다쏘시스템 솔리드웍스 웨비나 - 유한요소해석을 통한 보다 높은 품질의 제품 설계

3DS.COM©DassaultSystèmes|ConfidentialInformation|11/24/2015|ref.:3DS_Document_2015
유체유동 시뮬레이션, 제품 개발과 동시에 수행!!
SOLIDWORKS
Flow Simulation
조윤태 차장
다쏘시스템코리아
2015년 11월 24일

2
설계의 모든 단계를 위한 직관적인 솔루션
SOLIDWORKS SOLIDWORKS
Electrical
SOLIDWORKS
PDM
SOLIDWORKS
Composer
SOLIDWORKS
Simulation

3
설계 시뮬레이션
제품 소개
주요 기능
설계 통찰력
제품 Demo
Agenda

4
제품 소개
주요 기능
설계 통찰력
제품 Demo
Agenda

5
설계 시뮬레이션이란?
설계와 동시에 제품 성능 및 거동을 예측하기 위한 접근 방법
 비용이 많이 드는 과도 설계를 회피하는
동시에 혁신을 가속화하고 제품을 더
빨리 출시하기 위한 검증된 방법
 제품 개발 프로세스의 모든 단계에서
광범위한 물리 시나리오에 적용 가능:
 구조 해석
 모션 시뮬레이션
 유체 유동 & 열유동 해석
 사출 성형 해석
 환경 영향 평가
 다중물리(Multi-physics) 해석
 제품 개발 및 제작 비용 절감
 에너지와 재료 비용 절감
 많은 비용이 소요되는 프로토타입 감소
 제품 품질/유효성 향상
 제품 성능 향상 및 보증 가능
 다양한 시나리오에 대한 제품 성능 테스트
 제품 혁신/시장 점유율 증가
 새로운 아이디어에 대한 신속한 검증
 혁신적인 제품을 시장에 빠르게 출시

6
SOLIDWORKS의 제안
초기단계
사업계획
제품 설계
(설계자)
운용
최종 사용자
요구 사항
순차적 프로세스
설계 검증
(CAE 전문가)
운용
초기단계
사업계획
SOLIDWORKS의 제안
보다 나은 비즈니스 의사 결정
설계 검증
(설계자)
제품 설계
(설계자)
최종 사용자
요구 사항
보다 이른 시점에

7
SOLIDWORKS SIMULATION 제품군
Sustainability
Sustainability
Flow Simulation
Electronic
Cooling
HVAC
Core
Plastics
Standard
Professional
Premium
Simulation
Premium
Professional
Standard
구조해석
열유동해석
사출성형해석
환경영향평가

8
제품 소개
주요 기능
설계 통찰력
제품 Demo
Agenda

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SOLIDWORKS Flow Simulation
유체 유동 및 열 전달 시뮬레이션을 위한 범용 CFD 소프트웨어
 SOLIDWORKS와의 완벽한 통합
 강력한 3D 설계 검증 도구
 동시병행 엔지니어링(Concurrent
Engineering) 구현
내부/외부 층류/난류/천이 열전달 회전체 유동
압축성 유체 비뉴턴 유체 유체구조연성비정상 상태

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Electronic Cooling(Add-On)
엔지니어링 데이터베이스 확장
줄 가열 히트파이프 2저항 컴포넌트 PCB 생성기
HVAC(Add-On)
엔지니어링 데이터베이스 확장
쾌적도 지표고급 복사 모델 혼합물 스터디
열 관련 문제 최적화를 위한 시뮬레이션
제품에서 발생하는 열 관련 문제를 해석하고, PCB 및 단자함
설계에서의 열 전달 해석을 통한 최적 설계 수행
HVAC 및 고급 복사를 위한 시뮬레이션
사람과 환경을 위한 효율적인 냉각 시스템, 조명
시스템 또는 효율적인 오염 물질 제거 시스템
등의 설계와 관련된 난제에 대한 시뮬레이션

11
제품 소개
주요 기능
설계 통찰력
제품 Demo
Agenda

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SOLIDWORKS 와 완벽하게 통합된 유일한 CFD 솔루션
 유동 해석을 위한 사용하기 쉬운 직관적인 마법사
 전문 지식이 필요하지 않기 때문에 설계자들도 쉽게 적용 가능
 설계 최적화 수행 가능(파라메트릭 스터디)
 SOLIDWORKS 치수 및 유동 파라미터 기반
 SOLIDWORKS Simulation으로 자동 결과 변환
 강력한 솔버 및 메시 생성 테크놀로지
 얇은 벽을 가진 솔리드 및 복잡한 지오메트리

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∅50인 Pipe 지오메트리 ∅50인 Pipe 유체 영역
SOLIDWORKS와의 완벽한 통합
변경
 SOLIDWORKS 내에서 애드인 형태로 사용 가능
 SOLIDWORKS와 완벽한 통합되어 모델링의
변경사항이 Flow Simulation 모델에 즉각 반영
유체 영역에 대한 지오메트리를 별도로 제작할 필요가
없으므로 해석 모델 준비 시간이 획기적으로 감소
∅35인 Pipe 지오메트리 ∅35인 Pipe 유체 영역

14
유체 영역 자동 인식
고체 영역 유체 영역
 고체 영역 지오메트리를 기반으로
유체 영역 자동 인식 및 자동 생성
 별도의 파트 파일로 저장 가능
 유체 영역에 대한 별도
지오메트리를 작성할 필요가
없으므로 지오메트리 준비 시간을
획기적으로 감소 가능

15
Flow Simulation Wizard
유동 해석 수행을 위해 필요한 사항들을 단계적으로 설정
1. 프로젝트 이름
2. 단위계
3. 해석 유형
4. 기본 유체
5. 벽 조건
6. 초기 조건
7. 결과 및 지오메트리 해상도
 유동해석에 대한 전문 지식 없이도 누구나 해석에
필요한 사항들을 정확하게 설정 가능
 해석에 필요한 설정을 위한 시간이 획기적으로 감소
마법사 설정 단계

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Flow Simulation & CircuitWorks*
CircuitWorks로부터 부품 속성 값 불러오기/열원 및 재질 정보 자동 입력
SOLIDWORKS CircuitWorks Flow Simulation
재질 및 열원 정보
* : SOLIDWORKS Professional, Premium에서 제공하는 기능

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파라메트릭 스터디(Parametric Study)
치수 및 유동 파라미터 기반으로 설계 최적화 수행 가능
Goal Optimization What-If Scenario Goal Optimization:
 지정된 Goal을 달성할 때까지 선택한
범위 내에서 특정 파라미터가
반복적으로 바뀌는 또는 설계에 영향을
미치는 특정 경향을 스터디하는 일련의
계산 실행
What-If Scenario:
 Goal로 정의되어 있는 선택된 유동
파라미터에 대한 결과를 획득하기
위해서 선택된 가변 파라미터들이
변경되는 일련의 계산 수행
 여러 가지 설계안에 대한 계산을
자동으로 수행하고 최적화된
설계안 도출 가능

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Solution Adaptive Mesh
유동장의 구배에 따라 메시의 밀도 자동 조정
 유동장 구배 높은 곳: 메시 추가
유동장 구배 낮은 곳: 메시 병합
 자동 혹은 수동으로 지정 가능
 보다 효율적으로 정확한 해석 수행 가능

19
슬라이딩 메시(Sliding Mesh)
회전체(모터, 임펠러, 프로펠러, 팬)에 대한 유동 해석 수행
 비정상 상태 가정
 계산 영역을 고정 영역과 회전 영역으로 구분
 고정 영역과 회전 영역이 “Sliding Interface”로 연결
 Flow Simulation 2015 이상 버전에서 사용 가능

20
리모트 솔버(Remote Solver)
다른 시스템의 리소스 활용하여 해석 수행
 네크워크 상의 사용하지 않는 다른 시스템의
리소스 활용하여 해석 수행
 보다 신속하게 효율적으로 해석 수행 가능

21
일괄 실행(Batch Run)
Project 1
Project 3
Project 2
모델과 경계 조건 등이
다른 세 가지의 Project에
대한 해석 수행
 여러 개의 해석 Case들에 대한 Meshing, Solving 을
일괄적으로 실행 가능( Batch Run)
 Flow Simulation이 해석이 종료되면 다음 Case 에 대한
해석을 자동으로 실행
 해석이 종료될 때까지 기다릴 필요 없음.

22
유동해석 결과 내보내기(유체구조연성해석)
유동 해석 결과를 구조 해석의
하중 조건(압력)으로 사용
SOLIDWORKS
Flow Simulation
SOLIDWORKS
Simulation
 Flow Simulation을 이용한 유동 해석이
완료된 후 마우스 클릭 한번으로 유동 해석
결과를 SOLIDWORKS Simulation으로
내보내기 가능
 유체력에 의해 구조물에서 발생되는 응력
및 변형에 대한 해석 수행 가능

23
해석 결과 eDrawings로 내보내기
SOLIDWORKS Flow Simulation이
설치되어 있지 않은 시스템에서도
해석 결과를 무료로 제공되는
eDrawings를 이용하여 공유 가능
 부서 및 협력업체간 해석 결과를
원활하게 공유 가능
Flow Simulation eDrawings

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솔버의 멀티프로세서 지원
Processor 수 제한 없음 SOLIDWORKS Knowledge Base 참조
 멀티코어 프로세서를 지원하며 프로세서
수는 무제한으로 지원
 시스템에서 사용 가능한 프로세서 수는
자동 인식되며 사용할 프로세서의 수
지정 가능
 보다 빠르고 정확하게 해석 수행 가능

25
최소 메시 크기
SOLIDWORKS Knowledge Base 참조
 0.1𝜇m 크기의 메시 작성 가능
 𝜇m 단위의 지오메트리에 대한 해석 가능
0.1 micro-meter

26
What’s New in 2016
 대칭 모델의 결과 대칭 복사
 Transient 솔버 속도 개선
 개선된 메시 제어(갭 채우기)
 SOLIDWORKS로부터 일광 속성 불러오기
Ver.
Time
step, s
Solver
Time, h
2015 0.003 36
2016 10 2

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등거리 로컬 메시 컨트롤
5mm
10mm
20mm
쉘 오프셋 수 정의
전체 쉘에 대한 세분화
레벨 지정

28
제품 소개
주요 기능
설계 통찰력
제품 Demo
Agenda

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설계 통찰력
 장착되는 팬의 갯수 결정
 팬의 냉각 효율에 대한 평가
 팬 사양과 위치 결정
 부품의 제한 온도 초과 여부
설계자의 고민
SOLIDWORKS Flow Simulation을 이용
하여 여러 가지 시나리오에 대한
내부 유동 해석 결과를 분석하여
최적의 설계 선정
Electric Enclosure – 3D Model
솔루션
Fan
SPS Coil
(제한 온도: 40 도)
Transformer
(제한 온도: 60 도)

30
설계 통찰력
2개의 Fan이 장착된 Electric Enclosure 내부 단면에서의 온도 분포

31
설계 통찰력
1개의 Fan이 장착된 Electric Enclosure 내부 단면에서의 장착 위치별 온도 분포
10mm 20mm
30mm 40mm
50mm 60mm
 팬의 위치에 따른 온도 분포
 해석 결과를 비교 분석하여 설계 통찰력
획득 가능
 팬의 용량 및 위치 결정을 위한 정보
획득 가능
 제품 설계 단계에서 설계자에게 필요한
정보를 제공하고 설계자는 보다 이른
시점에 의사 결정 가능

32
제품 소개
주요 기능
설계 통찰력
제품 Demo
Agenda

33
SOLIDWORKS Flow Simulation Demo
설계 프로세스의 초기 단계에서 제품에 대한 통찰력 획득
LED 전구
자동차 공기 흡기/배기 시스템
노즐 형상에 대한 설계 최적화
 유출구에서의 가스 혼합 효율에 대한 평가
 혼합 효율이 가장 우수한 노즐 파악
히트싱크에 대한 설계 최적화
 각 LED에서의 최대 온도에 대한 평가
 방열 성능이 가장 우수한 히트싱크 파악

34
Demo Model #1: LED 전구
 12개의 LED가 부착되어 있는 전구
 해석 목적:
 최적의 방열 성능을 발휘하는
히트싱크 핀 설계
 해석 모델 설정
 외부 유동
 고체에서의 열전달 고려
 2 저항 컴팩트/접촉 저항 모델
 자연 대류 고려
Heat Sink
Lamp Body
Lamp Bottom LED
MC PCB
20 40 60 80 100

35
SOLIDWORKS Flow Simulation - Demo

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SOLIDWORKS Flow Simulation - Benefit
직관적인 프로젝트 설정 마법사
• 해석 설정을 위해 필요한 시간 절감
• 유체 영역에 대한 별도의 지오메트리 생성 불필요
다양한 시뮬레이션 결과 검토 도구
• 설계 통찰력 획득을 통한 기술적 관점의 결정
파라메트릭 스터디
• 최적의 냉각 성능을 보장하는 히트싱크 설계안 파악
20
40
60
80
100
91.1 °C
88.7 °C
89.4 °C
90.6 °C
92.0 °C
No. Fin LED Max. Temp

37
Demo Model #2: 자동차 흡/배기 시스템
 자동차의 흡기와 배기 가스를 혼합하여
대기 중으로 배출 시키는 시스템
 해석 목적
 최적의 가스 혼합 효율을 보유한
노즐 형상 설계안 결정
 해석 모델 설정
 내부 유동(Lid 생성)
 2 개의 기체(공기, 배기 가스) 이용
 기체 농도 활용
공기(질량 유량: 50g/s)
농도: 공기 100%, 배기가스 0%
배기 가스(질량 유량: 9 g/s)
농도: 공기 0%, 배기가스 100%
대기압
Default Extended Turned

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SOLIDWORKS Flow Simulation - Demo

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SOLIDWORKS Flow Simulation - Benefit
3D CAD와의 완벽한 통합
• 3D CAD에서의 설계 변경이 자동으로 해석 모델에 반영
• 유체 영역에 대한 별도의 지오메트리 생성 불필요
다양한 시뮬레이션 결과 검토 도구
• 설계 통찰력 획득을 통한 기술적 관점의 결정
가상 시나리오에 대한 검증
• 최적의 혼합 효율을 보장하는 설계안 파악
Default
Extended
Turned

40
3D CAD & CFD 통합 환경 제공
• 설계자도 쉽게 도입/적용 가능
• 모델 변경의 즉각적인 반영
• 파일 변환 문제 해소
3D CAD와의 완벽한 통합
• 설계와 동시에 해석 수행
동시 병행 엔지니어링
• 파라메트릭 스터디
• 가상 시나리오
설계 최적화
 혁신적인 제품 개발
 제품 개발 기간 단축
 제품 개발 비용 감소
 제품 품질/성능 향상

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