O 서비스들과 같은 작업들을 수행한다.

또한 버스(902)에 연결하는 통신 인터페이스(924)가 존재할 수 있다. 통신 인터페이스(924)는 소프트웨어 및 데이터가 컴퓨터 시스템(900)과 외부 장치들 사이에 전송되는 것을 허용한다. 통신 인터페이스(924)의 예들에는 모뎀, 네트워크 인터페이스(이더넷 카드와 같은), 통신 포트, PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 슬롯, 및 카드 등이 포함될 수 있다.

컴퓨터(900)는 규칙들의 특별한 세트(즉, 프로토콜)에 기초한 데이터 네트워크에 걸쳐 다른 컴퓨팅 장치들과 통신한다. 흔한 프로토콜들 중 하나는 인터넷에서 일반적으로 사용된 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)이다. 일반적으로, 통신 인터페이스(924)는 데이터 네트워크를 통해 송신되는 더 작은 패킷들로 데이터 파일을 모으는 것을 관리하거나 수신된 패킷들을 본래의 데이터 파일로 다시 모은다. 또한, 통신 인터페이스(924)는 그것이 올바른 목적지에 도달하거나 컴퓨터(900)로 가게 되어 있는 패킷들을 가로채도록 각 패킷의 어드레스 부분을 다룬다.

본 특허 명세서에서, "컴퓨터 판독 가능한 저장 매체", "컴퓨터 기록 가능한 매체", 및 "컴퓨터 판독 가능한 매체"란 용어들이 일반적으로 제거 가능한 저장 드라이브(914) 및/또는 하드 디스크 드라이브(912)에 설치된 하드 디스크와 같은 매체를 가리키기 위해 사용된다. 이들 컴퓨터 프로그램 제품들은 컴퓨터 시스템(900)에 소프트웨어를 제공하기 위한 수단이다. 본 발명은 그러한 컴퓨터 프로그램 제품들에 관한 것이다.

컴퓨터 시스템(900)은 또한 컴퓨터 시스템(900)이 모니터, 키보드, 마우스, 프린터, 스캐너, 플로터(plotter) 등에 액세스하게 하는 입력/출력(I/O) 인터페이스(930)를 갖는다.

컴퓨터 프로그램들(컴퓨터 컨트롤 로직이라고도 하는)은 주 메모리(908) 및/또는 보조 메모리(910)에서 어플리케이션 모듈(906)들로서 저장된다. 컴퓨터 프로그램들은 또한 통신 인터페이스(924)를 통해 수신될 수 있다. 그러한 컴퓨터 프로그램들은 실행될 때, 컴퓨터 시스템(900)이 본 명세서에서 논의된 바와 같은 본 발명의 특징들을 수행할 수 있게 한다. 특히, 컴퓨터 프로그램들은 실행될 때, 프로세서(904)가 본 발명의 특징들을 수행할 수 있게 한다. 따라서, 그러한 컴퓨터 프로그램들은 컴퓨터 시스템(900)의 컨트롤러들을 나타낸다.

본 발명이 소프트웨어를 사용하여 구현되는 일 구현예에서, 소프트웨어는 컴퓨터 프로그램 제품에 저장되고, 제거 가능한 저장 드라이브(914), 하드 드라이브(912) 또는 통신 인터페이스(924)를 이용하여 컴퓨터 시스템(900)에 로딩될 수 있다. 어플리케이션 모듈(906)은 프로세서(904)에 의해 실행될 때, 프로세서(904)가 본 명세서에서 설명된 바와 같이 본 발명의 기능들을 수행하게 한다.

주 메모리(908)에는 바라는 작업들을 달성하기 위해 I/O 인터페이스(930)를 통한 사용자 입력이 있거나 없이, 하나 이상의 프로세서(904)에 의해 실행될 수 있는 하나 이상의 어플리케이션 모듈(906)이 로딩될 수 있다. 동작시, 적어도 하나의 프로세서(904)가 어플리케이션 모듈(906)들 중 하나를 실행할 때, 그 결과들이 계산되고 보조 메모리(910)(즉, 하드 디스크 드라이브(912))에 저장된다. 시간 행진 공학 시뮬레이션의 상태(예를 들면, 충돌 등으로 인한 결과들)가 텍스트 또는 그래픽 표현으로 I/O 인터페이스(930)를 거쳐 사용자에게 보고된다.

비록, 본 발명이 그것의 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시예는 단지 예시적인 것이고 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 구체적으로 개시된 전형적인 실시예들에 대한 다양한 수정 및 변형예가 당업자에게 제시될 수 있다. 예를 들면, 버켓 소팅(bucket sorting) 알고리즘을 사용하여 글로벌 탐색 기법들이 설명되고 도시되었는데 반해, 다른 등가 기술들이 동일하게 달성하기 위해 사용될 수 있다. 추가로, 전형적인 분리 기법들이 도 6(a) 내지 도 6(d)에 도시되어 있는데 반해, 다른 등가 기법들이, 예를 들면 코너 노드들과 중앙 노드를 연결시킴으로서 표면을 재분할하는 식으로 동일하게 달성하기 위해 사용될 수 있다. 마지막으로, 속이 빈 정사각형 기둥의 전형적인 FEA 모델이 도 6(c)에 도시된 분리 기법을 이용하여 도시되어 있다. 도 6(d)에 도시된 분리 기법과 같은 다른 분리 기법들이 동일하게 달성하기 위해 사용될 수 있다. 요약하면, 본 발명의 범주는 본 명세서에 개시된 특정의 전형적인 실시예들에 국한되지 않고, 당업자에게 기꺼이 제시되는 모든 수정예들은 본 출원의 취지 및 범위와 첨부된 청구항들의 범주 내에 포함되어야 한다.

Claims

충돌 사건에서 생성물의 구조적 거동들을 수치상으로 시뮬레이션하는 방법으로서,
유한 요소 분석(FEA) 어플리케이션 모듈이 설치된 컴퓨터 시스템에서, 충돌 사건의 시간 행진 시뮬레이션에서 사용될 생성물을 나타내는 FEA 모델을 수신하는 단계로서, 상기 FEA 모델은 각 그룹이 상기 생성물의 부분들 중 하나를 나타내는 부분 식별자(ID)에 의해 식별되는 유한 요소들의 하나 이상의 그룹에서 조직되며, 상기 FEA 모델은 각각이 상기 그룹들 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 접촉면 정의들로 구성되는, FEA 모델을 수신하는 단계;
상기 그룹들 중 어느 것 또는 어느 것들이 2차 유한 요소들을 포함하는지를 결정하는 단계;
각 결정된 그룹에 관한 새로운 그룹을 생성하는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹의 부분 ID에 기초한 고유한 부분 ID와 새롭게 생성된 그룹을 연관시키는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹에서 상기 2차 유한 요소들과 연관된 하나 이상의 기하학적 형상들을 재분할하기 위한 미리 정해진 규칙들의 세트에 따라 새롭게 생성된 그룹에 관한 접촉 세그먼트들을 생성하는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹에서 상기 2차 유한 요소들의 특성들에 기초하여 상기 새롭게 생성된 그룹에 요소 특성들을 할당하는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹을 상기 새롭게 생성된 그룹으로 대체함으로써, 상기 접촉면 정의들을 갱신하는 단계; 및
상기 충돌 사건으로 인한 상기 부분들 사이의 접촉들을 검출하기 위해 갱신된 접촉면 정의들과 함께 상기 FEA 모델을 사용하는 상기 컴퓨터 시스템에서 상기 시간 행진 시뮬레이션을 행함으로써, 상기 생성물의 시뮬레이션된 구조적 거동들을 얻는 단계를 포함하는, 시뮬레이션 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 접촉 세그먼트들 각각은 삼각형 또는 4변형 표면을 포함하는, 시뮬레이션 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 2차 유한 요소들 각각은 코너 노드들에 대한 추가 노드들을 포함하는, 시뮬레이션 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 추가 노드들은 상기 코너 노드들 중 2개 사이의 테두리 중간에 위치한 테두리 중간 노드들을 포함하는, 시뮬레이션 방법.
제 4 항에 있어서,
미리 정해진 규칙들의 상기 세트는 2개의 이웃하는 테두리 중간 노드들을 연결함으로써, 상기 각각의 2차 유한 요소들의 상기 표면을 재분할하는 것을 포함하는, 시뮬레이션 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 추가 노드들은 상기 각각의 2차 요소들의 중앙에 위치한 중앙 노드를 더 포함하는, 시뮬레이션 방법.
제 6 항에 있어서,
미리 정해진 규칙들의 상기 세트는, 상기 각각의 테두리 중간 노드를 상기 중앙 노드와 연결함으로써, 상기 각각의 2차 유한 요소들의 상기 표면을 재분할하는 것을 포함하는, 시뮬레이션 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고유한 부분 ID는 상기 각각의 결정된 그룹의 부분 ID에 접두사 또는 접미사를 추가함으로써 생성되는, 시뮬레이션 방법.
충돌 사건에서 생성물의 구조적 거동들을 수치상으로 시뮬레이션하는 시스템으로서,
유한 요소 분석 어플리케이션 모듈에 관한 판독 가능한 코드를 저장하기 위한 주 메모리와;
상기 주 메모리에 결합된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는
충돌 사건의 시간 행진 시뮬레이션에서 사용될 생성물을 나타내는 FEA 모델을 수신하는 단계로서, 상기 FEA 모델은 각 그룹이 상기 생성물의 부분들 중 하나를 나타내는 부분 식별자(ID)에 의해 식별되는 유한 요소들의 하나 이상의 그룹에서 조직되며, 상기 FEA 모델은 각각이 상기 그룹들 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 접촉면 정의들로 구성되는, FEA 모델을 수신하는 단계;
상기 그룹들 중 어느 것 또는 어느 것들이 2차 유한 요소들을 포함하는지를 결정하는 단계;
각 결정된 그룹에 관한 새로운 그룹을 생성하는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹의 부분 ID에 기초한 고유한 부분 ID와 새롭게 생성된 그룹을 연관시키는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹에서 상기 2차 유한 요소들과 연관된 하나 이상의 기하학적 형상들을 재분할하기 위한 미리 정해진 규칙들의 세트에 따라 새롭게 생성된 그룹에 관한 접촉 세그먼트들을 생성하는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹에서 상기 2차 유한 요소들의 특성들에 기초하여 상기 새롭게 생성된 그룹에 요소 특성들을 할당하는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹을 상기 새롭게 생성된 그룹으로 대체함으로써, 상기 접촉면 정의들을 갱신하는 단계; 및
상기 충돌 사건으로 인한 상기 부분들 사이의 접촉들을 검출하기 위해 갱신된 접촉면 정의들과 함께 상기 FEA 모델을 사용하는 상기 컴퓨터 시스템에서 상기 시간 행진 시뮬레이션을 행함으로써, 상기 생성물의 시뮬레이션된 구조적 거동들을 얻는 단계를 포함하는 방법에 의한 동작들을 상기 유한 요소 분석 어플리케이션 모듈이 수행하게 하도록 상기 주 메모리에서 상기 컴퓨터 판독 가능한 코드를 실행하는, 시뮬레이션 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 2차 유한 요소들 각각은 코너 노드들에 대한 추가 노드들을 포함하는, 시뮬레이션 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 추가 노드들은 상기 코너 노드들 중 2개 사이의 테두리 중간에 위치한 테두리 중간 노드들을 포함하고, 미리 정해진 규칙들의 상기 세트는 2개의 이웃하는 테두리 중간 노드를 연결함으로써, 상기 각각의 2차 유한 요소의 상기 표면을 재분할하는 것을 포함하는, 시뮬레이션 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 추가 노드들은 상기 각각의 2차 유한 요소들의 중앙에 위치한 중앙 노드를 더 포함하고, 미리 정해진 규칙들의 상기 세트는 상기 각각의 테두리 중간 노드들과 상기 중앙 노드를 연결함으로써, 상기 각각의 2차 유한 요소들의 상기 표면을 재분할하는 것을 포함하는, 시뮬레이션 시스템.
충돌 사건에서의 생성물의 구조적 거동들을 수치상으로 시뮬레이션하기 위한 명령어들을 갖는, 일시적이지 않은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서,
유한 요소 분석(FEA) 어플리케이션 모듈이 설치된 컴퓨터 시스템에서, 충돌 사건의 시간 행진 시뮬레이션에서 사용될 생성물을 나타내는 FEA 모델을 수신하는 단계로서, 상기 FEA 모델은 각 그룹이 상기 생성물의 부분들 중 하나를 나타내는 부분 식별자(ID)에 의해 식별되는 유한 요소들의 하나 이상의 그룹에서 조직되며, 상기 FEA 모델은 각각이 상기 그룹들 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 접촉면 정의들로 구성되는, FEA 모델을 수신하는 단계;
상기 그룹들 중 어느 것 또는 어느 것들이 2차 유한 요소들을 포함하는지를 결정하는 단계;
각 결정된 그룹에 관한 새로운 그룹을 생성하는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹의 부분 ID에 기초한 고유한 부분 ID와 새롭게 생성된 그룹을 연관시키는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹에서 상기 2차 유한 요소들과 연관된 하나 이상의 기하학적 형상들을 재분할하기 위한 미리 정해진 규칙들의 세트에 따라 새롭게 생성된 그룹에 관한 접촉 세그먼트들을 생성하는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹에서 상기 2차 유한 요소들의 특성들에 기초하여 상기 새롭게 생성된 그룹에 요소 특성들을 할당하는 단계;
상기 각각의 결정된 그룹을 상기 새롭게 생성된 그룹으로 대체함으로써, 상기 접촉면 정의들을 갱신하는 단계; 및
상기 충돌 사건으로 인한 상기 부분들 사이의 접촉들을 검출하기 위해 갱신된 접촉면 정의들과 함께 상기 FEA 모델을 사용하는 상기 컴퓨터 시스템에서 상기 시간 행진 시뮬레이션을 행함으로써, 상기 생성물의 시뮬레이션된 구조적 거동들을 얻는 단계에 의해 충돌 사건에서의 생성물의 구조적 거동을 수치상으로 시뮬레이션하는, 일시적이지 않은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
제 13 항에 있어서,
상기 2차 유한 요소들 각각은 코너 노드들에 대한 추가 노드들을 포함하는, 일시적이지 않은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
제 14 항에 있어서,
상기 추가 노드들은 상기 코너 노드들 중 2개 사이의 테두리 중간에 위치한 테두리 중간 노드들을 포함하고, 미리 정해진 규칙들의 상기 세트는 2개의 이웃하는 테두리 중간 노드들을 연결함으로써, 상기 각각의 2차 유한 요소들의 상기 표면을 재분할하는 것을 포함하는, 일시적이지 않은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
제 14 항에 있어서,
상기 추가 노드들은 상기 각각의 2차 요소들의 중앙에 위치한 중앙 노드를 더 포함하고, 미리 정해진 규칙들의 상기 세트는, 상기 각각의 테두리 중간 노드를 상기 중앙 노드와 연결함으로써, 상기 각각의 2차 유한 요소들의 상기 표면을 재분할하는 것을 포함하는, 일시적이지 않은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.