Abaqus Small Sliding이란 무엇인가요? | 유한 슬라이딩 vs. Small Sliding

1. Abaqus의 소형 슬라이딩과 유한 슬라이딩이란 무엇입니까?

Abaqus에서 "작은 슬라이딩"과 "유한 슬라이딩"은 접촉 동작에 대한 서로 다른 모델링 가정을 나타냅니다.

작은 슬라이딩 접촉면이 거의 평행을 유지하고 상대적인 미끄러짐이 최소라고 가정합니다. 이는 접촉면 사이의 접선 방향 변위가 접촉 치수에 비해 작음을 의미합니다. 이 경우, 접촉 계면에서의 마찰력은 일반적으로 무시되거나 단순화된 모델을 사용하여 근사화됩니다. 표면 사이의 상대적인 미끄러짐이 무시할 수 있을 것으로 예상되는 경우, 작은 미끄러짐이 적합합니다.

유한 슬라이딩 접촉면 간의 상당한 상대 미끄러짐을 고려합니다. 접촉 계면에서 큰 접선 방향 변위와 회전을 허용합니다. 마찰력과 모멘트를 고려하며, 접촉 거동을 더욱 정확하게 모델링합니다. 표면 간의 상대 미끄러짐이 상당할 것으로 예상되고 이를 무시할 수 없는 경우에는 유한 미끄러짐이 적합합니다.

작은 슬라이딩과 유한 슬라이딩 사이의 선택은 구체적인 문제와 접촉 표면 사이의 예상 상대적 슬라이딩 동작에 따라 달라집니다.

1.1. 작은 슬라이딩의 예

유한한 슬라이딩보다 작은 슬라이딩이 더 적합한 예는 다음과 같습니다.

두 부품이 볼트로 연결된 간단한 볼트 접합부를 생각해 보겠습니다. 부품과 볼트 헤드/너트 사이의 접촉면은 서로 접촉합니다. 이 경우, 볼트의 주된 목적은 부품 간의 상대적인 움직임을 전달하는 것이 아니라, 체결력을 제공하고 접합부의 무결성을 유지하는 것입니다.

이러한 경우, 정상 작동 중에는 접촉면 간의 상대적인 미끄러짐이 최소화되거나 무시할 수 있을 것으로 예상됩니다. 접촉면은 비교적 평행을 유지하며, 주요 고려 사항은 클램핑력의 분포와 응력 집중입니다.

이러한 상황에서는 작은 슬라이딩 가정을 사용하는 것이 더 적절할 것입니다. 작은 슬라이딩 가정은 접촉 계면에서의 마찰력을 무시하거나 근사함으로써 모델링 과정을 단순화합니다. 접촉면 간의 상대적인 슬라이딩이 작은 한, 이 가정은 계산 비용을 크게 줄이고 당면 문제에 대한 적절한 정확도를 제공할 수 있습니다.

작은 슬라이딩을 가정함으로써, 접촉 모델링 측면을 단순화하는 동시에 전반적인 클램핑 동작과 응력 분포에 집중할 수 있습니다.

3.2. 유한 슬라이딩의 예

다음은 작은 슬라이딩보다 유한 슬라이딩이 더 적합한 예입니다.

기어 메커니즘처럼 두 부품이 접촉하는 기계 시스템을 생각해 보겠습니다. 이 경우, 접촉면 사이의 상대 운동이 중요하며, 기어가 회전하고 서로 맞물리면서 미끄러짐이 발생합니다. 기어 톱니 사이의 상대 미끄러짐은 시스템의 정상적인 작동에 필수적입니다.

이 시나리오에서 작은 슬라이딩 가정을 사용하는 것은 시스템의 거동을 정확하게 포착하지 못합니다. 작은 슬라이딩 가정은 기어 이 사이의 상당한 상대 운동과 회전을 무시하는데, 이는 실제 접촉력과 모멘트를 분석하는 데 필수적입니다.

이러한 경우에는 유한 슬라이딩 가정을 사용하는 것이 더 적절합니다. 유한 슬라이딩은 접촉 계면에서 큰 접선 방향 변위와 회전을 허용하여 표면 간의 상대 운동을 정확하게 수용합니다. 마찰력과 모멘트를 고려하여 시스템의 접촉 거동과 그에 따른 힘 및 응력을 더욱 사실적으로 표현할 수 있습니다.

유한 슬라이딩 가정을 사용하면 기어 메커니즘의 동적 거동을 정확하게 파악하고, 상대 운동의 효과를 분석하고, 접촉 표면 간 슬라이딩과 관련된 접촉 응력, 마모, 에너지 손실과 같은 요소를 평가할 수 있습니다.

2. 유한 슬라이딩 VS 작은 슬라이딩 

Abaqus에서 유한 슬라이딩과 미소 슬라이딩을 선택할 때는 몇 가지 요소를 고려해야 합니다. 이러한 요소는 다음과 같습니다.

상대 슬라이딩 크기: 접촉면 사이의 예상 상대 슬라이딩 크기를 고려합니다. 슬라이딩이 크고 접선 방향 변위와 회전이 클 것으로 예상되는 경우, 접촉 거동을 정확하게 포착하기 위해 유한 슬라이딩을 사용해야 합니다. 반면, 슬라이딩이 최소이거나 무시할 수 있을 것으로 예상되는 경우, 분석을 단순화하기 위해 작은 슬라이딩을 사용할 수 있습니다.

마찰 효과의 중요성: 접촉 계면에서 발생하는 마찰력과 마찰 모멘트의 중요성을 평가합니다. 기어 메커니즘이나 슬라이딩 조인트처럼 마찰이 시스템 거동에 중요한 역할을 하는 경우, 이러한 효과를 정확하게 모델링하기 위해 유한 슬라이딩을 사용해야 합니다. 작은 슬라이딩 가정은 일반적으로 마찰력을 무시하거나 근사화하기 때문에 마찰이 중요한 시스템에는 적합하지 않을 수 있습니다.

계산 효율성: 사용 가능한 계산 리소스와 원하는 분석 속도를 고려하십시오. 작은 슬라이딩 가정은 유한 슬라이딩에 비해 계산 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 계산 효율성이 중요하고 상대적인 슬라이딩이 최소인 경우, 작은 슬라이딩은 합리적인 결과를 제공하면서 분석을 단순화하는 데 적합한 선택이 될 수 있습니다.

정확도 요구 사항: 해석에 필요한 정확도 수준을 평가합니다. 유한 슬라이딩은 큰 변위, 회전 및 마찰 효과를 고려하여 접촉 거동을 더욱 상세하고 정확하게 표현합니다. 특히 마모, 에너지 손실 또는 접촉 응력을 연구할 때 높은 정확도가 필요한 경우, 유한 슬라이딩을 사용해야 합니다. 그러나 해석이 어느 정도 단순화를 허용하고 슬라이딩이 제한적인 경우, 작은 슬라이딩도 허용 가능한 정확도를 제공하는 합리적인 선택이 될 수 있습니다.

이러한 요소들을 신중하게 평가하고 특정 문제, 접촉 표면의 예상 동작, 분석을 위한 원하는 정확도 및 계산 효율성 수준에 따라 적절한 슬라이딩 가정을 선택하는 것이 중요합니다. (유한 슬라이딩 대 작은 슬라이딩)

먼저, 작고 유한한 슬라이딩에 대한 정의를 내려보겠습니다.

유한한 미끄러짐은 접촉 표면의 임의의 움직임이 허용된다는 것을 의미합니다.

작은 미끄러짐이란 두 물체가 접촉하여 큰 움직임을 할 때 두 표면 사이에서 상대적으로 작은 미끄러짐이 발생하는 것을 의미합니다. 또는 표면의 절대 운동과 상대 운동이 모두 작다고 가정합니다.

작은 슬라이딩은 페널티 접촉 알고리즘과 셀프 접촉에 사용될 수 없습니다.

표면 사이의 움직임이 작다고 확신할 때 작은 슬라이딩을 사용합니다. 이 공식을 사용하면 문제를 더 빨리 해결할 수 있지만, 오류가 발생하고 무한 마스터 표면이 생성될 수 있으므로 신중하게 사용해야 합니다.

작은 슬라이딩을 사용하는 방법에는 GUI를 통하는 방법과 입력 파일을 이용하는 방법 두 가지가 있습니다(그림 1과 2 참조).

그림 1: GUI를 통한 작은 슬라이딩 선택

그림 2: 입력 파일을 통한 작은 슬라이딩