CAE 연계해석, 전면적인 압축성형 공정 시뮬레이션

압축성형 공정은 산업계에서 복잡한 복합재료제품(그림1) 생산에 주로 활용되며, 그중에서도 시트 몰딩 컴파운드(Sheet Molding Compound, SMC), 유리섬유 열소성 재료(glass mat thermoplastic, GMT) 및 프리프레그(Prepreg) 성형이 실무에서 가장 많이 활용된다. 하지만 복합재료의 고체 및 액체 행위 등의 유동 변화 특성 때문에 시뮬레이션 분석에 어려움이 따르는데, 그 원인은 상용 시뮬레이션 소프트웨어의 설계에 액체 행위 또는 구조 변형 중 하나만이 사용되고, 이 두 개의 연산 및 응용 방식이 달라 서로 다른 방정식을 사용해야 하는 것에서 기인한다.

그림1 압축성형 공정

시트 몰딩 컴파운드 압축성형의 수치 시뮬레이션은, 압축성형 과정에서 각각 시트 몰딩 컴파운드 재료의 제품 변형 및 유동 행위 예측에 활용되는 유체동력학(Computational Fluid Dynamics, CFD)과 계산 구조역학(Computational Structural Mechanics, CSM)의 두 방법을 통합한 것이다.

해당 공정의 완벽한 시뮬레이션을 위해서는 반드시 FEA 소프트웨어 LS-DYNA 및 시뮬레이션 분석 소프트웨어 Moldex3D를 통합하여 CSM과 CFD로 압축성형 공정 중의 행위를 연구해야 한다(그림2). LS-DYNA로 원래의 섬유시트 형상, 온도, 응력 및 비등향성 재료 성질을 계산하면 곧이어 이러한 계산 결과가 Moldex3D에 반영되고, Moldex3D가 압축성형 분석을 완료하게 된다. 양자의 통합을 통해 유동과 왜곡 분석 결과로부터 시트 몰딩 컴파운드 재료 압축성형 시의 복잡한 행위를 분석해 낼 수 있다(그림3).

그림2 LS-DYNA 및 Moldex3D의 통합 흐름도

그림3 압축공정 시 왜곡 변화의 시뮬레이션 가능

본 기능은 LS-DYNA와의 통합을 통해 시트 몰딩 컴파운드 재료의 압축성형 각 단계별 형상을 완벽하고 정확하게 시뮬레이션 하는 Moldex3D R15.0의 혁신적 기능이다. 시트 몰딩 컴파운드 재료의 변형 행위는 LS-DYNA의 계산으로, 액체 행위와 섬유 배향성은 Moldex3D의 계산으로 파악 할 수 있으며, 양자 모두 최고의 예측 결과를 제공한다.