COMSOL Multiphysics® 5.3

Release Highlights

Multibody Dynamics Module Updates

Multibody Dynamics Module 사용자에게 있어서, COMSOL Multiphysics® 버전 5.3은 음향과 함께 연동하여 기어박스에서 발생하는 소음을 해석하거나, AC/DC Module과 연동하여 인덕션 모터를 해석하는 예제를 제공합니다. 이러한 예제와 함께, 다물체 동역학 모델링의 개선사항을 살펴 보겠습니다.

Highlighting Selections in Multibody Dynamics Analyses

Multibody Dynamics 인터페이스에 있는 복잡한 구조물이 작동할 때, 각 조인트는 강체 도메인과 함께 결합을 포함한 수 많은 조인트 조건을 포함하고 있습니다. 모델 트리에서 Joint 노드를 선택하면, 선택한 영역이 그래픽 창에서 자동으로 하이라이트 됩니다. 이는 source와 destination 선택에 근거해 정확한 피드백을 제공하는 것입니다. 유사하게, Gear Pair 노드에서 두 개의 기어 혹은 Spring-Damper 노드에서 두 파트는 여러분이 선택할 경우 하이라이트 될 것입니다.

Joint 선택 시, 힌지 조인트로 연결된 두 개의 강체 도메인이 하이라이트 됩니다.

Joint 선택 시, 힌지 조인트로 연결된 두 개의 강체 도메인이 하이라이트 됩니다.


Penalty Method for Computing Joint Forces

강체 시스템에서 과도한 경계조건이 포함된 모델은 보기 드문 경우입니다. 강제로 조인트에 경계조건을 부여하는 penalty method가 추가됨으로써 이러한 현상을 조정할 수 있게 되었습니다. 이를 적용함으로써, 여러분은 조인트 힘을 알 수 있습니다. 더욱이, 강체 간의 조인트 힘은 과도한 구속으로 인해 발생하는 연산 문제의 위험성을 줄이기 위해 기본적으로 계산됩니다.

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Modal Reduced Order Model Study Type

Multibody Dynamics 인터페이스에서 Modal Reduced Order Model 해석타입이 지원됩니다. 이는 거대 다물체 동역학 모델에 대해 모달 베이스에서 나타나는 시스템 행렬을 추출하는데 유용하게 사용됩니다.

Attachments on Rigid Bodies

강체 도메인에 있는 Attachment 사양을 이용하여, 강체 대상과 탄성 대상 간에 보다 용이하게 전환이 가능하게 되었습니다. 이는 각 도메인이나 설정창에서 조인트 노드를 변환하거나 다시 선택하는 오류를 피할 수 있습니다.

Discretize by Serendipity Shape Functions

Multibody Dynamics 인터페이스에서 유연체를 모델링 할 경우, serendipity 형상 함수를 통해 이산화(discretize)가 가능합니다. 이는 유연체에서 고차 요소를 갖는 요소를 사용할 경우에 자유도를 저감할 수 있습니다.

Automatic Suppression of Rigid Body Motion

외력이 자체 평형(self-equilibrating)을 이루는 경우에, 구속 조건이 필요한 실제 위치가 상관없는 경우가 있습니다. 자체 평형 모델은 아래의 사항에 대해 구속조건을 만족하는 한 해석이 가능합니다: 강체 운동은 불가능하며 반력은 없습니다. 이제 새로운 Rigid Motion Suppression 조건을 이러한 해석 유형에 사용할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해, 기하학적 모델 혹은 물리적 인터페이스에 근거한 적절한 구속조건이 자동으로 적용됩니다.
Rigid Motion Suppression 조건은 하기의 물리적 인터페이스에서 사용 가능합니다:

  • Solid Mechanics (3D, 2D, 2D axisymmetric)
  • Shell (3D)
  • Plate (2D)
  • Membrane (3D, 2D)
  • Beam (3D, 2D)
  • Truss (3D, 2D)
  • Multibody Dynamics (3D, 2D)

heating circuit 예제는 열팽창에 기인하여 변형이 발생합니다. Rigid Motion Suppression조건의 적용으로, 정확한 해석결과를 도출하기 위해 모델이 충분한 구속조건을 포함하고 있음을 보증합니다. 결과는 폰 미세스 응력 분포를 나타냅니다.

heating circuit 예제는 열팽창에 기인하여 변형이 발생합니다. Rigid Motion Suppression조건의 적용으로, 정확한 해석결과를 도출하기 위해 모델이 충분한 구속조건을 포함하고 있음을 보증합니다. 결과는 폰 미세스 응력 분포를 나타냅니다.


Application Library path for an example of rigid body motion suppression:

Structural_Mechanics_Module/Thermal-Structure_Interaction/heating_circuit

New Tutorial Model: Vibrations and Noise in a Gearbox

이 예제는 수동 변속기가 장착된 차량에서 5단 기어 변속기에서 발생하는 진동 및 소음을 모델링한 것입니다. 과도 다물체 동역학 해석은 특정 엔진 회전속도 및 외력에 대한 기어박스의 진동을 계산합니다. 기어박스 하우징의 가속도는 주파수 영역에서 변환되고 이는 소음원을 포함하게 됩니다. 음향해석은 근거리 외부 음향 영역에서 음압 레벨을 계산하기 위해 수행됩니다.

Note: 이 모델은 Acoustics Module이 추가로 필요합니다.

5단 수동 변속기를 장착한 차량 내의 기어박스 하우징에 작용하는 응력과 외기 음향영역(우측 상부 및 하부)에서의 음압. 기어 박스에 있는 임의 지점에서 가속도의 주파수 스펙트럼을 나타냅니다. (아래 좌측 그림)

5단 수동 변속기를 장착한 차량 내의 기어박스 하우징에 작용하는 응력과 외기 음향영역(우측 상부 및 하부)에서의 음압. 기어 박스에 있는 임의 지점에서 가속도의 주파수 스펙트럼을 나타냅니다. (아래 좌측 그림)


Application Library path:

Multibody_Dynamics_Module/Automotive_and_Aerospace/gearbox_vibration_noise

New Tutorial Model: Vibration in an Induction Motor

Induction Motor Vibration 예제에서, 고정자 권선(stator winding) 및 로터 회전에서 시간-조화 전류(time-harmonic current)에 의해 로터에서 와전류(eddy currents)가 유도됩니다. 자계 영역과 연동한 로터 내에서의 유도 전류는 로터의 구동 토오크를 발생시키기 위해 코일에 의해 발생합니다. 로터와 고정자(stator) 간의 공극(air gap)은 대칭이 아니므로 모터 내에서 진동이 발생합니다.

전자계 해석은 2차원으로 모델링 하지만, 다물체 동역학 해석은 3차원으로 모델링 합니다. 회전 토오크는 시간함수로 계산됩니다. 토오크는 관성효과에 따른 로터 회전 속도를 계산하기 위해 다물체 동역학 모델에서 사용됩니다. 저항 손실(resistive losses) 및 토오크에 기인하여, 로터는 고정자 권선만큼 빠르게 회전하지 않기 때문에 angular slip이 발생할 것입니다.

Note: 이 모델은 AC/DC Module 및 Structural Mechanics Module이 필요합니다.

인덕션 모터의 하우징(상부)에서 발생하는 응력 및 로터(아래 좌측)에서의 자속밀도. 두 개의 베어링를 갖는 로터 궤적은 베어링 부위에서 나타내고 있습니다(아래 우측).

인덕션 모터의 하우징(상부)에서 발생하는 응력 및 로터(아래 좌측)에서의 자속밀도. 두 개의 베어링를 갖는 로터 궤적은 베어링 부위에서 나타내고 있습니다(아래 우측).


Application Library path:

Multibody_Dynamics_Module/Machinery_and_Robotics/induction_motor_vibration

New Tutorial: Noise Radiation by a Compound Gear Train

설계자는 동역학 시스템에서의 방사 소음 예측을 통해 설계 단계에서 거동에 대한 통찰력을 가질 수 있습니다. 예로, 진동을 야기하는 기어박스를 살펴 보겠습니다. 여기에서 진동은 축과 조인트를 통해 기어박스 하우징으로 전달됩니다. 진동하는 하우징은 에너지를 외부 영역으로 전달하여 결국에는 음향 방사로 나타납니다.

이 예제는 기어 트레인의 하우징에서 방사되는 소음을 해석한 것입니다. 우선, 다물체 동역학 해석이 임의 속도로 회전에는 축에 대해 하우징 진동을 시간 영역에서 수행됩니다. 그 다음 음향 해석을 통해, 특정 주파수에 대해 하우징의 가속도를 음원으로 사용하여 근거리 외부 음향 영역에서 음압이 계산됩니다.

Note: 이 모델은 Acoustics Module 및 Structural Mechanics Module이 필요합니다.

기어 트레인 외부 박스에서의 가속도. 이 모델에서, 방사되는 음압 또한 계산됩니다.