모달 시뮬레이션

설계자는 형상, 재질, 메이트 연결 또는 크기를 변경하여 어셈블리의 강성을 대화식으로 늘리거나 줄일 수 있습니다. 진동의 고유 주파수가 시스템에서 발생할 수 있는 모든 가능한 자극 주파수보다 훨씬 큰지(또는 멀리 떨어져 있는지) 계산하고 확인하는 것이 중요합니다.

재질 속성을 사용하여 어셈블리를 생성한 후에는 분석할 수 있습니다. 시각화는 모드당 변형에 필요한 에너지를 보여줍니다. Onshape는 어셈블리 메이트 간의 연결성을 자동으로 추론하고, 어셈블리 구성을 직관적으로 지원하며, 실시간 Part Studio 편집 작업을 보조를 맞춥니다.

원하는 사양 내에 도달할 때까지 설계를 실험하기 위해 구성 또는 글로벌 변수와 함께 고유 주파수 분석을 사용하는 것이 얼마나 효율적인지 생각해 보십시오.

이 워크플로에서는 어셈블리 탭에 완성된 CAD 모델이 있다고 가정합니다.

1. 시뮬레이션을 생성하기 전에 다음 두 가지 기준을 충족해야 합니다.

   1. 어셈블리의 모든 파트에는 재질이 지정되어 있어야 합니다.

   2. 적어도 하나의 파트는 수정되지 않아야 합니다.

2. 시뮬레이션 패널 아이콘 ( 시뮬레이션 패널 아이콘())을(를) 클릭하여 시뮬레이션 패널을 여십시오.

   

3. 패널 상단에서 시뮬레이션 추가 드롭다운을 클릭하고 모달 시뮬레이션 추가를 선택합니다.

   

이 드롭다운은 어셈블리에 다른 시뮬레이션이 있는 경우 패널 하단에 있습니다.

4. 어셈블리 목록의 시뮬레이션 영역에서 결과 표시를 선택합니다. 결과가 계산되면 파란색 진행률 표시줄에 최종 계산이 표시되기까지 남은 시간이 표시됩니다. 초기 반복은 응력 척도에 표시됩니다. 작업을 마치면 파란색 진행률 표시줄에 완료라고 표시됩니다. 그러면 상태 옆에 계산(수렴)이 완료되었음을 나타내는 체크마크가 나타납니다.

   

재지정된 질량 값은 시뮬레이션 결과에서 무시됩니다. 질량 재정의가 있는 경우 결과 표시 확인란이 활성화되기 전과 후에 모두 경고 툴팁이 표시됩니다. 경고를 보려면 상태 아이콘 위로 마우스를 가져가십시오.



5. 시뮬레이션 결과와 컬러 스케일이 맨 위에 나열됩니다. 강성 모드가 없으면 기본적으로 모드 1이 선택됩니다. 결과 드롭다운을 사용하여 다른 결과 모드를 선택하십시오.

   

   자동차 브레이크에 대해 수행한 모달 시뮬레이션의 예

시뮬레이션 결과가 로드되면 색상 배율과 결과가 그래픽 영역 상단에 나타납니다. 이에 대한 개요는 다음과 같습니다.

• 결과 - 결과는 1-15 비강성 모드와 가능한 다양한 강성 모드의 두 섹션으로 나뉩니다. 한 번에 하나의 모드만 표시되지만 모든 모드 간에 전환할 수 있습니다. 모드 간 전환 시 진동의 상대적 진폭을 확인하십시오.

  

  • 모드 1-15(x Hz) - 주파수가 오름차순으로 나열된 각 모드는 구조가 진동하는 고유한 변형 패턴(또는 모드 모양)에 해당합니다. 진동이 발생하는 속도는 모드 카운트 오른쪽에 헤르츠(Hz) 단위로 표시됩니다.

    선택하면 변형 필드 위에 에너지 필드가 나타납니다.

    

    세 가지 필드(주파수, 에너지 및 변형)는 모두 변위된 모드 형상의 진폭을 제어하며 모두 서로 연결되어 있습니다. 변위는 모델 전체에 존재하는 최대 변형에 해당합니다. 에너지는 구조가 지정된 패턴, 주파수 및 진폭으로 진동하기 위해 구조에 추가되어야 하는 작업의 양을 정량화합니다.

    사용자가 변위를 설정하면 각각의 비강성 모드에 대해 에너지가 다시 계산됩니다. 사용자가 에너지를 설정한 경우 서로 다른 비강성 모드에 대해 변위가 다시 계산되고 이에 따라 애니메이션 진폭이 조정됩니다.

    에너지 또는 변형 배율(진폭)을 위나 아래로 조정할 수 있으며 주파수는 일정하게 유지됩니다. 사용자 기본 설정이나 통합문서의 작업공간 단위에서 에너지에 사용되는 단위를 변경할 수도 있습니다.

    기본적으로 5개의 비강성 모드가 표시됩니다.하지만 시뮬레이션 패널 하단의 비강성 모드 수 필드에 값을 입력하여 최대 15개까지 선택할 수 있습니다.

    

  • 강성 모드 - 어셈블리에서 각 파트의 변환/회전을 수동으로 조작할 수 있는 방법과 유사하게 구조가 변형이나 모양 변경 없이 이동할 수 있는 모션 경로입니다.

    강성 모드의 수는 어셈블리에 존재하는 모든 개방 자유도와 일치합니다. 이는 없거나 많을 수 있습니다.

• 변형 보기 - 이 체크박스를 활성화하면 어셈블리 파트의 변형을 표시할 수 있습니다. 이는 특정 진동이 발생하는 동안 구조물이 움직이는 고유한 패턴입니다.

시뮬레이션 애니메이션 중 변형을 보기 위해 변형 표시 확인란을 선택할 필요가 없습니다.

• 애니메이션 아이콘 - 이 아이콘 은 시뮬레이션을 애니메이션합니다. 애니메이션이 활성화되어 있는 동안 애니메이션이 반복됩니다. 애니메이션이 실행될 때 시작 위치가 파트의 윤곽선으로 나타나며, 어셈블리는 일정한 속도로 이동합니다. 이 아이콘은 토글입니다. 실행되면 아이콘이 중지 버튼 아이콘 으로 전환됩니다. 이 아이콘을 누르면 애니메이션이 멈춥니다.

• 컬러 스케일 - 컬러 스케일은 가장 낮은 값에서 가장 높은 값까지의 변형(진폭)을 나타냅니다. 이 변형 규모는 해당 모드 형상, 주파수 및 진폭을 통해 구조를 변형하는 데 필요한 에너지인 물리량과 연결됩니다. 이는 변형을 시각화할 때 어셈블리의 강도와 강성을 고려하여 진동 특성에 대한 더 많은 지침을 제공합니다.

  하한 척도 또는 상한 척도 링크를 클릭하여 각각 최소 및 최대 척도 값을 숫자로 입력합니다. 이 숫자의 오른쪽에 있는 재설정 아이콘을 클릭하여 최소값 또는 최대값을 기본값으로 재설정합니다. 최소 및 최대 수직 눈금 선을 드래그하여 최소값을 늘리거나 최대 눈금 제한을 줄입니다.

• Onshape 모달 분석은 자유 및 구속 경계 조건을 지원하지만 하중은 지원하지 않습니다. 외부 하중의 적용을 사전 응력 또는 응력 강화라고 합니다. 모달 시뮬레이션이 활성화된 동안 하중은 자동으로 억제되며 어셈블리에 추가되지 않을 수 있습니다.

• 모달 시뮬레이션이 활성화된 동안에는 하중을 적용할 수 없으므로 모달 해석을 정의할 수 있는 조건은 어셈블리 상태뿐입니다. 따라서 하나의 모달 시뮬레이션만 어셈블리에 추가할 수 있습니다.

• Onshape의 모달 분석은 재료의 선형 동작을 가정하는 선형 동역학을 사용하므로 고무와 같은 비선형 재질에는 적합하지 않으며 댐핑 효과도 포함되지 않습니다.

• Onshape의 모달 분석은 벽이 얇은 솔리드의 경우 실행 시간이 길어질 수 있습니다.

• 다음과 같은 두 가지 유형의 시뮬레이션을 사용할 수 있습니다.

  • 선형 정적. 선형 정적 시뮬레이션에 대한 자세한 내용은 시뮬레이션을 참조하십시오.

  • 모달

• 정적 해석과 달리 동적 해석 하중은 시간이나 빈도의 함수로 적용됩니다. 이는 시간 또는 주파수에 따라 변하는 반응(변위, 속도, 가속도, 힘 및 응력)을 유도합니다. Onshape는 아직 동적 로드를 지원하지 않습니다. 결과적으로 모달 시뮬레이션은 고유 진동수만 계산합니다.

• 재지정된 질량값은 시뮬레이션 결과에서 무시됩니다.

• 일반적으로 대부분의 엔지니어링 응용 분야에서 엔지니어는 처음 몇 개의(가장 낮은) 고유 주파수와 해당 모드 형상에 관심을 갖습니다. 이는 정상적인 작동 조건에서 여기될 가능성이 가장 높기 때문입니다. 단순한 구조의 경우 이는 일반적으로 결과 드롭다운 목록에 있는 처음 3~5개의 모드입니다. 필요한 경우 Onshape의 모달 시뮬레이션은 최대 15개의 비강성 모드 결과를 제공합니다.

• 식별할 수 있는 고유 주파수의 수에는 제한이 없습니다. 그러나 고유 주파수가 증가할 때마다 구조물을 그 모양으로 변형시키는 데 필요한 에너지는 점점 더 높아집니다. 더 복잡한 구조나 더 넓은 범위의 자극을 연구하는 고급 해석의 경우 엔지니어는 수십 또는 수백 가지 모드에 관심을 가질 수 있습니다.

• 어셈블리의 구속되지 않은(또는 자유 부동) 파트 수가 증가함에 따라 어셈블리의 비강성 모드 수가 극적으로 증가합니다. 독립적이고 구속되지 않은 본체가 많은 어셈블리의 경우 사용자는 모달 시뮬레이션에 대한 응답 시간이 상당히 길어질 것으로 예상해야 합니다.

• 대칭 파트/어셈블리로 인해 대칭(중복) 비강성 모드가 생성됩니다. 그러한 구조의 경우, (거의) 정확히 동일한 고유 진동수를 갖는 대칭 또는 회전 대칭 변형 프로파일을 갖는 일부 비강성 모드를 볼 수 있습니다. 시뮬레이션 결과를 분석하는 동안 이러한 기능은 잠재적으로 동일한 모드로 결합될 수 있습니다.