다이소 빨래 건조대 CAE 선형정적해석

문서 내 토픽

1. CAE 해석 및 유한요소해석(FEA)

ANSYS Workbench 2023 R1을 이용한 다이소 빨래 건조대의 선형정적해석을 수행했습니다. 건조대에 세탁물을 널었을 때 발생하는 응력과 변형을 분석하기 위해 전처리, 해석, 후처리 과정을 거쳤습니다. 메시 생성 시 Sweep Method, MultiZone Method 등 다양한 로컬 메시 제어 기능을 사용하여 요소 품질을 개선했으며, 최종적으로 평균 0.85439의 높은 요소 품질을 달성했습니다. 해석 결과 최대 변형량은 0.95384mm, 최대 응력은 135.26MPa로 재료의 항복강도 이내에서 안전함을 확인했습니다.
2. 3D 모델링 및 설계

BODY, WING, LONGBAR, SHORTBAR, HINGEPIN, LEG 등 8개의 부품으로 구성된 빨래 건조대를 3D 모델링했습니다. 실물 측정과 제품 포장의 치수 정보를 기반으로 정확한 모델을 구현했으며, Sweep 기능을 활용하여 원기둥 형태의 부품들을 효율적으로 모델링했습니다. 학생용 ANSYS 버전의 128,000개 노드 제한을 고려하여 건조대 살의 직경을 3mm에서 5mm로 조정하고 개수를 14개에서 11개로 단순화했습니다.
3. 재료 물성 및 경계조건 설정

BODY, WING, HINGEPIN, LEG 등 대부분의 부품에 Structural Steel(탄성계수 2E+11Pa, 포아송비 0.37, 밀도 7850kg/m³)을 적용했으며, 고무 패드 대체 부품인 의무형상에는 Polypropylene(탄성계수 1.461E+09Pa, 포아송비 0.4, 밀도 903.4kg/m³)을 적용했습니다. 접촉 조건은 비선형성을 피하기 위해 Bonded와 No Separation 두 가지만 사용했으며, 의무형상 바닥에 Fixed Support를 설정하여 구속조건을 정의했습니다.
4. 하중 조건 및 해석 결과 분석

물에 젖은 수건의 무게를 0.5kg으로 가정하여 LONGBAR와 SHORTBAR에 균일분포하중을 적용했습니다. LONGBAR에 0.00136MPa, SHORTBAR에 0.00239MPa의 압력을 가했습니다. 해석 결과 최대 응력은 HINGEPIN에서 135.26MPa로 발생했으며, LONGBAR와 BODY의 결합 부분에서도 29.084MPa의 응력집중이 관찰되었습니다. 변형량은 LONGBAR 중점에서 최대 0.95384mm로 나타났으며, 전체적으로 미소 변형 범위 내에서 안전함을 확인했습니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. CAE 해석 및 유한요소해석(FEA)

CAE 해석과 유한요소해석(FEA)은 현대 엔지니어링 설계의 필수적인 도구입니다. 이 기술들은 물리적 프로토타입 제작 전에 제품의 성능을 예측할 수 있게 해주며, 개발 시간과 비용을 크게 절감합니다. 특히 복잡한 구조물의 응력, 변형, 열전달 등을 정확하게 분석할 수 있어 제품의 안전성과 신뢰성을 향상시킵니다. 다만 해석 결과의 정확성은 모델링 품질, 경계조건 설정, 메시 구성 등에 크게 의존하므로 엔지니어의 전문성과 경험이 매우 중요합니다. 지속적인 검증과 실험 데이터와의 비교를 통해 해석 모델을 개선하는 것이 필수적입니다.
2. 3D 모델링 및 설계

3D 모델링 및 설계는 제품 개발의 초기 단계에서 가장 중요한 역할을 합니다. 정확한 3D 모델은 이후의 모든 해석과 제조 과정의 기초가 되므로, 설계 단계에서의 정밀성이 매우 중요합니다. CAD 소프트웨어의 발전으로 복잡한 형상도 쉽게 표현할 수 있게 되었으며, 이는 설계자의 창의성을 극대화합니다. 그러나 3D 모델의 복잡도가 높아질수록 해석 시간이 증가하므로, 해석 목적에 맞는 적절한 수준의 상세도 결정이 필요합니다. 설계 초기부터 제조 가능성과 비용 효율성을 고려한 모델링이 이루어져야 합니다.
3. 재료 물성 및 경계조건 설정

재료 물성과 경계조건 설정은 FEA 해석의 신뢰성을 결정하는 핵심 요소입니다. 정확한 재료 물성(탄성계수, 포아송비, 밀도 등)이 없으면 해석 결과가 실제 현상과 크게 벗어날 수 있습니다. 특히 비선형 재료나 복합재료의 경우 더욱 주의가 필요합니다. 경계조건 설정도 마찬가지로 중요한데, 실제 사용 환경을 정확하게 모사하지 못하면 해석 결과의 신뢰성이 떨어집니다. 따라서 재료 데이터베이스의 활용, 재료 시험을 통한 검증, 그리고 현장 경험을 바탕으로 한 경계조건 설정이 필수적입니다.
4. 하중 조건 및 해석 결과 분석

하중 조건의 정확한 정의와 해석 결과의 올바른 해석은 CAE 분석의 최종 단계에서 가장 중요한 부분입니다. 실제 운영 환경에서의 하중을 정확하게 파악하고 이를 해석 모델에 적용해야 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있습니다. 해석 결과를 분석할 때는 응력, 변형, 안전계수 등 다양한 지표를 종합적으로 검토해야 하며, 결과의 타당성을 검증하는 과정이 필수적입니다. 또한 민감도 분석을 통해 주요 영향 인자를 파악하고, 설계 최적화에 활용하는 것이 효과적입니다. 해석 결과와 실제 시험 데이터의 비교를 통한 지속적인 모델 개선이 필요합니다.