1. Abstract
다양한 해석 형상들을 모델링 할 때 종종 두께가 얇은 벽체가 문제를 일으키곤 합니다. 얇은 벽체는 모델링하는 것이 용이하지 않으며, 끝단(Edge)에 생성되는 요소(Mesh Element)의 비대칭성(Skewness)이 높아 품질이 좋지 않은 문제가 있습니다. 얇은 벽체의 모델링 편의성을 높이고, 품질을 개선할 수 있는 박판 경계조건을 다음 그림과 같이개발하였습니다. 박판 경계조건을 사용하면 모델링의 편의성 증대되고 요소망의 품질이 개선됩니다
(a) 얇은 벽체 (b) 박판 모델
그림 1 얇은 벽체와 박판 모델 특성
2. Technology 배경
박판 경계조건을 사용하여 두께가 얇은 벽체를 모델링하기 위해서는 두께가 "0"인 면 요소를 사용하면 됩니다. 이때 박판의 면에 접하는 절점들을 사용할 목적에 따라 병합 여부를 결정하면 됩니다. 대부분의 상황에서는 박판 모델링 시 절점병합을 하지 않고 사용하며, 몇 가지 특수한 목적으로 절점 병합이 된 박판 모델을 사용합니다.
(a) 얇은 벽체 (b) 박판모델 – 절점병합(X) 박판모델 – 절점병합(O)
그림 2 박판 경계 조건과 절점 병합
3. Technology 이론 소개
박판 모델링의 활용 분야는 다음 표와 같습니다.
표1 박판 모델링의 활용
· 그림 3 과 같이 얇은 벽체가 유동 공간을 구획/구분하고 있을 박판 모델링을 활용하면 간편하게 모델링을 할 수 있습니다. 이때 박판 면에는 벽면 경계 조건을 적용하면 됩니다.
·그림 4 & 5 와 같이 박판 모델링은 내부팬이나 내부 타공판을 모델링할 때 편리하게 활용할 수 있습니다. 박판 모델링을 사용하지 않으면, 유동 공간이여러 개의 유동체적(Fluid Volume)으로 나뉠 수 있으나 박판 모델링을 활용할 경우 유동체적을 나눌 필요가 없어집니다.
·박판전도는 박판으로 모델링 된 얇은 벽체를 통하여 전달되는 열 전도 특성을 규정할 수 있는데, 벽체의 전도율과 두께 를 지정할 수 있습니다. (그림 6 참조)
· 위의 용도 외에 유동공간 상의 특정 면에 절점을 정렬할 필요가 있을 때 박판 모델링을 활용하면 손쉽게 절점을 정렬할
수 있습니다. 이는 특정 면에서의 평균 유동 계수 (유량, 속도 또는 압력)를 계산하거나 평균 속도, 평균 압력 등을 구할 때 사용할 수 있습니다.
(a) 얇은 벽체에 의한 공간 구획
(b) 얇은 베인에 의한 공간 구획
그림 3 박판 모델링을 활용한 공간 구획
그림 4 박판 모델링을 활용한 내부팬 구현
그림 5 박판 모델링을 활용한 타공판 구현
그림 6 박판 면에 전도 특성 규정
그림 7 특정 면에 정렬된 요소망
4. Technology 사용법
4-1. 예제 설명
박판 모델링에 필요한 내부면은 다음 그림과 같이 두 가지 종류가 있습니다. 이는 내부면의 경계가 유동체적의 경계와 공유되는지 여부에 따라 나뉘게 됩니다. 그림 8(b)의 경우와 같이 경계를 공유하는 경우 박판 모델링 시 다음 두 가지 사항을 유의하여야 합니다.
· 공유된 경계선의 특성이 동일해야 합니다.
· 공유된 경계선에 동일한 요소망 크기지정(Size Control)을 해주어야 합니다.
a) 유동볼륨과 경계선(edge)를 공유하지 않는 내부면 (b) 유동볼륨과 경계선(edge)를 공유하는 내부면
그림 8 내부면의 종류
예제 1 은 그림 9 와 같이 유동공간 안에 팬(FAN)이 있는 모델로서, 박판 모델링을 이용하여 내부팬을 구성하는 예제입니다.
예제 2 는 유동공간 안에 얇은 철판으로 만들어진 덕트가 있는 모델입니다. 얇은 철판을 박판 모델링을 통하여 쉽게 구현하는 방법을 배울 수 있는 예제입니다.
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