ABAQUS에서의 복합 압력 용기 시뮬레이션

필라멘트 와인딩 복합 압력 용기(CPV) 분석.

압력 용기는 가스 및 연료 저장 등 다양한 산업 분야에서 그 중요성과 응용성이 높아 다양한 제조 방식으로 개발됩니다. 본 교육 자료는 복합재 압력 용기 제작을 위한 권취 방법을 설명합니다. 또한 평면 권취, 지오데식 권취, 등텐소이드 권취 방정식을 자세한 내용과 매개변수 정의와 함께 제시합니다. 이 방정식들은 용기의 다양한 부분에서 권취 각도와 두께에 대한 것입니다. 본 교육 자료는 복합재 압력 용기의 전체 해석을 다룹니다.

아시다시피, 와인딩 시뮬레이션은 돔의 각 부분에서 각도와 두께가 변하기 때문에 가장 중요한 문제입니다. CPV를 시뮬레이션하는 한 가지 방법은 용기의 돔을 분할하는 것입니다. 그런 다음 계산된 두께와 각도를 돔에 할당해야 합니다. 정확한 결과를 얻으려면 특히 끝부분 돔에 많은 분할을 생성해야 합니다. 이 영역에서 각도와 두께가 순간적으로 변하기 때문입니다. 반면, 최적의 복합 압력 용기를 찾기 위해서는 많은 시뮬레이션을 수행해야 하며, 분할 방법은 많은 시간이 소요됩니다. 따라서 Python 스크립팅을 사용하여 이 문제를 해결하고 정확한 결과로 많은 CPV를 빠르게 시뮬레이션합니다. 이 교육 패키지에는 자동 모델링을 위한 Python 스크립팅과 Fortran 언어를 사용한 UMAT 서브루틴이 포함되어 있어 점진적인 퍽 고장을 감지할 수 있습니다.

워크숍 1: Abaqus GUI를 사용한 평면 복합 압력 용기 시뮬레이션

먼저, 워크숍 1에서는 평면 와인딩을 사용하여 제작된 복합재 압력 용기를 시뮬레이션합니다. 이 용기를 시뮬레이션하기 위해 Abaqus 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 사용합니다. GUI를 사용하려면 먼저 용기 돔을 따라 와인딩 각도와 두께가 변하기 때문에, 이러한 변화를 적용하기 위해 돔을 여러 개의 파티션으로 나누어야 합니다. 그런 다음, Matlab 프로그램을 사용하여 돔의 각 파티션에 대한 와인딩 각도와 두께를 계산합니다. Matlab 프로그램의 이해를 돕기 위해 해당 프로그램의 흐름도를 제시합니다. 그 후, 돔의 각 파티션에 대해 Abaqus에서 수동으로 레이어링을 수행합니다. 또한, 이 시뮬레이션에서 복합재 손상을 모델링하기 위해 Tsai-Hill 모델을 사용합니다.

워크숍 2: Python 스크립트를 사용한 지오데식 복합 압력 용기의 자동 시뮬레이션

이 워크숍에서는 Abaqus 유한요소 소프트웨어에서 지오데식 와인딩 패턴을 갖는 복합 압력 용기를 시뮬레이션합니다. 앞서 언급했듯이, 용기는 Python 프로그램을 사용하여 시뮬레이션되며, 이 프로그램의 작성 및 사용 방법을 자세히 설명합니다. 이 Python 스크립트는 Abaqus 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 사용하지 않고도 용기의 관련 치수만 입력하면 압력 용기를 자동으로 시뮬레이션할 수 있도록 도와줍니다. 따라서 이 프로그램을 사용하면 더 이상 Abaqus 소프트웨어에서 용기를 그리거나 다른 시뮬레이션 단계를 수행할 필요가 없습니다. 또한, Python 스크립트의 프로세스를 더 잘 이해하기 위해 흐름도를 작성하여 제시합니다.

이 방법에서 와인딩 각도를 계산하려면 돔에서 섬유 이동 경로를 검토하고 각 지점에서 섬유에 가해지는 힘을 결정해야 합니다. 따라서 섬유 경로와 섬유에 가해지는 힘을 검토하여 용기의 어느 지점에서든 와인딩 각도와 두께를 계산할 수 있습니다. 이 작업 역시 Python 스크립트를 통해 수행됩니다. 또한, Python 프로그램을 사용하면 각 요소의 좌표를 기반으로 계산된 두께와 와인딩 각도를 지정할 수 있습니다. 예를 들어, 이 워크숍의 마지막 부분에서는 Python 스크립트와 Tsai-Hill 파괴 기준을 사용하여 압력 용기를 시뮬레이션합니다. 용기의 응력 분포를 포함한 이 시뮬레이션 결과를 보여줍니다.

워크숍 3: Python 스크립트를 이용한 등위면 복합 압력 용기의 자동 시뮬레이션

등텐소이드 필라멘트 와인딩은 지오데식 방법과 매우 유사합니다. 와인딩 각도와 두께는 지오데식 방법과 정확히 동일하게 계산되지만, 이 방법과 지오데식 방법의 차이점은 맨드렐의 모양입니다. 등텐소이드 방법에는 두 가지 중요한 가정이 있습니다. 첫째, 압력은 섬유만 견딘다는 것, 둘째, 모든 섬유가 압력을 동등하게 견딘다는 것입니다. 이러한 가정은 실제로 적용되지는 않지만, 허용 가능한 범위 내에서는 달성할 수 있습니다. 얇은 벽을 가진 혈관의 응력 해석 계산에서 이러한 가정을 고려하면 돔 윤곽을 결정하는 방정식을 얻을 수 있습니다. Python 스크립트에서 이 방정식을 풀려면 수학적 모델을 추가해야 하며, 이 워크숍에서도 이에 대해 설명합니다. 이전 워크숍과 마찬가지로, 이 워크숍에서는 와인딩 과정, 두께 결정 및 결과 검토를 수행합니다. 그리고 이 워크숍은 여러분이 활용할 수 있습니다.

물론, 당신은 사용할 수 있습니다 반측지선 와인딩을 이용한 복합 압력용기 해석 압력 용기를 설계하기 위한 또 다른 섬유 권취 방법에 대해 알아보려면 패키지를 참조하세요.

워크숍 4: UMAT 서브루틴을 사용한 퍽 기준이 적용된 복합 압력 용기의 파손 분석

퍽 파괴 이론은 다양한 파괴 이론들 중에서 파괴 시작을 식별하는 가장 효과적인 기준으로 선정되어 도입되었습니다. 퍽 기준은 다양한 층 파괴 메커니즘을 파악하고 각 유형의 파괴가 적층판에 미치는 영향을 정량화하는 데 도움이 됩니다. 아래에서는 이 기준의 방정식을 도출합니다. 퍽 기준은 섬유 간 파괴를 결정하는 특정 매개변수를 설정하고, 인가 하중 하에서 주어진 섬유의 잠재적 파괴 모드를 제시합니다. 퍽 이론은 섬유 파괴를 인장 섬유 파괴(FFT)와 압축 섬유 파괴(FFC)의 두 가지 모드로 구분하고 각 모드에 대한 별도의 공식을 제공합니다. 또한, 이 이론은 매트릭스 파괴에 대한 세 가지 파괴 모드를 예측합니다. 첫 번째 모드는 파괴각이 0인 인장 섬유 간 파괴(IFFA)입니다. 두 번째 모드는 파괴각이 0인 압축 섬유 간 파괴(IFFB)입니다. 세 번째 모드는 파괴각이 0이 아닌 압축 섬유 간 파괴(IFFC)이며, 퍽 이론을 통해 이 두 모드도 예측할 수 있습니다.

다음 단계에서는 Puck 기준에 의해 예측된 모든 파괴 모드가 UMAT 서브루틴을 사용하여 구현됩니다. 이 패키지에서는 Abaqus 소프트웨어 설명서를 사용하여 UMAT 서브루틴의 여러 부분과 사용 방법을 자세히 설명합니다. 일반적으로 이 서브루틴에서는 Puck 이론을 실행하는 데 필요한 방정식과 입력을 입력하여 각 증분에서 강성 행렬과 응력 행렬을 계산합니다. Puck 기준을 사용하면 이 서브루틴은 섬유 파괴 모드에 대한 조건이 충족되는 경우 감소된 강성 행렬을 계산할 수 있습니다. 또한 UMAT 서브루틴의 프로세스를 더 잘 이해하기 위해 흐름도를 작성하여 제시합니다. 워크숍 4의 마지막 섹션에서는 워크숍 1과 워크숍 2에서 Tsai-Hill 기준을 사용하여 시뮬레이션한 동일한 압력 용기를 다시 시뮬레이션하는데, 이번에는 Puck 기준을 사용합니다. Puck 이론을 기반으로 다양한 섬유 파괴 및 섬유 간 파괴 모드에 대한 이 시뮬레이션의 결과가 표시되었습니다. UMAT 서브루틴을 더 잘, 더 포괄적으로 배우려면 UMAT 서브루틴(VUMAT 서브루틴) 소개 패키지를 사용하면 됩니다.

이 패키지에 대한 자세한 정보가 필요하시면 이 페이지 왼쪽의 온라인 채팅을 통해 문의해 주세요. 또한, 이 패키지에 사용된 모든 파일을 이용하실 수 있습니다. 구매 후에는 Python, Matlab, Abaqus 및 서브루틴 파일에 접근할 수 있습니다.

보는 것이 도움이 될 것입니다 Abaqus 문서 Abaqus 시뮬레이션을 시작하기가 얼마나 어려운지 이해하려면 Abaqus 튜토리얼.

또한, 서브루틴을 작성하는 방법에 대한 일반적인 설명은 다음 제목의 기사에서 제공됩니다. “Abaqus에서 서브루틴 작성 시작하기: 기본 사항 및 권장 사항“. FORTRAN에 대해 전혀 모르더라도 이 글을 통해 기본 사항을 배울 수 있습니다. “"서브루틴 작성을 위한 Abaqus Fortran "필수 지식""“. UMAT 작성을 시작하려면 이 기사도 참고해 보세요. “"Abaqus에서 첫 번째 UMAT 쓰기 시작하기"”.