Transcript ABLEMAX_소음진동

Ablemax Engineering Software
(소음/진동)
[2013.04.19]
목차
▶ ADINA
- ADINA APPLICATION
▶ SAMCEF
- SAMCEF APPLICATION
▶ OOFELIE
- OOFELIE APPLICATION
ADINA
ADINA
[ ADINA ]
Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis
• ADINA System 은 구조 해석 , 유체 해석 , 열 해석 , 유체 - 구조 연성
(FSI - Fluid Structure Interaction) 해석과 같은 유한 요소 해석을 위한 단일 시스템의 프로그램을 제공.
• ADINA R&D 는 1986년 M.I.T 교수인 Dr. K. J. Bathe (“Finite Element Procedures”의 저자)
에 의해
설립되어 연성 해석을 위한 ADINA 기능을 집중 개발해 최초 상용화되었다.
• 구조, 유체, 열을 위한 모듈을 이용한 특정분야의 유한요소해석 열-유체-구조 연성해석 : FEM (Finite
Element Method) 과 FVM (Finite Volume Method) 을 동시에 사용한다.
• 일반적인 Iterative 방식의 Two-Way coupling 뿐 아니라 Direct Two-Way Coupling 방식도 사용하며,
선형 정적, 동적 구조해석 , 비선형 구조해석 , 열 해석 , 유체 유동 해석뿐만 아니라 유체 - 구조 연성
해석 ,열 - 구조 연성 해석도 하나의 프로그램(ADINA-System) 을 통해 수행할 수 있다.
• Geometry based 방식으로 경계조건의 입력방법을 지원하고 있으며, Finite Element based 방식도
함께 지원한다.
ADINA System Overview
ADINA FSI
ADINA-FSI 해석이란?
• ADINA의 구조해석을 위한 모듈과 유체해석을 위한 모듈을 이용해 유체-구조 연성 해석을 수행하는 것을 의미
• 구조모듈과 유체모듈에서 각각의 해석에 대한 모델링 및 물성정의, 하중조건 정의, mesh 생성
→ FSI 경계조건 부여
⇒ 각 모듈의 Solver를 이용하여 ADINA 내에서 자동으로 연성 해석 수행
단일 해석의 문제점
유체영역 :
유체력에 의해 진동하는 구조물을 고려할 수 없어 고정된 해석 영역장의 유체 유동만을 해석.
유체의 유동으로부터 발생하는 구조물의 진동은 유체의 새로운 형태의 vortex를 생성할 수 있으나
이에 대한 영향을 고려할 수 없음.
구조영역 :
유체력에 의한 구조물의 변형을 고려할 수 없음. 특히 유체의 속도와 점도가 큰 경우 유체압에
의해 파이프 시스템과 같은 구조물에서 변형이 일어나거나 파괴가 일어날 수 있음.
ADINA FSI
(해석 원리)
ADINA-FSI 해석 원리
•
유체와 구조해석은 각 해당 solver에 의해 해석이 이루어지며, 일반적으로 유체해석에 사용되는 FVM(Finite Volume
Method)와 구조해석에 사용되는 FEM(Finite Element Method) 방식이 한 프로그램 내에서 사용이 가능하여 연성해
석을 수행
•
각 유체와 구조 모델의 경계면 node로부터 계산되는 압력과 변위에 대한 정보를 상호 주고 받으면서 연성해석 수행
Fluid-Structure Interaction
ADINA-CFD
FLUIDS
Solving the flow field
and extracting the
pressure forces upon
the structure
ADINA-Structure
Automatic exchange
Between the solvers
Boundary conditions
at fluid-structure interface
Structure
Calculating the structure
deformation due to
external and internal
forces
Mesh discrepancy at the Fluid
Structure Interface
ADINA FSI
(진동 해석 과정)
ADINA-FSI 해석을 통한 진동 해석 과정
Fluid-Structure Interaction Analysis
Fluid Pressure Fluctuation
Fourier analysis
• 유체-구조 연성해석 결과에서 구조의 motion에 의한 vortex cavitation을 관찰할 수 있다. Vortex의 생성과 소멸로
인해 발생하는 압력 맥동을 측정하여 ADINA post-processing의 FFT 계산을 통해 Power spectrum을 얻는다.
자동차 Whistle noise (Door Lib)
• 자동차의 주행속도에 따른 진동을 분석하기 위해 여러 속도 분포에 따른 주파수를 분석하였다.
Whistle Noise (Door Lip)
Modal Analysis (Solid model)
With Contact
Mode1. period≈0.019s
Mode2. period≈0.007843s
저주파
고주파
Fourier Analysis
고속 주행 (Lip이 떨리면서 소음
(Whistle Noise)이 발생
자동차 Whistle noise (Door Lib)
Lip의 고유진동수 분석
•
다양한 주행속도에서 발생하는 Lip의 진동주파수가 고유진동수 영역대를 피하기 위해 재질과 강성을 고려한
고유진동수 분석 수행
Mode Shape ( mode 1 ~ mode 10); Contact 고려
자동차 Whistle noise (Door Lib)
소음 분석 방법
•
정적 구조 해석을 포함한 소음 분석:
［1］
•
ADINA-FSI 해석을 이용한 소음 분석:
1. 유체영역을 포함한 구조 해석(ADINA-FSI)
- 도어 닫힘 상태에서의 외자 스트립 변형을 분석하기 위한 하중조건 설정, Time Function_1
- 외자 스트립의 대변형에 의한 유체격자를 보간하기 위한 Adaptive Meshing 기능 사용
- 접촉조건 설정 시 접촉면에서 유체격자의 overclosure를 방지하기 위해 contact offset 설정
2. 유체 유속에 의한 외자스트립의 거동 분석
- 유체유속 및 압력상태를 설정하기 위한 하중조건 정의, Time Function_2
3. 소음 분석을 위한 출구 부분의 음압 분석
자동차 Whistle noise (Door Lib)
Lip의 진동 시뮬레이션 분석
Fourier Analysis
• 자동차 외자 스트립에서 발생할 수 있는 소음 특성을 파
악하기 위하여 주파수 분석(Frequency Analysis)
• 푸리에 변환을 이용하여 해석 시간대의 음압을 주파수로
변환하여 가청주파수 여부 판단
기존 방식:
1. Static 구조 해석
2. 문이 닫힌 상태에서의 외자 스트립 형상 도출
3. 유체-구조 연성 해석을 이용한 소음 분석.
ADINA:
1. FSI 해석을 통해 문이 닫힌 상태에서의 외자 스트립 형상 도출
- 외자스트립의 잔류응력 고려
- 유체의 Adaptive Mesh 기능 이용
2. 변형된 외자 스트립의 형상을 이용하여 소음 진동 해석
- 유체유동에 의한 구조물의 변형 및 변위 고려
- 구조물의 거동에 따른 유체유동 변화 고려
연성해석을 이용한 연료레일의 맥동현상 분석
• 연료레일에서 Injector가 열리는 순간에 발생되는 수격 현상 (Water hammer effect)에 의해 맥동이 발생하게 되며
이 현상으로 인해 소음이 발생
• K. Mizuno, 등의 “Fuel Rail with Integrated Damping Effect” (SAE 2002-01-0853) 논문에서 제시되어진 연료레일의
Cross section에 따른 맥동저감에 대한 해석을 수행.
4개의 Injector를 가진 정사각형 형태의 연료레일로
Injection period/time은 Time function을 통해 주어짐.
Computational road map for FSI analysis
연성해석을 이용한 연료레일의 맥동현상 분석
유체-구조 연성 해석 결과 - 압력
• 연료레일에서 단면형상이 정사각형보다 길이
방향으로 넓은 직사각형 단면에서 맥동이 저감
직사각형 단면 모델(40x10)에 대한 modal analysis
됨을 확인.
Frequency Solution of Structure Coupled with Inviscid Fluids
원자로의 vibration mode를 해석
•
유체 유동에 따른 파이프의 고유진동수를 분석할 수
있으며 파이프의 변위 스펙트럼 및 유체가 파이프에
미치는 동압력 스펙트럼 등을 얻을 수 있다.