Export ANSYS MESH(inp) file for DAFUL

이 글은 DAFUL 에 Import 가능한 mesh 파일을 ANSYS에서 어떻게 생성하고 Export 하는지를 설명한 문서이다.

ANSYS 에서 Geometry를 수정하고 Mesh 하는법, DAFUL 에서 mesh 파일을 import 하고 모델링하는 법은 이미 알고있는 사람을 대상으로 쓴 글이다.

1. DAFUL에서 지원되는 ANSYS mesh 파일 형태

DAFUL 에서 지원되는 ANSYS mesh 파일은 .inp, .cdb 두가지 형태이다. (사실 DAFUL 에서 해당 파일을 mesh 파일로 취급하는 것이며, 해당 파일은 Mesh 정보를 비롯한 여러가지 모델링 정보를 담고있다.)

사용자는 DAFUL 에서 해당 파일을 Mesh 파일로 취급하기 때문에 ANSYS MESH 에서 inp, cdb 파일을 바로 Export 하려고 시도하지만 불가능하다. 결론부터 말하자면 ANSYS의 Modal 을 사용하여 inp 파일을 Export 하는 것이 가장 좋은 방법이다.

ANSYS 내에서 inp와 cdb 파일을 Export 할 수 있는 곳은 ANSYS Modal 외에도 Finite Element Modeler 와 Mechanical APDL 등이 있지만, Pyramid, Wedge 등 일부 element에 대한 Export를 지원하지 않거나, Export 된 파일을 DAFUL 에서 불러올 때 오류가 발생하는 문제가 있어서 추천하지 않는다.

2. Export inp file 따라하기

STEP 1. ANSYS Workbench 에서 Modal 을 드래그하여 생성한다.

STEP 2. Mesh를 하기 위한 Geometry 를 불러온다.

SpaceClaim, DesignModeler 로 직접 모델링하거나 CAD툴을 이용해 모델링한 파일을 불러온다.

이후 적절히 Mesh 하기 좋게 수정하면 된다.

ANSYS 사용자라면 알고있는 기본적인 내용이므로 생략한다.

STEP 3. Model 을 더블클릭하여 연 후, Mesh 에서 메쉬 작업을 수행한다.

위에서 생성한 Modal 블록의 4. Model 부분을 더블클릭하면 아래와 같은 창이 열릴 것이다.

이후 프로젝트의 Mesh 트리를 선택하고 메쉬 작업을 수행하면 된다.

본 문서는 어떻게 inp 파일을 Export 하는지만을 알려주기 때문에, 메쉬를 하는 방법에 대한 내용은 생략한다.

아래는 예제용으로 Face Meshing 과 Hex dominant 옵션만 주고 오토 메쉬를 한 것이다.

STEP4. Outline 의 tree 에서 Modal 을 클릭한 뒤(중요) Tools-Write Input File... 을 클릭한다.

tree 에서 Mesh 가 선택된 상태이면 해당 메뉴가 비활성화 상태이므로 주의한다.

STEP5. 원하는 경로에 inp 확장자로 저장한다.

위의 다섯가지 스텝이 끝이다. 방법만 알고있다면 매우 간단하다.

이후 DAFUL 에서 dfmesh 파일을 생성한 뒤 FE Import 기능으로 inp 파일을 불러오면 잘 불러와 진다.

다만 주의할 점이 있다.

위의 그림의 Material 탭을 보면 물성값에 mm 단위계를 기준으로는 이상한 값이 들어가있는데 이유는 아래와 같다. 

1. 단위계 차이로 인해 inp 파일 내 Material 정보가 1000배 혹은 1/1000 배 등이 되어있을 수 있다.
2. ANSYS 의 Modal-Geometry 에서 CAD를 불러올 때 적절한 Material 설정을 하지 않는 경우 inp 파일 내에 적절한 Material 정보가 없을 수 있다. 따라서 DAFUL 에 Import 한 후 Density와 Young's Modulus 값 등을 반드시 확인해야 한다!

따라서 DAFUL에 Import 한 후 반드시 물성을 재확인해야한다. 

또한, 위의 Output 창의 Message 에서 Import 에 무언가 중요한 메시지가 있다고 하니 확인해주자.

첫번째 경고 메시지를 보면 메쉬에 피라미드 엘리먼트가 포함되어 있었나본데, 이것이 세개의 테트라 엘리먼트로 나뉘어졌다고 한다. 이유는 DAFUL이 Pyramid, Wedge 등 일부 엘리먼트 타입을 지원하지 않고있고 이것을 여러개의 테트라 엘리먼트로 나누기 때문이다. 테트라 엘리먼트가 많으면 결과가 stiff 해지기 때문에, 만약 가능하기만 하다면 Hexa 로만 메쉬하는게 제일 좋고, 이를 위해 ANSYS 의 Mesh metric 에서 종종 엘리먼트 타입을 확인해주어야 한다.

다음 경고 메시지에는 앞에서 설명한 이상한 물성값에 대해서도 나타나있다. 이는 내가 ANSYS 내에서 Geometry를 불러올 때 Material 설정을 제대로 하지 않았기도 하고, ANSYS 에서 m 단위계를, DAFUL 에서 mm 단위계를 사용했기 때문이다.

ANSYS 에서 DAFUL 용 mesh export 를 위한 설명은 여기까지이고 아래는 사족이다.

MeshFree v.s. FE Body. 어떤 것을 쓸까?

DAFUL 에서는 MeshFree 라고 하여, 별도의 메쉬 작업 없이 유연체 모델을 해석할 수 있는 기능을 제공한다. 따라서 해당 기능을 쓴다면 위와 같은 별도의 메쉬 작업 및 파일이 필요없고 오로지 캐드파일만 가지고 있으면 몇 번의 클릭만으로 유연체 해석이 가능하다. 과거의 MeshFree는 정확도와는 별개로, 해석 속도가 FE보다 많~이 느리다는 이유때문에 Static 해석에만 주로 사용되었으나, DAFUL 6.0 버전대 이후부터는 해석 속도 및 메모리 효율이 많이 개선되어 Transient dynamics 해석에 실제로 적용 가능한 수준이 되었다.

MeshFree는 FEM 관련 툴을 많이 다뤄보지 않은 사용자나, 메쉬 작업에 능숙하지 않은 사용자에게는 분명히 유용한 기능이다. 하지만 아무래도 여전히 FE 보다 속도가 느리고 메모리를 많이 사용한다는 단점이 존재하기 때문에 모든 경우에 MeshFree 를 적용하는 것은 무리가 있다.

아래와 같은 경우에는 MeshFree Body 보다는 일반적인 메쉬 작업을 통한 FE Body를 사용하는게 더 이득일 것이다.

1. 사용자가 이미 메쉬 작업에 익숙한 경우
   
2. 동일 모델로 여러번의 해석을 진행하여, 적절한 모델링 방법을 구축하기 위한 스터디를 해야하는 경우
3. NVH 해석 등을 위하여 많은 프레임을 해석해야 하므로, 한 스텝당 빠른 해석을 요구하는 경우
4. 해석 모델의 자유도가 커서, PC의 메모리 한계로 MeshFree 로는 해석이 불가능한 경우
   

반대로 생각하면 아래와 같은 경우에는 MeshFree Body 를 사용하는 것이 이득일 것이다.

1. 사용자가 메쉬 작업에 서툴거나, 적절한 메쉬 툴을 가지고 있지 않은 경우
2. 잦은 설계 변경으로 CAD 가 자주 바뀌어 메쉬 작업에 시간이 오래 걸리는 경우
3. CAD 가 매우 복잡하여 메쉬 작업이 어려운 경우
4. 해석 시간이 짧거나, 모델의 자유도가 작은 경우
5. 해석 PC 사양이 좋은 경우

즉 정리해보면 아래와 같은 경우에 FE Body 를 사용하는 것이 더 이득일 것이다.

(Mesh 작업을 위한 시간) >>> (MeshFree Body 를 이용한 총 해석 시간) - (FE Body 를 이용한 총 해석 시간)

만약 사용자가 FE Body를 사용하기 위하여 메쉬 작업을 해야하지만,

Hypermesh 등을 이용한 Manual mesh 작업에 능숙하지 않다면

ANSYS 의 Auto mesh 기능을 이용하여 메쉬 작업을 하는 것은 나름대로 유용한 방법일 것이다.