Shell 모델 소개
Shell 모델은 유한요소해석(FEA)에서 널리 사용되는 방법으로, 두께 방향을 무시하고 모델을 단순화하는 기법입니다. 3D 형상을 2.5D 모델로 변환함으로써 계산 자원을 절감하고, 설계 변경도 용이해집니다. 이 방식은 두께 방향에 조밀한 메시 생성을 요구하지 않기 때문에 고성능 컴퓨터 없이도 시뮬레이션 분석이 가능합니다. 특히 얇은 셸 구조 또는 두께와 길이의 차이가 큰 부품을 시뮬레이션할 때 적합합니다.
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| 그림 1 모델의 단순화 다이어그램 |
Shell 모델링은 빠른 시뮬레이션이 가능하다는 장점이 있지만, 3D 모델을 2.5D 메시로 변환하려면 시간이 소요되는 전처리 작업이 필요합니다. Moldex3D Mesh (Rhino) 와 Moldex3D Studio는 3D 형상에서 Shell 모델을 효율적으로 생성할 수 있는 강력한 도구를 제공합니다. 본 예제에서는 Studio를 이용한 Toycar 모델의 메시 전처리 단계를 설명합니다.
섹션 1: 메시 전처리
Step 1: 형상 가져오기
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| 그림 2 형상 가져오기 |
프로젝트를 열고, Shell 타입을 선택한 다음 형상을 불러옵니다. 메인 화면에서 Model을 선택하고, Fix Mesh > Create Face Mesh를 클릭합니다. 그 다음, Shift 키를 누른 상태로 가운데 면들을 선택합니다 (아래 노란색 표시 영역 참고). Mixed Elements 및 Grid-based Element는 체크하지 말고, OK를 눌러 메시를 생성합니다.
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| 그림 3 중간 면 선택 |
Step 2: Free & T-Connect 엣지 확인
모든 메시의 속성을 Part로 설정한 다음, 리브 및 실린더 형태의 메시 부분을 숨깁니다. 이후 Check Free Edges & T-Connectivity Edges를 실행하면 팝업창이 나타납니다. Create Curves를 체크하여 자유 엣지를 시각적으로 확인합니다.
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| 그림 4 자유 엣지 표시 |
Step 3: 표면 메시 수정
Fix Surface Mesh 탭에서 메시 채우기 순서를 다음과 같이 설정합니다:
- Fill Closed Loops 클릭
- 커맨드 클릭
- 자유 엣지 선택
- 초록색 체크표시 클릭
- 다른 7개의 자유 엣지를 반복 선택 후 채움 완료
확인 후 모든 메시 채우기가 완료됩니다.
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| 그림 5 폐곡선 채우기 |
Step4: 두께 설정
Fix Surface Mesh 기능을 종료하고 숨겨져 있던 객체들을 다시 표시한 후, Modify Thickness를 클릭합니다. 먼저 모든 메시를 선택하고 두께를 2.5mm로 설정합니다. 그다음 선택 기능을 활용하여 네 개의 리브 두께를 2mm로 설정합니다.
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| 그림 6 모델 두께 |
섹션 2: 모델 준비 완료 및 해석 실행
Step 5: 러너, 금형베이스, 냉각 시스템 설정 및 최종 확인
Model 탭에서 Gate 및 Runner를 클릭하여 게이트 위치를 지정하고, 러너 시스템을 자동 생성합니다. Moldbase 및 Cooling Channel을 클릭하여 기본 매개변수로 냉각 시스템을 생성합니다. 마지막으로 Final Check를 클릭하여 메시 전처리 완료를 확인합니다.
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| 그림 7 최종 확인 모델 |
Step 6: 재질/공정 조건/해석 시작
Final Check(최종 확인)이 완료되면, 재료(Material), 공정 조건(Process Condition), 해석 순서(Analysis Sequence: C → F/P → C → W)를 설정할 수 있습니다. 그 다음, Run을 클릭하면 Computing Manager에서 Shell 솔버를 사용한 해석이 시작됩니다. 해석이 완료되면 결과가 Studio로 자동으로 불러와집니다.
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| 그림 8 용융 전방 시간 결과 |
[출처] https://kr.moldex3d.com/blog/tips-and-tricks/moldex3d-studio-shell-function/
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