Mesh 생성 방법에 따른 유한요소해석 연구

최근 몇 년 동안, 동력 전달 시스템 설계를 최적화하고, 신뢰성을 향상 시키며, 개발 기간을 단축시키기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션 연구가 수행되고 있다(Han, et al., 2004). 컴퓨터 시뮬레이션 방법 중 하나인 유한요소법(FEM) 또는 유한요소해석(FEA)은 복잡한 형상의 물체를 단순한 블록으로 재구성하거나, 작고 이해하기 쉬운 유한개의 조각으로 나누는 방법을 기본으로 두고 있다. 유한요소법은 대수 방정식을 만들기 위해 차분 방정식을 사용하는 것이 아니라 적분 과정을 사용한다. 근사 연속 함수는 각 ‘요소(Element)’의 해를 나타내는 것으로 가정한다. 본 연구에서는 ANSYS Workbench를 이용하여 Element size의 크기 변화에 따라 Mesh Metric 및 Element Quality의 변화와 해석된 응력 분석을 수행하였다. 3D 모델은 개발 중인 무 수확기로 하였으며 방법은 접촉조건, 경계조건 등 Mesh조건을 제외하고 동일하게 진행하였으며, Mesh Element size를 2, 3, 4, 5, 7 mm 총 5가지 수준으로 설정하였다. 각각의 Element size에 따라 Mesh Metric의 Element Quality의 변화와 각 Element size에서 나타난 응력의 변화량을 분석하였다. 분석결과 Element Quality는 Element size가 2, 3, 4 mm 에서 0.75 이상으로 나타났고, 5, 7 mm 에서는 0.63 이하로 나타났다. 이는 요소의 크기가 작아질수록 요소의 한 변의 길이 대비 부피비가 높아지기 때문이라고 판단된다. 분석된 응력 결과는 7 mm에서 2 mm로 순으로 11.22, 13.28, 14.93, 16.28, 21.746 N/㎟로 나타났으며, 변화율은 18.37, 12.40, 9.07, 33.57%로 나타났다. 4 mm부터 Element Quality의 값이 0.75 이상으로 나타나 응력 변화율이 수렴될 것으로 예상했으나 2 mm에서 발산으로 나타났다. 이에 대한 정확한 원인을 아직 찾지 못하였으나, 향후 원인 규명과 ANSYS의 수렴기능을 활용하여 최적의 Element size와 Mesh 생성을 연구할 계획이다.