오일러리안 아바쿠스 및 CEL 모델링

오일러 아바쿠스 방법

오일러 방법은 유체 역학 문제를 분석하는 데 사용되는 수치 기법입니다. 이 접근법에서는 유체를 고정된 격자로 취급하며, 유체가 격자를 통과하는 동안 노드는 고정된 상태를 유지합니다. 이 방법은 메시 왜곡 없이 유체 역학을 시뮬레이션할 수 있으므로 큰 변형이나 높은 변형률 속도가 관련된 문제를 다룰 때 특히 유용합니다. 오일러 Abaqus 모델링에 대해서는 여기에서 자세히 설명합니다.

오일러 Abaqus 방법은 유체-구조 상호작용, 즉 구조물에 대한 유체의 충격이나 용기 내 유체의 거동을 해석하는 데 사용할 수 있습니다. Abaqus에서 오일러 방법을 사용하려면 먼저 오일러 요소를 사용하여 원하는 형상의 메시를 생성해야 합니다. 그런 다음 적절한 상태 방정식을 사용하여 유체의 재료 거동을 정의합니다. 마지막으로 경계 조건과 하중을 적용하고, 유한 요소법과 같은 적절한 수치 해석 방법을 사용하여 시스템을 해석합니다.

오일러 방법은 복잡한 유체 역학 문제를 메시 왜곡이나 요소 왜곡 없이 효율적으로 시뮬레이션할 수 있는 방법을 제공하기 때문에 중요합니다. 메시 왜곡이나 요소 왜곡은 부정확한 결과를 초래할 수 있습니다. 또한, 고속 충돌이나 폭발 현상을 포함한 광범위한 유체-구조물 상호작용을 분석하는 데 사용할 수 있습니다. 오일러 Abaqus 방법은 유체의 거동을 정확하게 예측함으로써 파이프라인, 댐, 해양 플랫폼과 같이 유체와 상호 작용하는 구조물의 설계 및 안전성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

워크숍 1: 표면 폭발에 의한 지하 박스 터널의 손상 분석

최근 터널 구조물의 안전은 외부 테러 활동으로 인해 심각한 타격을 받고 있습니다. 이러한 사고를 적시에 감지하고 예방할 수 있는 적절한 조치가 부족하기 때문입니다. 지표면 폭발에 노출된 지하 박스 프레임 터널의 거동을 조사하기 위해 ABAQUS 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션을 수행했습니다. 이 시뮬레이션에서는 명시적 해석을 사용하여 TNT 파동을 공기와 토양을 통해 전파하여 콘크리트 터널에 응력을 발생시켰습니다.

워크숍 2: 내부 폭발 시 철근 콘크리트 격납구조물의 손상 메커니즘 및 대응

원자력 발전소의 운영 수명 기간 동안 발생할 수 있는 지진, 대형 화재, 제트기 충돌과 같은 심각한 내부 또는 외부 사고 발생 시 통제되지 않은 방사성 물질 방출로부터 주민과 환경을 보호하기 위해 철근 콘크리트 격납고를 건설하고 운영하는 것은 필수적입니다. 특정 거리 규모에서 폭발 하중 매개변수에 대한 철근 콘크리트 격납고의 반응을 정확하게 결정하는 것은 필수적입니다. 폭발 충격파의 상호작용을 모델링하는 데 필요한 대부분의 매개변수는 이용 가능하며 광범위하게 문서화되어 있습니다. 이 튜토리얼에서는 다양한 거리 규모에서 내부 폭발 하중을 받는 철근 콘크리트 격납고의 동적 반응 및 손상 메커니즘을 조사합니다. 콘크리트 균열 정도, 항복 후 철근 및 콘크리트의 응력, 그리고 처짐은 격납고 내부 폭발의 영향을 측정하는 척도로 제시됩니다. 이 튜토리얼에서는 특히 RC 콘크리트 용기 내에서 발생하는 Abaqus CEL 폭발을 검토하고, 체적 분율법을 구현하여 오일러리안 Abaqus 폭발을 모델링했습니다.

워크숍 3: Euler-Lagrange 결합법을 이용한 폭발 하중을 받는 액체 저장 탱크 동적 해석

인류 문명은 전 세계적으로 테러 공격의 위협이 증가하고 있습니다. 지난 20년 동안 상업 지구, 지하철역, 번화한 도로와 같은 인구 밀집 지역에서 발생한 폭탄 폭발은 세계 곳곳에서 상당한 인명 피해와 재산 피해를 초래했습니다. 그러나 복잡한 재료 거동, 하중, 그리고 비선형성으로 인해 많은 주요 사회 기반 시설의 폭발 대응은 여전히 제대로 이해되지 않고 있습니다. 이러한 주요 사회 기반 시설의 한 예는 액체 저장 탱크입니다. 액체 저장 탱크는 모든 사회에서 물, 우유, 액화 석유, 그리고 산업 분야에서 화학물질을 저장하는 필수적인 구성 요소입니다. 이러한 구조물에 대한 폭발 하중은 물과 우유 공급에 차질을 초래하고, 화학물질 확산으로 인한 건강 위험, 그리고 액체 연료 확산으로 인한 화재 위험을 초래할 수 있습니다. 따라서 수치 시뮬레이션을 통해 폭발 하중 하에서 액체 저장 구조물의 동적 거동을 이해하는 것이 중요합니다. 본 연구에서는 Abaqus 소프트웨어를 사용하여 다양한 탱크 종횡비에 따른 강철 물 저장 탱크의 3차원 유한 요소 시뮬레이션을 제시합니다. 이 튜토리얼에서는 물로 가득 찬 탱크 위에서의 폭발 시뮬레이션 모델링 절차를 간략하게 설명합니다. 폭발 효과를 모델링하기 위해 CONWEP(Concurrent Wave Engineering) 기법을 적용했습니다. 물은 폭발 중 출렁임을 시각화하기 위해 오일러리안 아바쿠스(Eulerian Abaqus) 요소로 모델링되었고, 탱크는 쉘 요소(Shell Element)를 사용하여 모델링되었습니다.

워크숍 4: Abaqus CEL 방법을 사용하여 내부 폭발 하중을 받는 터널 동적 해석

이 튜토리얼에서는 Abaqus의 CEL 방법을 사용하여 내부 발파 하중을 받는 토사 터널의 동적 해석을 탐구합니다. 콘크리트 터널은 솔리드 파트로 모델링되고, 도메인은 오일러리안 Abaqus 파트로 표현됩니다. 또한, TNT와 토사는 솔리드 파트로 모델링되고, 와이어 파트는 보를 나타냅니다.

도로, 철도, 공공시설, 상수도관을 포함한 지하 터널은 사회 기반 시설의 필수적인 구성 요소입니다. 그러나 최근 수십 년 동안 이러한 터널 내에서 발생하는 테러 활동으로 인한 폭발 사고 위협이 증가하여 인간의 안전에 심각한 위협을 초래하고 있습니다. 터널 내부 폭발은 충격파가 터널 벽에 다중 반사되어 충격파가 전달되는 방식으로 인해 특히 위험할 수 있습니다. 이러한 사고로부터 터널을 보호하려면 폭발 하중을 견딜 수 있도록 설계해야 하며, 이를 위해서는 실험적 및 수치적으로 터널의 폭발 하중 반응을 철저히 이해해야 합니다. 본 연구는 폭발 하중을 받는 터널의 고급 수치 해석에 중점을 두고 잠재적 테러 위협에 대한 안전성과 복원력을 향상시키는 것을 목표로 합니다.

본 연구에서는 보, 토양, TNT 및 콘크리트 터널에 사용된 재료를 특정 특성에 따라 선정했습니다. 보는 탄소성 거동과 연성 손상 기준을 갖는 강으로 만들어졌고, 토양은 탄성 및 Mohr-Coulomb 소성으로 모델링되었습니다. TNT는 JWL 상태 방정식을 사용하여 설명되었고, 콘크리트 터널은 고압 및 파괴 가능성으로 인해 Johnson-Holmquist 모델을 사용하여 모델링되었습니다. 이러한 유형의 해석에는 동적 명시적 절차가 적합한 것으로 간주되었습니다. 도메인의 모든 접촉에는 일반 접촉을 사용했고, 콘크리트 호스트 내부의 보에는 매립 영역을 사용했습니다. Eulerian Abaqus 모델에서 TNT의 위치와 양을 결정하기 위해 체적 분율 방법이 사용되었습니다. 적절한 경계 조건은 Eulerian 도메인과 콘크리트 터널에 할당되었습니다. 메시 크기는 결과에 상당한 영향을 미쳤으며 더 작은 메시 크기가 필요하다고 간주되었습니다.

시뮬레이션이 완료되면 콘크리트 손상, 응력, 보 손상, 변형률 등의 변수를 포함한 모든 결과를 얻을 수 있습니다.

워크숍 5: Eulerian Abaqus 시뮬레이션을 이용한 수주 붕괴 시뮬레이션

이 워크숍에서는 순수 오일러 아바쿠스 해석 기법을 사용하여 대변형을 수반하는 동적 유체 유동 사건을 모델링합니다. 이 사건은 중력 하중 하에서 수주가 붕괴되는 현상을 포함합니다. 물과 수역을 모델링하기 위해 오일러 부분 하나만 생성했습니다. 동적 명시적 방법은 오일러 아바쿠스 해석에 적합하며, 수주의 높이를 고려하여 지구정역학적 응력을 적용했습니다.

워크숍 6: CEL 방법을 이용한 3D 직교 시뮬레이션

현재 절삭을 위한 유한요소 모델의 대부분은 2차원 평면 변형 직교 절삭 구성으로 제한되어 있습니다. 이는 공정의 기본적인 측면을 연구하는 데 유용하지만, 실제 절삭 작업을 완전히 표현하지는 못합니다. 반면, 3차원 모델은 일반적으로 직선이 아닌 절삭날을 가진 2차원 공구 경로를 포함하며, 2차원 직교 절삭 바로 다음 단계인 3차원 직교 절삭은 거의 다루어지지 않습니다. 높은 복잡성과 다양한 현상의 연관으로 인해, 이 공정은 모델의 기하학적 어려움과 자유도를 줄이기 위해 주로 직교 절삭으로 연구됩니다. 그러나 큰 변형률, 변형률 속도, 높은 온도 및 온도 구배, 마찰과 같은 물리적으로 연결된 현상은 여전히 고려되고 해결되어야 합니다. 이로 인해 수많은 논문이 발표되었습니다. 이 문제를 해결하기 위해 이 영상에서는 직교 절삭 시뮬레이션을 위한 3차원 유한요소 커플링 오일러-라그랑지안(CEL) 모델을 소개합니다.

금속 절삭 모델링에서 잘 알려진 존슨-쿡 구성 모델은 Ti6Al4V 티타늄 합금 소재의 거동을 설명하는 데 사용됩니다. 존슨-쿡 소재 모델은 빠른 하중 속도에서 발생하는 높은 변형률을 해석하는 데 적합합니다. 본 연구에서는 온도에 대한 존슨-쿡 방정식을 고려합니다. 이러한 유형의 해석에는 동적 온도 명시적 해석(Dynamic Temp Explicit)이 적합하며, 부피 분율 해석(Volume Fraction)은 소재의 초기 부피를 정의하는 데 사용됩니다.

워크숍 7: 구리 두 조각의 FSW

이 파일에는 마찰 교반 용접 공정을 단계별로 설명하는 CAE 파일과 동영상이 포함되어 있습니다. 두 개의 구리 조각에는 오일러리안 아바쿠스 요소가 사용되었으며, 공구에는 라그랑주 요소가 사용되었습니다. 해석 과정에서 두 조각의 온도 분포를 관찰할 수 있습니다.

마찰교반용접(FSW)은 비소모성 용접 공구와 접촉하는 두 부품의 마찰 가열 및 소성 변형을 수반하는 접합 공정입니다. FSW 실험은 시간과 비용이 많이 소요될 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 몇 년 동안 수치 해석의 활용이 점차 증가하고 있습니다. FSW와 관련된 복잡한 열역학적 현상을 더 잘 이해하기 위해 다양한 단순화된 수치 모델이 개발되었습니다.