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RecurDyn 솔버에 적용되어 있는 유연 다물체 동역학에 대한 해석기술
Analysis Method for Multi-Flexible-Body Dynamics Solver in RecurDyn 원문보기

대한기계학회 논문집. C, 산업기술과 혁신, v.3 no.2, 2015년, pp.107 - 115  

최주환 (펑션베이(주)) ,  최진환 (경희대학교 기계공학과)

초록
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유연 다물체 동역학은 실제 시스템을 가능한 유사하게 수치화하여 해석할 수 있기 때문에 일반 동역학 연구에 대한 차세대 주제로 각광을 받고 있다. 이러한 유연 다물체 동역학에 대한 해석 기술은 리커다인이라는 상용 소프트웨어에 효과적으로 적용되어 있는데, 특히 강체와 유연체를 통합하여 하나의 솔버에서 해석을 할 수 있는 특징을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 리커다인의 유연 다물체 동역학 솔버의 기술들을 살펴보고자 한다. 기본적으로 리커다인의 유연 다물체 동역학 해법은 동시회전 기법을 사용하는 증분 유한요소 정식화를 기존의 순환공식을 이용한 동역학 정식화에 결합함으로써 구현되어 진다. 이 과정에서 강체와 유연체 사이의 조인트나 힘 요소 등의 효율적 처리를 위해 가상 바디와 유연체 조인트 개념이 사용된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The analysis of multi-flexible-body dynamics (MFBD) has been an important issue in the area of the computational dynamics. This technique has been developed and improved in RecurDyn solver. This paper reviews the formulation which is applied in the RecurDyn solver. Basically, in order to solve the m...

주제어

#리커다인   #유연 다물체 동역학   #증분 유한요소 정식화   #동시회전 기법   #가상 바디   #유연체 조인트  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 한편, 강체 동역학 정식화에 있어서는 순환공식을 이용한 운동방정식을 이용하여 보다 효과적인 해석이 수행될 수 있도록 하였고, 이들 강체와 유연체를 통합한 것이 리커다인 MFBD 솔버라 할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 MFBD 솔버의 주요 요소를 소개하고자 한다.
  • 결과적으로 리커다인은 강체 동역학 모델과 유연체 동역학 모델, 그리고 이들을 자동으로 연결하는 가상바디와 유연체 조인트를 사용하여 하나의 솔버에서 유연 다물체 동역학 문제를 해석할 수 있는 통합환경을 제공함으로써, 보다 쉽고 자연스러운 모델링과 해석을 진행할 수 있도록 하였다. 본 논문에서는 이러한 과정에서 사용된 중요한 개념들에 대해 살펴보았다.

가설 설정

  • 2 개의 강체 바디들은 하나의 조인트로 연결되어 있고, 하나의 힘 요소가 강체 바디 j 에 작용하고 있다고 하자. 또한, 사용된 조인트는 순환공식의 스패닝트리(spanning tree)상에서 두개의 바디를 연결하는 조인트라 가정하자. 첨자 i 는 순환공식의 스패닝트리(spanning tree)상에서 정의 되는 바디 j 의 인보드(inboard) 바디를 의미한다.
  • 순환공식에 대한 효과적인 설명을 위해 Fig. 1 과 같이 2 개의 인접하고 있는 강체 바디가 3 차원 공간 상에 존재한다고 가정한다. 2 개의 강체 바디들은 하나의 조인트로 연결되어 있고, 하나의 힘 요소가 강체 바디 j 에 작용하고 있다고 하자.
  • 이때 유의할 점은 유연체에 존재하는 많은 수의 노드들 중 조인트에 의해서 연결되는 노드는 하나이며, 리커다인에서는 그 노드를 바디처럼 인식한다는 점이다. 이러한 상황에서, 2 개의 바디(하나는 강체이며 다른 하나는 유연체에 존재하는 노달 바디임)가 조인트에 의해 연결되어져 있으며 외력 Q가 유연체의 노드에 작용하고 있는 상황이라 가정하자. 2 장에서 설명된 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유연 다물체 동역학이 일반 동역학 연구에 대한 차세대 주제로 각광을 받고 있는 이유는 무엇인가? 유연 다물체 동역학은 실제 시스템을 가능한 유사하게 수치화하여 해석할 수 있기 때문에 일반 동역학 연구에 대한 차세대 주제로 각광을 받고 있다. 이러한 유연 다물체 동역학에 대한 해석 기술은 리커다인이라는 상용 소프트웨어에 효과적으로 적용되어 있는데, 특히 강체와 유연체를 통합하여 하나의 솔버에서 해석을 할 수 있는 특징을 가지고 있다.
MFBD 시스템은 무엇인가? 이러한 통합해석 분야를 가장 먼저 효과적으로 제품화한 상용 소프트웨어가 리커다인이며 리커다인에서는 이를 MFBD(multi-flexible-body dynamics)라 한다.(1~3) 일반적으로 MFBD 시스템이라 함은 다양한 강체 바디들과 유연체 바디들 그리고 이러한 바디들 사이에 존재하는 조인트 요소나 힘 요소, 접촉 요소를 모두 포함할 수 있는 시스템 레벨의 모델이라 할 수 있다. 또한, 동역학의 기본 특성인 비선형, 대변위, 대변형, 대회전 등과 같은 요소들이 기본적으로 포함되어 해석되어야 하는 시스템이기도 하다.
증분법의 주요 개념은 무엇인가? 동시회전 기법(corotational procedure)을 기반으로 한 증분법(incremental formulation)은 주로 비선형 대회전 구조해석 문제의 해결을 위해 유한요소 해석에서 많이 사용되어져 왔다. 이 방법의 주요 개념은 지속적으로 병진과 회전을 하고 있는 유한요소에 대해 유한요소와 함께 움직이는 국부 요소좌표계(local element reference frame)를 사용함으로써, 유한요소의 강체 운동(rigid body motion)과 순수 변형(pure deformation)을 분리하여 해석을 진행하는 것으로 유한요소 정식화와는 독립적으로 처리될 수 있다. 결과적으로, 유한요소의 병진/회전과 같은 강체 운동에 대한 부분은 국부 요소좌표계를 사용함으로써 전체 변위장(global displacement field)에서 제거될 수 있고, 이를 통해 응력/변형률에 직접적인 영향을 주는 순수 변형을 정의하여 유한요소 정식화 및 해석을 수행할 수 있다.
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참고문헌 (8)

  1. 2014, RecurDyn $^{TM}$ Help Library, FunctionBay, Inc., http://www.functionbay.co.kr. 

  2. Choi, J., 2009, A Study on the Analysis of Rigid and Flexible Body Dynamics with Contact, PhD Dissertation, Seoul National University, Seoul. 

  3. Choi, J., Ryu, H. S., Choi, J. H., 2009, Multi Flexible Body Dynamics Using Incremental Finite Element Formulation, ECCOMAS Thematic Conference, Warsaw, Poland, 29 June - 2 July. 

  4. Wempner, G., 1969, Finite Elements, Finite Rotations and Small Strains of Flexible Shells, International Journal of Solids and Structures, 5, pp. 117-153. 

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  5. Belytschko, T. and Hsieh, B. J., 1973, Non-Linear Transient Finite Element Analysis with Convected Co-ordinates, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 7, pp. 255-271. 

    상세보기 crossref

  6. Bae, D. S., Han, J. M., Choi, J. H. and Yang, S. M., 2001, A Generalized Recursive Formulation for Constrained Flexible Multibody Dynamics, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 50, pp. 1841-1859. 

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  7. Shabana, A. A., 2005, Dynamics of Multibody Systems, 3rd Edition, Cambridge University Press. 

  8. Haug, E. J., 1989, Computer Aided Kinematics and Dynamics of Mechanical Systems, Volume I: Basic Methods, Allyn and Bacon Series in Engineering. 

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