[HyperWorks] 제 19편 - 3D Meshing (Tetra) -1-
2017-09-29

이번 시간에는 부피를 가진 3D 요소에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.


1. 요소의 타입
Solid (사용자가 두께 등의 추가 정보를 입력하지 않아도 됩니다.)


2. 요소의 형태

Tetra, Penta, Hexa, Pyramid ( 윗줄은 1차 요소, 아랫줄은 2차 요소입니다.)

3DElement

 

3. 주로 쓰이는 곳?

Gear Box, Engine Block, Crank Shaft 등에 사용됩니다.

3DMeshing_practical

 

4. Solid 요소의 자유도는 병진방향만 존재합니다.

1D요소 와 2D 요소는 6개의 자유도를 가지고 있습니다. 자유도를 쉽게 표현해보면, 긴 자를 압축하거나, 얇은 종이에 압축력을 가해주면 변형이 생기죠? 이때 자와 종이에는 압축과 비틀림이 함께 발생합니다.
하지만 주사위 같은 정사각형의 요소에 압축을 가하면 자와 얇은 종이에 비해 비틀림이 거의 발생하지 않습니다. 따라서 Solid 요소는 회전 자유도를 고려하기보다는, 병진 방향(x, y, z 방향)의 자유도만 고려하여 계산하게 됩니다. 그러므로 10개의 노드를 가진 Tetra 요소의 총 자유도는 10* 3 = 30 으로 30이 되게 됩니다!


5. 3D 요소 생성하기

3D 요소는 형태에 따라 생성 방법이 달라집니다.
첫 번째, Tetra와 Piramid를 생성할 수 있는 Tetra Meshing 이 있습니다.
두 번째, Hexa와 Penta 요소를 생성할 수 있는 Hexa Meshing 이 있습니다.

먼저, Tetra 요소 생성에 대해서 보도록 하겠습니다. HyperMesh의 Tetra Meshing 패널을 기반으로 말씀드릴게요.


[Tetra Meshing]


tetramesh_panel

 

1) Volume Tetra – 실제 부피를 가지고 있는 Solid Geometry에 바로 Mesh를 생성할 수 있습니다. 뿐만 아니라, Surface로 둘러 쌓여 닫혀있는 Geometry의 경우도 부피로 인식하여 Tetra Mesh를 생성할 수 있습니다. CAD 모델에 Free Edge 등의 error가 없으면서 완전히 닫혀있어야 합니다. (만약 안에 물을 붓는다면, 물이 새는 곳이 없어야 해요.)

solid_tetrasurf_geometry_comp

 

2) Tetra mesh – 2D 요소(Tria나 Quad)로 둘러 쌓인 닫힌 형상 일 때, 겉 면의 2D 요소들을 기반으로 그 안쪽 면으로, Tetra 요소를 차곡차곡 쌓아서 3D 요소를 생성해주는 기능입니다.
이때, 내부의 Tetra Mesh를 생성하는 두 개의 알고리즘이 있습니다. 겉 면의 2D와 Tetra 요소의 Face를 동일하게 할 것 인지 정하게 됩니다.

2Dto3D

 

1) Fixed trias/quads to tetra mesh – 겉 면의 2D 요소의 형상을 그대로 유지하면서 Tetra 요소를 생성합니다.

Fixed

 

2) Float trias/quads to tetra mesh – 품질이 좋아지도록 겉 면의 2D 요소의 대각선의 방향을 변경하면서 Tetra 요소를 생성합니다 노드 위치는 동일하지만 Shell Mesh와 Tetra 요소의 Face의 대각선 방향이 다르게 생성될 수 있습니다.

Float

 

 

tetra_option2

 

이번 시간은 여기까지 입니다. 다음 시간에는 3D Meshing(Hexa) 으로 찾아오도록 하겠습니다~

 

※ 야금야금 CAE: 꿀바른 HyperWorks는 2주에 하나씩 연재하도록 하겠습니다.

 

– 참조
이 자료는 “Practical Finite Element Analysis” 책의 내용과,  HyperWorks Help Documentation 자료를 포함하고 있습니다.
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