midas MeshFree 3.0 Release Note

2018. 04. 30

midas MeshFree 3.0 작은 변화, 위대한 혁신

2017년 4월, 기존 CAE 기술에 작은 변화를 더한 MeshFree 1.0

을 출시하였습니다. 요소망 생성에 보다 자유로운 작은 기술적

변화는 반 세기 이상 CAE 시장을 점유한 FEM 기반의 기술적

한계를 혁신적으로 극복하였습니다.

MeshFree는 설계 엔지니어가 설계한 아름다운 모델 원형을 그

대로 활용하여 설계 엔지니어가 스스로 해석을 수행하여 설계 제

품의 성능을 검증하고 최적 설계를 할 수 있는 설계단계 CAE 프

로세스의 변화를 주도하고 있습니다.

MeshFree 3.0에서는 제품 성능 향상과 더불어 사용자의 질적인

만족도와 CAE 엔지니어로서의 성장의 발판을 마련할 수 있는

체계를 구축하는데 보다 집중하였습니다. 보다 든든한 파트너로

서 자리 매김하기 위하여 2가지 서비스 체계를 강화하였습니다.

이와 더불어 2가지의 대표적인 해석 기능과 총 71건의 성능 개선

된 사항이 MeshFree 3.0에 탑재되었습니다.

본 Release Note에서는 대표적인 서비스 기능 2개 항목과 신기

능, 개선 기능 7개 항목에 대해 설명합니다.

주요 목차

1 24시간 / 365일, CAE를 가장 잘 아는 사람들이 함께 합니다.

2 경험과 열정을 가진 강사진이 CAE기술 노하우를 생생하게 알려드립니다.

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

1 24시간 / 365일, CAE를 가장 잘 아는 사람들이 함께 합니다.

MeshFree의 작업 환경은 기존 어떤 CAE SW보다 쉽게 사

용할 수 있도록 개발되어 있습니다. 그럼에도 불구하고 오

늘날의 설계업무 환경에서 CAE 해석을 한다는 것은 설계

실무자 들에게는 어려운 일로 다가 올 수 있습니다.

MeshFree 3.0에서는 마이다스아이티의 약 20년간의 기술

지원 노하우를 기반으로 MeshFree 사용자의 문의 또는 기

술 지원 요청에 신속하고 정확하게 대응할 수 있도록 체계

적인 기술지원 시스템을 구축하였습니다.

프로그램 사용법 뿐만 아니라, 실무해석기법과 적용 방안

등을 24시간, 365일 다양한 방법을 소통 채널을 통하여

CAE를 가장 잘 하는 사람들로 부터 기술지원을 받을 수 있

습니다.

기술지원 서비스 쳬계 구축

고객지원 센터 운영 (1577-6648)

고객 전용 게시판 (www.meshfree.co.kr)

원격 지원 서비스

원격기술지원 서비스는 문의사항에 대해 보다 적극적으로 대응하기 위한 마이다스아이티만의 차별화된 기술지원 서비스입니

다. 기술지원 담당 엔지니어가 PC 화면을 실시간으로 공유하여 문제를 해결해 드립니다. 여러분의 문의사항에 대해 전문엔지

니어의 문제 해결 과정을 투명하고, 신속하게 실시간으로 확인할 수 있습니다. 원격기술지원 서비스는 MeshFree 고객사 전용

서비스로 제공됩니다.

프로그램 설치/인증 문의, 기술문의 및 기타 질문과 관련해서 24시간, 365일 신속한 서비스를 제공합니다.

• 평일 09시 ~ 18시 : 담당 엔지니어에게 직접 연결하여 궁금한 사항에 대해 바로 답변 드립니다.

• 주말/공휴일 : 연락 가능한 전화번호를 남겨주시면 빠른 시간 내에 담당 엔지니어를 연결해 드립니다.

MeshFree 고객사에게는 보안을 고려한 고객사 전용 게시판이 제공됩니다. 고객사 전용 게시판을 이용하여 실시간으로 프로그

램의 사용법은 물론, 실무해석기법과 적용방법 등을 편리하게 문의할 수 있습니다. 그리고, 24시간 이내에 제공되는 1차 답변

에서부터 최종적인 답변까지 마이다스아이티의 기술지원 과정을 투명하게 확인할 수 있습니다.

2 경험과 열정을 가진 강사진이 CAE기술 노하우를 생생하게 알려드립니다.

배움에 대한 열정, 여러분의 준비물 입니다.

MeshFree 3.0에서는 다수의 사용자 요청을 수렴하여 오프라인 정기 교육을 개설하였습니다. 온라인 교육은 제품 기능 전달에 적합한 방법이지만, 마이다스아이티가 가진 CAE기술 노하우를 알려드리기에

는 부족한 부분이 많았습니다. 오프라인을 통한 교육은 사용자의 설계 환경과 수준에 맞는 교육을 통해 보다 빠르고 올바르게 제품 사용법을 익히고, 기업 내에 CAE를 정착할 수 있도록 구성되어 있습니다.

정기교육은 기초과정 또는 심화과정이 매월 1회 개설되며, 신청 및 자세한 일정은 MeshFree 홈페이지(www.meshfree.co.kr)에서 확인 가능합니다.

MeshFree 고객사는 인원, 횟수에 제한 없이 모든 교육을 무료로 받으실 수 있으며, 참가 신청시 우선 등록해 드립니다.

MeshFree 교육 구성

과정 교육 과정 기대 효과

기초 과정

1. 시뮬레이션 기초 소개

2. MeshFree에 대한 이해 및 사용법 학습

3. 고체 역학과 선형 정적에 대한 이해

4. 진동 및 모드해석에 대한 이해

5. 열전달 메커니즘과 열해석에 대한 이해

6. 설계 수명 분석을 위한 피로해석 이해

7. 위상최적화를 통한 최적설계 기법 이해

- MeshFree 알고리즘 및 특장점 이해를 통한 사용

편의성 증가

- 시뮬레이션의 기초 지식 이해 및 프로세스 습득

- 설계 엔지니어링에 필요한 기초 역학 지식 확보

및 실무 적용 방안에 대한 이해

- 설계 제품의 시뮬레이션 조건 설정 및 결과 분석

방법론 이해

심화 과정

1. 동역학에 대한 기초 이론 소개

2. 동하중 특성에 따른 해석 기법 소개

3. 과도응답해석을 통한 제품 안전성 분석

4. 주파수응답해석을 통한 동특성 분석

5. 랜던진동해석을 통한 제품 안전성 분석

6. 응답스펙트럼을 통한 내진 성능 분석

- 동적 거동에 대한 기초 역학 이해

- 다양한 동적 하중에 대한 해석 기법 이해

- 설계 제품의 동특성 분석 가능

- 다양한 충격 및 불규칙 하중에 대한 설게 제품의

안전성 분석 가능

- 지진 하중에 대한 설계 제품의 성능 평가 가능

STEP 1 : MeshFree 이해하기

• MeshFree에 대한 이해 및 시뮬레이션 가능 범위에 대한 소개

• MeshFree의 알고리즘 이해 및 활용 방안 소개

STEP 2 : MeshFree 사용법 및 활용 방안 이해

• MeshFree 사용법에 대한 이해

• 시뮬레이션에 대한 기초 이해와 프로세스 학습

STEP 3 : 기초 역학 이론에 대한 이해

• 주요 시뮬레이션 타입 별 근간이 되는 기초 역학 개념 이해

• MeshFree를 활용한 기초 역학 개념 이해 및 활용

STEP 4 : 실무 적용 예제 실습하기

• 주요 시뮬레이션 별 실무 예제 따라하기

• 시뮬레이션 결과 분석 방안 및 설계 활용 방법론 소개

MeshFree 세부 교육 과정

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

1. 비선형 정적 해석 지원(신기능)

MeshFree 3.0에서는 비선형 문제를 풀 수 있는 수치해석 기법이 탑

재되었습니다. 선형해석에서는 F=KU 방정식을 이용하여 주어진 하

중에 대한 구조물의 응답 계산이 가능하였습니다. 비선형 해석의 경

우에는 하중 증가 또는 구조물의 변형에 따라 강성이 매 순간 변하기

때문에 일반적으로 선형해석에서 사용하는 수치해석 기법을 적용하

기가 어렵습니다.

MeshFree 3.0에서는 비선형 정적인 문제를 해석 위한 수치해석 기법

으로 Newton Raphson Method를 기본으로 적용하였습니다. 증분

구간 마다 강성이 갱신된 상태를 반영하고 매 구간마다 반복계산과

하중, 변위, 그리고 일량에 대한 수렴과정을 통해 오차 누적 문제를

해결한 방식으로 현존하는 모든 비선형 해석의 기본이 되는 수치해석

방식입니다.

MeshFree 3.0에서는 Newton Raphson Method를 기본으로 하여

보다 사용자가 쉽게 비선형 해석에 대한 해를 도출할 수 있도록 해석

성능과 수렴성을 향상한 자동 강성 행렬 변경 기법을 동시에 제공하

고 있습니다. [Newton Raphson Method] [비선형해석 주요 해석 제어 옵션]

Newton-Raphson Method 수치해석 기법 탑재

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

MeshFree 3.0에서는 금속 계열의 비선형성을 고려할 수 있는 탄소성

기반의 비선형 재료 모델을 제공합니다. 일반적으로 선형해석에서의

재료 범위는 선형 탄성 범위 안에 있다는 가정으로 해석이 수행됩니

다. 재료의 선형 탄성 범위 이후의 거동 (소성변형)을 반영하여 구조

물의 성능을 예측하기 위해서는 재료 비선형을 고려한 해석이 필요합

니다. 설계 제품의 에너지 흡수 능력 또는 최종 파단까지의 성능을 파

악하기 위해서는 재료의 비선형 고려가 필요합니다.

MeshFree 3.0에서는 Perfect Plastic Model, Bi-Linear Model,

Piecewise-Linear Model의 탄소성 재료 모델을 제공합니다. 또한 등

방성, 이동성, 등방성+이동성의 경화 규칙을 함께 제공하고 있습니다.

응력과 변형률은 인장 시험값을 이용하여, 응력-변형률 곡선 또는 소

성경화 곡선을 입력할 수 있습니다. 응력과 변형률 선도는 진응력과

진변형률로 입력하는 것을 추천합니다.

MeshFree 3.0에는 기하비선형 해석 옵션이 탑재되어 있지 않기 때문

에 대변형이 발생하는 설계 모델에 대해서는 주의가 필요합니다.

탄소성 재료 비선형 모델 탑재

[Perfect Plastic]

소성구간의 곡선의 기울기가

0인 모델로 항복응력을 입력

하여 소성시작점을 정의

[Bi-Linear]

경화구간 곡선이 하나의

직선으로 구성되며,

소성경화 곡선 또는 응력-변

형률 곡선을 이용하여 정의

[Piecewise-Linear]

경화구간의 곡선이 여러

곡선으로 구성

실제 재료 실험으로 통해

얻어진 데이터로 정의

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

탄소성 재료 비선형 모델 탑재 (계속)

1. 선형 특성을 입력 합니다.

탄소성 재료 모델은 재료 정의 단계에서 설정할 수 있습니다.

재료 정의 단계 창에서 탄소성 탭을 선택하여 정의할 수 있습니다.

2. 선형 특성을 입력 합니다.

우측 공식을 이용하여

진응력-진변형률 또는 소성

변형률을 계산하여 입력합니다.

재료 비선형 해석 성능 및 신뢰성 검증

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

Rigid punch plasticity

Reference : NAFEMS [10-1]

Figure shows a rigid punch pressed into a deep elastic foundation of a finite width supported on a frictionless plane. A 2D plane strain condition is adopted for the foundation. The elastic perfectly

plastic and isotropic hardening material models are tested. The punch force is represented by the downward vertical displacement,δ.

The prescribed displacement is given in 6 steps;δ = 0.04, 0.12, 0.14, 0.16, 0.18 and 0.24 mm.

Fig. Rigid punch plasticity

FEM Result (Stress contour)

Perfect plastic Isotropic hardening

Reference 110.53N 123.23N

FEM(HEXA-8) 110.49N (0.37%) 123.15N(0.06%)

MeshFree 112.00N(1.32%) 124.00N(0.60%)

MeshFree Result (Stress contour)

재료 비선형 해석 성능 및 신뢰성 검증

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

Seismic Performance Evaluation of Steel Frame

FEM (HEXA-8) Max. Displacement : 12.6mm

MeshFree Max. Displacement : 12.1mm

Square plate under uniformly distributed load Relationship of DOF vs Working Time

• 장비 사양에 따라 시간의 차이는 있습니다.

• 비선형 해석은 수렴과정에 따른 시간이 많이 소요되는 해석으로

대규모 모델에서는 성능이 저하할 수 있습니다.

• 자동 그리드 설정 환경에서는 2GB 이하, 100만 자유도 이하 설정

에서 약 최대 2시간 정도의 해석 시간이 소요됩니다.

• 검토 시스템 사양

- CPU : i5-6400 @2.70GHz, 4-core

- RAM : 16.0GB

FEM Result (Stress contour)

MeshFree Result (Stress contour)

Load step

Dis

plac

emen

t

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

2. 과도열전달 해석 기능 탑재 (신기능)

열전달 해석은 온도창에 의한 열흐름과 이에 따른 온도분포와 변화를 해석합니다. 열전달 해석은 열흐름을 유발하는 조건 및 열흐름의 상태와 특징에 따라 다양한 해석 타입으로 분류할 수 있습니다.

MeshFree 3.0에서는 시간 의존성을 고려한 열흐름을 분석할 수 있는 과도상태 열전달 해석 기능을 탑재 하였습니다.

열전달이 발생하면 정상상태, 즉 물체와 주위가 동일한 온도에 놓일 때까지 시간에 따라 열흐름을 유발하는 조건, 열흐름 속도, 특히 온도분포가 계속 변화합니다. 이러한 과도적인 변화 상태를 비정상상태라

하고, 이때 시간에 따른 열흐름과 온도변화를 과도열전달 해석 기능을 이용하여 검토할 수 있습니다.

• 시간에 따른 다양한 발열하중 정의가 가능합니다.

• 시간에 따른 고정 온도 정의

• 시간에 따른 열유속 정의

• 시간에 따른 발열 정의

• 대류조건 정의 시 시간에 따른 외기 온도 정의

(단, 대류 계수는 일정한 값만 적용됨)

• 복사 조건 정의 시 시간에 따른 외기 온도 정의

(단, 방사율, 흡수율, 뷰계수는 일정한 값만 적용됨)

• 다양한 목표 시간 스텝 설정 기능 지원

• 등간격 설정 기능 지원

• 사용자 지정 정의 및 자동 정의 기능 제공

• 온도의존 재료와 열응력 해석 연계는 현재 지원하지 않습니다.

Point-1

Point-2

[칩보드 과도열전달 해석]

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

3. Adaptive 3D CAD 체적 적분 기법 적용을 통한 해석 성능 개선 (신기술)

MeshFree 3.0에서는 알고리즘 개선 및 안정화 작업을 통하여 보다 빨라지고, 최적화된 최신의 솔버를 만날 수 있습니다.

Adaptive Ray-Sweep 적분법을 적용하여 정확도는 유지하면서 적분점 개수를 최소화 하여 모든 해석 타입에 대한 성능을 개선하였습니다.

선형해석의 경우 기존 대비 최소 28%감소되었으며, 다수의 스텝 별로 결과를 추출해야 하는 모드해석 및 진동 해석 등에서는 기존 성능 대비 약 최대 70% 정도 해석 시간이 감소되었습니다.

선형정적해석

PART : 14개 D.O.F : 2,068,800개

28%감소

MF 2.0

MF 3.0

614sec

440sec

MF 2.0

MF 3.0

531sec

368sec 31%감소

PART : 113개 D.O.F : 3,892,743개

모드해석

PART : 30개 D.O.F : 679,002개

PART : 6개 D.O.F : 1,381,773개

MF 2.0

MF 3.0

615sec

269sec 56%감소

응답스페트럼 해석

PART : 4개 D.O.F : 197,584개

MF 2.0

MF 3.0

86sec

40sec 54%감소

주파수응답해석

PART : 4개 D.O.F : 197,584개

MF 2.0

MF 3.0

6,601sec

1,830sec 70%감소

열전달 해석

PART : 38개 D.O.F : 1,172,391개

MF 2.0

MF 3.0

531sec

368sec 18%감소

MF 2.0

MF 3.0

809sec

731sec

10%감소

주요 사항

• 검토 시스템 사양

- 운영체제 : Window 7 Professional

- CPU : i5-6400 @2.70GHz

- RAM : 16.0GB

• 일부 해석에서 기존 응력 결과 값과의 미소

한 차이가 발생할 수 있습니다.

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

4. 집중하중 선타입 입력 기능 추가 (개선기능)

기존 집중하중은 면과 임의의 점에 입력이 가능하였습니다.

MeshFree 3.0에서는 선에도 집중하중이 입력할 수 있는 기능이 탑

재됩니다. 보다 다양한 환경 조건을 고려한 해석이 가능합니다.

집중하중의 입력은 기존과 같이 힘의 단위로 입력하게 되어 있으며,

입력된 하중은 선택된 길이를 나누어서 선에 입력이 됩니다.

입력 방식은 총합력과 개별하중 방식 중 하나를 선택하여 입력할

수 있습니다.

• 총합력 : 선택된 모든 선에 사용자가 정의한 하중이 총합력

으로 입력됩니다.

(10개 선 선택, 100N 입력하면 각 선당 10N 적용)

• 개별하중 : 선택된 모든 선에 사용자가 정의한 하중이 선택된

선에 각각 부여됩니다.

(10개 선 선택, 100N입력하면 각 선 당 100N 적용

총 1,000N이 입력 하중으로 입력됩니다.)

선타입 하중 입력 기능 추가

기본적으로 입력된 하중 / 선택된 선의 길이로 입력

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

5. 접촉 보기 기능 개선 (개선기능)

접촉 보기 기능과 선택 기능을 개선하여 대규모 어셈블리 모델로 해석을 진행하는 경우 보다

직관적으로 빠르게 접촉면에 대한 정보를 확인할 수 있습니다.

• 접촉면 보기 기능 개선 : 주접촉면과 부접촉면 하이라이트를 강조하여 가시성 향상

• 접촉 트리 기능 개선 : 접촉 트리 창에 접촉 타입 표시

• 접촉 레이블과 접촉 트리 연결 : 화면에서 접촉 레이블 선택시 접촉 트리에서 대상

접촉면 활성화

트리 창에서 접촉 타입 확인 가능

접촉면 하이라이트 강조

(가시성 향상)

접촉 레이블 선택시

접촉 트리에서 대상 접촉면 활성

3 소프트웨어 업그레이드 MeshFree에 놀라운 변화가 찾아옵니다.

6. 응답스펙트럼 한글화 (개선기능) 7. 스프링 입력 방식 개선 (개선기능)

내진 해석에 대한 이슈 증가와 사용자의 요청에 따라 국내 code를 기반으로 주요 설계 기

준으로 한글화 하였으며 적용된 Code는 아래에 나타내었습니다. 외국 code의 경우에는 기

존과 같이 영문으로 적용하여 정확한 의미를 전달할 수 있도록 하였습니다.

• KBC(2016)

• KBC(2009)

• KBC(2005)

• Korea(Arch.2000)

• Korea(Arch.1992)

• Korea(Bridge)

MeshFree 2.0에서의 스프링은 전역 좌표계를 기준으로 스프링 강성을

입력할 수 있어 좌표계와 일치하지 않는 방향으로 스프링을 생성하는 경

우 합리적인 강성 값을 입력하기가 어려웠습니다. MeshFree 3.0에서는

스프링의 시작면과 끝면을 기준으로 요소 좌표계 X축 방향을 설정하도

록 하였으며, 참조 좌표점을 이용하여 요소 Y축 방향을 설정할 수 있도

록 개선하여, 전역 좌표계와 상관없이 강성을 입력할 수 있도록 개선하

였습니다.

1. 스프링 연결 대상 면을 선택합니다.

종속면 : 시작면, 주면 : 끝면

시작면과 끝면의 벡터 방향으로 요소 좌표 X축 설정

2. 전역 좌표계를 기준으로 요소의 Y축을 설정합니다.

(1,0,0)으로 설정하는 경우 요소의 Y축은

전역 좌표계 X축과 수평합니다.

3. 설정된 요소 좌표계를 기준으로 스프링 강성 입력합니다.

1, 2, 3은 요소 x, y, z 방향에 대한 축 강성입력

4, 5, 6은 요소 x, y, z 방향에 대한 회전 강성 입력