지멘스가 Simcenter 기계 솔루션으로 전동화 및 항공우주 설계를 위한 시뮬레이션 기능을 확장했다.

지멘스디지털인더스트리소프트웨어(Siemens Digital Industries Software)는 기계 시뮬레이션을 위한 Simcenter 소프트웨어의 최신 릴리스를 발표했다. 최신 릴리스를 활용하면 전동화 엔지니어링 프로젝트를 간소화하고, 새로운 항공기가 안전마진을 충족하도록 지원하며, 다양한 산업 분야에서 내구성 테스트를 단순화할 수 있다.

지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어의 시뮬레이션 및 테스트 솔루션 부문 수석 부사장 장클로드 에르콜라넬리(Jean-Claude Ercolanelli)은 “더 강력하면서도 친환경적이고 더 가벼우면서도 더 강한 제품을 개발하는 것과 같은 복잡한 엔지니어링 문제를 해결하려면 완전히 통합된 CAE 솔루션이 필요하다. Simcenter의 최신 릴리스는 이전보다 효율적이고 훨씬 빠르게 과제를 해결할 수 있도록 강화된 여러 가지 강력한 기능을 제공한다. 강화된 기능을 통해 타이어 접촉 시뮬레이션을 45% 빠르게 풀거나 기체 구조 사이징 프로세싱을 최대 80% 줄일 수도 있다”고 말했다.

이번 릴리스의 주요 기능은 모든 산업 및 워크플로에 적용되며 Simcenter 제품군에 새로운 기능을 제공한다. 주요 내용은 다음과 같다.

•적층 제조(AM)를 탐구하기 위해서는 빌드 프로세스 시뮬레이션이 필수적이다. 특히 금속 기반 파우더 베드 융합 생산 방식을 다룰 때 더욱 그렇다. 프로세스의 복잡한 특성으로 인해 일반적으로 AM 엔지니어는 숙련된 CAE 전문가와 협력해야 한다. 지멘스 Simcenter 3D 소프트웨어의 최신 릴리스는 심층적인 CAE 전문 지식이 없는 엔지니어도 쉽게 사용할 수 있는 간소화된 PBF(파우더 베드 융합) 빌드 프로세스 시뮬레이션용 애플리케이션을 도입했다. 애플리케이션을 통해 백그라운드에서 강력한 복셀(voxel) 기반 메시(mesh)를 사용해 PBF 빌드 프로세스를 신속하게 모델링하고 시뮬레이션할 수 있다. 이로써 부품이 성공적으로 빌드되는지 여부를 잘 이해할 수 있으며, 이후 Simcenter 3D를 사용해 CAE 전문가가 더 자세한 분석을 수행할 수 있으므로 협업 또한 강화된다.

•Simcenter 3D 내에서 직접 원격 HPC 시스템에서 시뮬레이션을 시작할 수 있는 기능이 도입돼 이제 원격 시뮬레이션 인터페이스(Remote Simulation Interface)에서 직접 시뮬레이션 결과를 검토할 수 있게 됐다. 이를 통해 엔지니어는 심층 평가를 위한 대규모 결과 파일을 로컬 워크스테이션으로 다시 전송하기 전에 시뮬레이션 연구가 올바르게 실행되었는지 확인할 수 있다.

전동화는 자동차 산업 전반의 주요 추세이며, 새로운 전기차(EV) 파워트레인의 개발은 전기 모터 설계, 변속기 분석, NVH 및 음향 등의 사일로로 세분화되는 경향이 있다. Simcenter 기계 시뮬레이션 도구는 EV 파워트레인 개발을 위해 각 분야 간 중요한 하중, 설계 및 모델 정보가 쉽게 이동할 수 있도록 지원함으로써 사일로 해소를 도울 수 있다. EV 개발 외에도 이번 릴리스의 추가적인 새로운 기능은 NVH에서부터 타이어와 윈드실드 와이퍼 성능에 이르기까지 또 다른 자동차 애플리케이션의 시뮬레이션을 개선한다. 주요 특징은 다음과 같다.

•Simcenter 3D의 새로운 접촉 패턴 디스플레이는 와이퍼 접촉 패턴의 분석을 지원한다. 와이퍼를 접촉 요소와 결합된 유연체로 모델링함으로써 사용자가 새로운 접촉 패턴 디스플레이로 앞유리를 가로지르는 와이퍼 힘의 결과를 쉽게 분석할 수 있게 하여, 시간과 비용이 많이 드는 물리적 테스트 없이 힘이 얼마나 일관되게 또는 일관되지 않게 분배되는지 그리고 와이퍼 설계가 예상대로 작동하는지 알 수 있게 한다.

•마지막으로 최신 버전의 지멘스 Simcenter Tire 소프트웨어에는 주행 시뮬레이터 및 HIL(Hardware-in-the-Loop) 셋업에 필요한 고충실도 타이어 모델을 구축하는 데 필요한 대량의 도로 데이터 교환을 줄이기 위해 도로 접촉 알고리즘이 업데이트되었다. 이는 계산 성능이 최대 45% 향상되어 실시간 애플리케이션에서 고충실도 타이어 모델을 사용할 수 있음을 의미한다.

항공우주 산업의 경우, Simcenter 3D의 새로운 기능을 통해, 얇은 항공기 스킨의 거동을 시뮬레이션하고 신속하게 안전 마진을 계산하는 데 필요한 모델의 수를 줄일 수 있다. 새롭게 개선된 기체 애플리케이션 기능 외에도 엔지니어가 연료 탱크의 액체 슬로싱(sloshing)을 시뮬레이션하여 로켓 발사 역학을 더 잘 이해하도록 도울 수 있다. 주요 내용은 다음과 같다.

•새로운 표준 계산 템플릿이 Simcenter 3D 내의 안전 마진 분석 도구에 추가됐다. 새로운 템플릿은 일련의 규칙에 따라 모든 입력값을 자동으로 미리 채우므로 엔지니어는 계산을 적용할 지오메트리를 선택하기만 하면 된다. 기존의 사용자 지정 스크립트 개발 및 관련 유지 관리 비용에 대한 의존도가 제거된다.

•Simcenter Nastran 소프트웨어의 새로운 기능 중 하나는 하중이 인장(멤브레인)이냐 압축(전단)이냐에 따라 강성 거동이 다른 얇은 외피 기체 구조에 대한 유한요소 모델을 지원한다. 오늘날 엔지니어는 일반적으로 모든 다양한 하중 조건을 고려하기 위해 여러 유한요소 모델과 속성을 생성한다. 새로운 tension-only-quad 요소는 멤브레인 거동에서 전단 거동으로 자동 변경되므로 기체 구조를 나타내는 데 단일 모델만을 요한다. 이를 통해 시뮬레이션 프로세싱 시간이 최대 80%까지 단축된다.

•저장 탱크의 액체 연료 슬로싱 역학은 항공우주 및 로켓 응용 분야에 국한되지는 않지만 유도 시스템에 문제를 일으킬 수 있다. Simcenter Nastran의 이번 최신 릴리스에서 새로운 비압축성 유체 모델은 슬로시 주파수 및 유체 탄성 모드를 예측하는 데 도움이 된다. 아울러 다른 산업 분야에서는 대형 선박, 자동차, 철도 차량 등의 화물, 밸러스트 또는 연료 탱크의 슬로싱을 평가하는 데에도 사용될 수 있다.

산업용 기계 산업의 경우 기계 가동 시간이 주요 동인임에도 기계를 한계까지 물리적으로 테스트할 시간이나 자원이 부족한 경우가 많다. 여기서 Simcenter는 전문 지식 없이도 내구성 예측을 지원하는 새로운 기능을 제공한다. 주요 내용은 다음과 같다.

•Simcenter 3D를 활용하면 강도(strength) 해석을 간소화하고 자동화하여 별도의 도구 세트와 지식 없이도 적절한 내구성을 평가할 수 있다. 또한 Simcenter 3D는 산업 표준 FKM 지침을 준수하는 데 필요한 매개변수를 자동으로 계산한다. 이를 통해 엔지니어는 스트레스 해석 결과를 바탕으로 내구 해석을 바로 수행할 수 있고, 궁극적으로 기계의 작동 요구 사항을 충족하도록 도울 수 있다.

•산업용 전력 변압기는 엄격한 소음 방사 표준을 충족하는 동시에 변압기 개발을 위한 EMAG-Acoustics 모델에 적합해야 한다. 이제 Simcenter 3D에서 변압기 소음을 유발하는 복잡한 다분야 자기 변형 효과(multi-disciplinary magnetostriction effects) 시뮬레이션을 매우 빠르고 정확하게 수행할 수 있다. 또한 계산된 힘은 단일 환경 내에서 전자기학과 음향 성능 시뮬레이션을 가능하게 하는 소음 및 진동 평가에 모두 사용할 수 있다.

•마지막으로 고속으로 회전하며 진동하기도 하는 회전축을 갖는 산업 기계가 있다. 엔지니어는 다양한 작동 속도에서 진동 주파수를 이해하기 위해 로터 역학(rotor dynamic) 시뮬레이션과 캠벨(Campbell) 다이어그램을 사용하지만, 이는 일반적으로 선형 시스템에만 적용된다. Simcenter 3D를 이용하면, 비선형 부싱(bushing)이 포함된 비선형 시스템이 작동할 때 비선형 조화 응답 중에 콤플렉스 모드(complex mode)를 계산하여 캠밸 다이어그램을 생성해 비선형 시스템의 임계 속도를 평가할 수 있으므로 복잡한 회전 구성 요소를 더 잘 이해할 수 있다.