Analysis

136 · 2010/5

FEA 하중 케이스(Loadcases)하중 케이스 타입 설명

101 Mechanical Upward wing pressure of 1psi on the bottom surface

102 Mechanical Internal fuselage pressure of 33 psi on the mid section

103 Mechanical Fuselage bending loads to approximate normal acceleration

104 Mechanical Wing and Tank Pressure combined load case

105 Mechanical Tank Pressure and Fuselage Bending load combined load case

106 Mechanical All mechanical load cases combined

201 ThermalUniform temperature of 400°F on the bottom wing surface. All

other structure at 100°F.

복합재� 경량화를� 위한� 최적화� 설계� 툴� �H�y�p�e�r�S�i�z�e�r의� 활용�(�5�)

이번 호에서는 하이퍼사이저(Hypersizer)의 Sizing 및

Graphics에 관한 해석 기능을 예제를 통해 살펴보도록

한다.

FEM을 이용한 Sizing & Graphics

제1회 HyperSizer 소개 및 Database 보기

제2회 stiffened panel 최적화

제3회 Panel sizing

제4회 Panel failure analysis

제5회 FEM을 이용한 Sizing & Graphics▶

연재순서

HyperSizer, GENOA, FiberSIM 등 복합재료 토털 솔루션

국내 총판인 맥소프트 기술지원팀의 대리로, HyperSizer

의 교육 및 기술지원 엔지니어로 근무하고 있다.

E-Mail │ hkseo@maxoft.net

홈페이지 │ http://www.maxoft.co.kr, http://복합재.kr

서현경

복합재 경량화를 위한 최적화 설계 툴 HyperSizer의 활용(5)

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AP1 Aerospace Vehicle Model 예제(AP1 윙 바디)새 프로젝트 생성

Projects에서 마우스 우 클릭

하여 Create Project를 클릭하거

나 위쪽 툴 바의 Create Project

버튼을 클릭한다.

불러들이기(Import) 하이퍼사이저(HyperSizer)는 이번 예제를 비롯하여 트레이닝 예제를

포함하고 있다. 이 예제 과정을 불러들여 비교하면서 따라해 보도록 한다.

1 File의 Import를 클릭한다.

2 다음 경로에서 HyperSizer TRAINING 5.x.hdb 파일을 연다.

3 Training → User Manual Basic Ex 3 → Tee Panel with Isotropic

Materials에 체크한다.

4 Import를 클릭한 후 Close를 클릭한다.

물성(Material) 선택Available Materials에서 마우스 우 클릭하여 Isotropic materials<2a>

를 선택하여 ‘Titanium Ti-6Ai-4v, commonly used aerospace

Titanium, form: Sheet Strip Plate’<2b>를 적용(Apply)한다.

셋업 폼(Setup form)생성된 프로젝트를 마우스 우 클릭하여 setup form을 실행한다.

1 Comment One box<2a>에서 ‘First sizing of the vehicle’을, Comment

Two box<2b>에는 ‘This is the Pro Tutorial Example 1’을 입력한다.

2 FEA Solver와 Pre/Post Solver 타입을 MSC Nastran<3>으로 선

택한다.

3 FEM 데이터 파일들의 경로를 지정한다.

4 SAVE<7>를 한 후 Import FEM<8>을 클릭한다.

사이징 폼(Sizing Form)Groups & Components에서 마우스 우 클릭하여 Sizing Form을 실

행한다. 혹은 툴 바의 Sizing Form 버튼을 클릭한다.

1 Family에서 Uniaxial Stiffened Panel Family를 선택한다.

2 그룹을 생성하기 위해 Group → New Group<10>을 선택한다. 새

그룹 번호 1을 입력한다.

3 Group → Group Membership<11a>을 선택하고 Select All<11b>

C:\HyperSizer Data\Projects\Collier\_Training UM\[Database]

■ FEM Filename<4> : C:\HyperSizerData\Projects\Collier\_

Training UM\AP1\FEA\ Ap1_io1.dat

■ FEM Properties and Materials Filename<5> : C:\HyperSizer

Data\Projects\Collier\_Training UM\AP1\FEA\Ap1_i02.PM1

■ FEA Force Result Output Filename<6> : C:\HyperSizerData\

Projects\Collier\_Training UM\AP1\FEA\AP1_i01.f06

Analysis

138 · 2010/5

을 설정한다. ‘Change Group Membership?’이라는 메시지에 OK를

선택한다.

4 Group Name<26>은 ‘All vehicle panels, uniaxial group’으로

입력한다.

5 Component Name은 NASTRAN PSHELL과 같은 이름으로 정

의된다.

패널 그룹 데이터 정의(variable, concept)

1 Variables 탭<1>을 선택하고 Top Face<2>를 선택한다. material 프

레임에서 마우스 우 클릭하여 팝업 메뉴에서 Add All Project Isotropic

Materials<3>를 선택한다. 미리 선택해 놓은 Titanium Ti-6Al-4V이 나

타난다. Web variable도 같게 설정한다.

2 Group Design Bounds and Component Result 프레임에서

Candidate는 3275로 나타난다.

3 다음과 같이 permutations을 2로 입력하고 save를 하면 Candidate

가 318로 나타난다.

4 Variable의 각 치수를 다음과 같이 각각 입력한다.

VariableMinimum

Bound

Maximum

BoundPermutations

Top Face .03 .15 2

Web-Thickness .03 .15 2

Bottom Face .025 .075 3

Panel-Height .75 2 3

Stiffener Spacing 2.5 2 3

Bottom Flange-Width .75 1.5 2

Angle(Web) 90 90 1

Top Flange-Width 1.2 2.4 2

Top Flange-Thickness .03 .12 3

Bottom Flange-Thickness .05 .2 5

5 Concept 탭을 클릭하여 다음을 체크한다.

패널 그래픽 보기

1 Graphics 버튼을 클릭하고 마우스 우 클릭하여 Show Detail Window/

options을 클릭한다.

2 메뉴에서 Show Group Min/Max를 선택한다.

Beam Group 데이터 정의

1 Sizing Form을 클릭하여 Open Beam Family를 선택한다.

2 Group → New Group<7>를 선택하여 새로운 그룹 넘버를 2로 설

■ Set Top Face permutations (5) = 2

■ Set Web Thickness permutations = 2

■ Set Panel Height permutations = 3

■ ‘I’ stiffened(continuous, sandwich)

■ ‘T’ stiffened(continuous)

■ ‘Z’

■ Non-continuous flange concepts

■ Link flange and web thickness

■ Link Facesheet materials

복합재 경량화를 위한 최적화 설계 툴 HyperSizer의 활용(5)

2010/5 · 139

정한다.

3 Group Membership<8a>을 선택하

여 컴포넌트 #7~24를 선택하고 OK한다.

4 그룹 이름을 All vehicle

beams, Open Beam group<9>

으로 입력한 후 저장한다.

Group Optimization Data 정의

1 Variables 탭에서 Open Beam Family를 선택하여 Web을 활성화

시킨다.

2 Material 프레임에서 마우스 우 클릭하여 Add All Project Isotropic

Materials를 선택한다. ‘Titanium Ti-6Al-4V’가 나타나면 저장한다.

3 각 Variable은 다음과 같이 설정한다.

VariableMinimum

Bound

Maximum

BoundPermutations

Web-Thickness 0.04 0.15 5

Beam-Height 1 6 8

Angle 90 90 1

Top Flange Width 0.5 2 3

Bottom Flange Width 0.5 2 3

Top Flange Thickness 0.05 .12 5

Bottom Flange Thickness 0.05 .12 5

4 Concept 탭을 클릭하여 다음을 체크한다.

Beam 그래픽 보기Graphics 버튼을 클릭하고 마우스 우 클릭

하여 Show Detail Window/Options 선택 후

Show Group Min/Max를 선택한다.

Size Component

1 Sizing form에서 Uniaxial Stiffened Panel Family를 선택하여

컴포넌트 #33을 Analyze한다.

2 Group Design Bounds and Component Result를 확인한다.

3 Setup Form의 Summary 탭에서 component analysis의 run

time<19>을 확인한다.

4 Sizing Form에서 Group analysis하여

Setup Form의 Summary 탭에서 run time을

확인한다.

MOS 보기

1 Sizing Form을 실행하고 Failure 탭에서 Sort margins of Safety

를 체크하여 Failure Method 및 MOS를 확인한다.

2 I Panel Buckling에서 Ultimate MOS가 0.4916이다.

■ ‘I’ Beam

■ ‘T’ Beam

■ Link flange and web thickness

실제 결과는 다를 수 있음.

Analysis

140 · 2010/5

어셈블리 만들기

1 Sizing Form에서 Assembly/

Define Assemblies를 선택하여

New<25>를 클릭한다.

2 어셈블리 이름을 ‘Bu

ckling Lengths’로 넣고

OK한다.

3 Component Mem

bership 프레임에서 #34,

43-45, 50-57를 선택하여

OK한다.

4 Graphics를 클릭하

여 Show Panels<28a> 중

에 Assembly<28b>를 선

택하여 확인한다.

5 Sizing form으로 돌

아와 Assembly analysis를

한 후 Setup form에서 Summary 탭을 클릭하

여 run time을 확인한다.

6 Project analysis는 setup form에서 한 후 Summary 탭

으로 run time<32> 및 총 weight를 확인한다. Weight는 loadcase, failure

mode, panels vs beams, groups, components에 따라 각각 확인할 수 있다.

HyperSizer에 의해 생성된 FEM Property and

Material Data 확인

1 Project Setup Form의 Setup 탭에서 FEM Properties and

Materials Filename의 버튼을 클릭하고 AP1_i02.PM1에서 마우

스 우 클릭하여 Open With<1>를 선택한다.

2 Sizing Form으로 돌아와서 Uniaxial Panel Family/Group 1,

Compnent33를 선택하고 버튼을 눌러 Component

analyze한다.

3 Setup Form에서 FEM Properties and Materials Filename의

버튼을 클릭하여 AP1_i02.PM1을 마우스 우 클릭하고 Open을 선택

한다.

복합재 경량화를 위한 최적화 설계 툴 HyperSizer의 활용(5)

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4 Recently sized component만의 Properties(PSHELL)와

Materials(MAT2)를 보여준다.

5 Setup Form에서 FEM Properties and Materials Filename의

버튼을 클릭한 상태에서 ‘File of Type’ 메뉴에서<6a> ‘All Files’

를 선택하고, AP1_i01.CL1을 마우스 우 클릭하여 Open With<6b>를 선

택한다.

6 Sizing form에서 Family 중 Open Beam Family를 선택한다.

Option 탭에서 Reference Plane의 Default는 FEM Grid Top<8>으로

되어 있다. FEM Grid at Beam Neutral Axis<9>를 선택하여 Beam

Component #7을 Re-analyze한다.

7 Setup Form에서 FEM Properties and Materials Filename의

버튼을 클릭하고 AP1_i01.CL1을 마우스 우 클릭하여 선택한다.

Beam Offset Vectors의 변화를 확인할 수 있다.

복합재의 중량 절감을 위한 최적화 설계 지원 소프트웨어

HyperSizer

■ 개발 : Collier Research Corporation, http://www.hypersizer.com

■ 사용 환경 : 윈도우 XP(32, 64비트), 비스타

■ 제품 특징 : 복합재료의 최적화를 위해 개발, CAD 또는 FEA가 아니지

만 이러한 소프트웨어와의 인터페이스를 통하여 제품의 강건설계(Robust

Design)를 위한 최적화를 수행, 사용하기 쉽고 편리한 특징이 있어 광범

위한 구조부재의 최적화 설계에 적용

■ 공급 : 맥소프트, 031-777-3341, http://www.maxoft.co.kr

HyperSizer는 초기에 나사(NASA)에서 항공분야의 복합재료의 중량절감

을 위한 최적화를 위하여 개발되었으며, 이후 상업화되었다. HyperSizer

는 CAD 또는 FEA가 아니지만 이러한 소프트웨어와의 인터페이스를 통하

여 제품의 강건설계(Robust Design)를 위한 최적화를 수행하며, 사용하기

쉽고 편리한 특징이 있어 광범위한 구조부재의 최적화 설계에 적용되고

있는 추세이다.

주요 제품군 및 특징■ Hyper Siser Basic : 설계하중을 알고 있는 경우의 구조최적화에 적용

■ HyperSizer Pro : 설계하중을 모르는 경우 유한요소와 호환하여 수치

계산

■ HyperSizer Material Manager : 물성자료집을 사용하여 복합재료의

물성을 분석