ANSYS프로그램을 이용한 십자보의 유한요소해석

소개글

ANSYS프로그램을 이용한 십자보의 유한요소해석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서 론

2. PRO-E 모델링과 ANSYS 기본 적용
2.1 Pro Engineer Wildfire 2.0으로 모델링
2.2 Element Type과 material properties
2.3 Meshing

3. Loads & Solution
3.1 FX, FY, FZ, MX, MY, MZ
3.2 Tensile Yield Stress

4. 결 론

본문내용

때문이다. 그래서 기존 십자보의 좌 원기둥에 나사와 같은 SOLID를 십자보 위 표면 0.01mm튀어 나오게 하였고 우 원기둥에 나사와 같은 SOLID를 십자보 아래 표면 0.01mm튀어 나오게 만들었다. Fig. 17와 같이 나사가 들어가는 십자보의 상, 하 원기둥에 Displacement를 하고 나사가 들어간 십자보의 좌, 우 원기둥의 위, 아래 평면을 17 N-m의 모멘트를 주었다.
Fig. 17 Displacement & Load for Mx 17 N-m
Fig. 18 Stress for Mx 17N-m
Fig. 18은 Von Mises Stress로 나타낸 것이고 Fig. 19은 Total Von Mises Strain으로 나타낸 것이다. Mx 17 N-m 일 때 최대 stress값은 0.148E+08 Pa이고, 최대 Strain값은 0.207E-03이다.
Fig. 19 Strain for Mx 17 N-m
My(moment for y-axis)에 대해 알아보자.
My의 Displacement와 Load은 Fig. 17을 참고하여 Mx와 반대로 정의한다. Fig. 17와 반대로 같이 나사가 들어가는 십자보의 좌, 우 원기둥에 Displacement를 하고 나사가 들어간 십자보의 상, 하 원기둥의 위, 아래 평면을 17 N-m의 모멘트를 주었다.
Fig. 20 Stress for My 17N-m
Fig. 21 Strain for My 17N-m
Fig. 20은 Von Mises Stress로 나타낸 것이고 Fig. 21은 Total Von Mises Strain으로 나타낸 것이다. My 17 N-m 일 때 최대 stress값은 0.148E+08 Pa이고, 최대 Strain값은 0.207E-03이다.
Mz(moment for z-axis)에 대해 알아보자. Mz는 Fx, Fy와 같은 모델을 썼다. 왜냐하면 Mz Loads를 적절히 줄만한 Area가 있기 때문이다. Fig. 22 같이 나사가 들어가는 십자보의 좌, 우 원기둥에 Displacement를 하고 나사가 들어간 십자보의 상 원기둥 오른쪽 반평면과 하 원기둥 왼쪽 반평면에 17 N-m의 모멘트를 주었다.
Fig. 22 Displacement & Load for Mz 17 N-m
Fig. 23 Stress for Mz 17 N-m
Fig. 24 Strain for Mz 17 N-m
Fig. 23은 Von Mises Stress로 나타낸 것이고 Fig. 24은 Total Von Mises Strain으로 나타낸 것이다. Mz 17 N-m 일 때 최대 stress값은 0.563E+08Pa이고, 최대 Strain값은 0.786E-03이다.
3.2 Tensile Yield Stress
Fig. 3에서 Tensile Yield Stress는 503 MPa이다. Fx(force for x-axis)에서 얼마만큼의 force를 주었을 때 Tensile Yield Stress에 접근하는지 알아보기 위해 force의 크기를 올려가며 실험을 한 결과 나사가 들어가는 십자보의 좌, 우 원기둥의 반평면을 각각 1500 N, 합이 3000 N의 힘을 주었을 때 503 MPa에 근접한 0.479E+09 Pa을 나타내었다.
각 항목별 최대 Stress와 최대 Strain을 정리하면 Table 2와 같이 나타낼 수 있다.
Table 2 STRESS & STRAIN
Stress(MPa)
Strain
FX 200N
0.319E+08
0.446E-03
FY 200N
0.319E+08
0.446E-03
FZ 200N
0.130E+08
0.183E-03
MX 17N-m
0.148E+08
0.207E-03
MY 17N-m
0.148E+08
0.207E-03
MZ 17N-m
0.563E+08
0.786E-03
FX 3000N
0.479E+09
4. 결 론
본 연구의 주제는 6 Axis Force Torque Sensor에 적절한 Force와 Moment를 주었을 때의 십자보에 나타나는 Stress와 Strain을 알아보는 실험이다. 이 논문에서 다루고 있는 내용은 실제적인 제작에 앞서 이루어져야 할 기본적인 실험 과정들이다. 먼저 PRO-ENGINEER WILDFIRE 2.0를 통해 십자보의 3차원 모델링을 하였다. 그리고 ANSYS 10.0을 PRO-E와 연동시키고 PRO-E파일을 ANSYS내에 IMPORT하여 Von Mises Stress와 Total Von Mises Strain을 통한 FEM해석을 하였다.
이 과정들을 통하여 6 Axis Force Torque Sensor의 각축에 200N의 Force를 주었을 때와 17 N-m의 Moment를 주었을 때 Stress와 Strain 변화를 알 수 있었다. 또한 Tensile Yield Stress를 일으키는 Force를 알아봄으로서 적절한 안전계수를 생각했을 때의 측정 한도를 알 수 있다.
향후 완벽한 등 6 Axis Force Torque Sensor를 제작하기 위해서는 아직도 많은 과제가 남아있다. 그 첫 번째는 이 논문에서 다루어진 과정을 바탕으로 더 정확한 FEM해석이다. 이 실험을 통하여 적절한 Displacement와 Loads의 정의는 같은 Force나 Moment를 준다고 해도 상이한 Stress와 Strain 변화를 나타낼 수 있다는 것을 알게 되었다. 두 번째 과제는 Force x, y ,z축과 Moment x, y, z축에서 같은 Stress와 Strain변화를 갖는 적절한 Force와 Moment를 찾는 것이라고 할 수 있겠다. 이 실험을 통해 실제적인 제작과 연결시킬 수 있다. 세 번째 과제는 십자보의 적절한 크기 설정이다. 십자보의 크기를 변화시켜 FEM해석을 해 봄으로서 여러 종류의 6 Axis Force Torque Sensor를 제작할 수 있을 것이다. 이러한 과제들이 이 논문에 이어서 앞으로 본 연구의 진행 방향이 될 것이다.
참고문헌
[1] 고재용, ANSYS와 유한요소법, 시그마프레스(주), pp.700-708, 서울. 2005.
[2] 강성진, 이준호, 최용남, “ANSYS프로그램을 이용한 십자보의 유한요소해석”, 건국대학교 학사학위논문, 2005.

키워드

ansys,   프로이,   엔시스,   유한요소,   십자보