다물체 동역학: 지금 모두 통합하십시오

자동차, 로봇, 산업용 기계, 더 나아가 인체에 이르기까지 모든 시스템에서 수많은 요소가 서로 조화를 이루도록 함께 작동합니다. 서로 연결된 여러 부품이 원활하게 동기화되어 자전거나 심장 펌프에서 위성에 이르기까지 전 세계 모든 영역에서 이러한 상호 의존적인 시스템이 존재합니다. 엔지니어는 이러한 복잡한 기계적 유기체를 설계, 최적화 및 유지 관리하기 위해 다물체 동역학 시뮬레이션의 예측 능력을 활용합니다.

다물체 동역학이란?

구조적 역학의 한 분야인 다물체 동역학 시뮬레이션은 여러 부품이 상호 연결된 시스템을 디지털 방식으로 모델링하는 데 사용되는 엔지니어링 방법입니다. 이러한 시스템은 끊임없이 변화하는 운동 상태에서 수백 개의 바디를 포함하는 방식처럼 매우 복잡할 수 있으므로 시스템의 완전한 가동과 구조적 가치를 예측하는 데 있어 다물체 동역학 시뮬레이션이 필수적입니다.

시스템 전체를 모델링함으로써 엔지니어는 각 바디에 누적된 영향을 명확하게 파악하여 전체적인 결과를 테스트하고 검증할 수 있습니다. 다물체 동역학을 활용하면 구조 ‍역학과 연계 물리학을 모두 조사하고 이해할 수 있습니다.

다물체 동역학 시뮬레이션의 이점

• 시스템 내에서 처음부터 끝까지 모든 구성 요소의 과도 역학을 관찰합니다.
• 전체 시스템을 구축하기 전에 잠재적인 설계 문제를 식별하여 물리적 테스트 비용을 방지합니다.
• 시스템 재질 및 구성을 변경하여 성능을 최적화할 수 있는 방법을 알아봅니다.
• 복제하기 어려운 환경 조건을 바탕으로 시스템을 테스트합니다.
• 복잡한 시스템을 전체적으로 모델링하여 국부적이거나 정적인 단순화에서 발생할 수 있는 부정확한 결과를 방지합니다.

움직이는 개체를 연구(운동학)할 때 위치, 속도, 가속도, 시간 등 고려해야 할 다양한 수량이 있습니다. 다물체 동역학 시뮬레이션은 이러한 방정식을 계산하여 기계의 여러 기어, 조인트 및 메커니즘이 활발하게 작동하는 동안 동시에 발생할 수 있는 수천 가지 동작을 보여줍니다.

이 모든 것은 F = ma(힘 = 질량 * 가속도)로 알려진 뉴턴의 운동 방정식에서 시작됩니다. 운동에 대한 과도 동적 방정식은 다음과 같습니다.

프로젝트에서 강체와 유연체에 대한 전체 시스템 모델링이 필요한 경우 엔지니어는 Ansys Motion과 같은 소프트웨어를 사용하여 빠르고 정확한 해석을 수행합니다. 이 통합 소프트웨어는 시스템 전체와 구성 요소를 모두 단일 솔버에서 평가하여 복잡한 기계적 관계를 분석하고 더 나은 결정을 신속하게 내릴 수 있습니다. 

다물체 동역학 시뮬레이션의 응용 분야

최근에 인쇄할 문서를 보냈습니까? 또는 10단 자전거를 타셨나요? 우리 주변에는 복잡한 시스템이 많이 있으며 다물체 동역학 시뮬레이션을 사용하면 항공우주, 산업용 기계, 로봇 공학, 생체역학 및 자동차와 같은 다양한 분야와 산업에 도움이 될 수 있습니다.

자동차 산업에서 다물체 동역학 시뮬레이션은 차량 전체의 시스템을 설계, 테스트 및 최적화하는 데 사용됩니다. 엔지니어는 시뮬레이션을 사용하여 자동차의 전반적인 동작을 확인하거나 한 번에 하나의 시스템을 모델링할 수 있습니다.

• 서스펜션: 차량의 핸들링을 부드럽게 유지하기 위해 서스펜션 시스템은 다양한 댐퍼와 스태빌라이저가 조화롭게 작동해야 합니다. 다물체 동역학 시뮬레이션은 서스펜션 시스템의 모든 관련 부품을 모델링하여 성능을 최적화할 수 있습니다.
• 파워트레인: 다물체 동역학 시뮬레이션을 사용하여 엔진, 변속기, 드라이브트레인과 같은 파워트레인 부품의 설계 및 거동을 개선함으로써 성능, 효율성, 내구성을 향상할 수 있습니다.
  
• 안전: 차량의 안정성을 평가하기 위해 다물체 동역학 시뮬레이션은 전복 테스트에서 차량 운동학을 모델링할 수 있습니다.
• NVH: 차량 내의 NVH(소음, 진동, 불쾌감) 레벨을 제어하는 것은 탑승자의 편안함과 전반적인 승차 경험을 위해 매우 중요합니다. 자동차 엔지니어는 다물체 동역학 시뮬레이션을 사용하여 모든 차량 부품에서 발생하는 진동과 소리의 원인을 식별하고 이를 해결하는 가장 적합한 방법을 결정할 수 있습니다.

다물체 동역학 예제: 변속기 벨트 구동

이 예에서 시뮬레이션은 벨트에 가해지는 힘과 응력, 변속 효율을 조사하는 데 사용됩니다.

다물체 동역학 예제: 자동차 드라이브트레인 NVH

이 예에서 시뮬레이션은 차량 변속기에서 기어 와인 소음 및 래틀 소음에 관한 문제를 조사하는 데 사용됩니다.

• 기어 와인 소음: 기어 맞물림에서 변속기 오류로 인한 소음. 다물체 동역학 시뮬레이션은 기어 톱니 모양을 개선하여 가진력을 줄이는 방법에 대한 분석 정보를 제공합니다. 

• 기어 래틀 소음: 출력 샤프트의 토크 변동으로 인한 소음. 다물체 동역학 시뮬레이션은 작업 간극 내에서 기어 톱니의 진동이 성가신 소음을 유발하는 방식을 보여줍니다.

효율적인 협력 작업

중장비에서 소비재에 이르기까지 편리한 삶을 영위하도록 도와주는 시스템은 복잡한 형태로 통합되어 있습니다. 다물체 동역학 시뮬레이션은 엔지니어가 이러한 시스템을 전체적으로 보고 모든 구성 요소가 더 큰 목표를 달성하기 위해 작동되고 있는지 확인할 수 있도록 지원합니다. 다물체 동역학 시뮬레이션에 대한 자세한 내용은 웨비나 Ansys Motion: 다물체 동역학 솔버를 참조하십시오.