ABAQUS를 이용한 복합재 FE MODEL 방법

안녕하세요

이번 포스팅은 복합재 모델링하는 방법에 대한 포스팅을 하려고 합니다.

원래 기존 포스팅에서 Continuum Shell 적용 방법(http://trialso88.tistory.com/78)에 대한 부분을 포스팅을 했는데요. 이것을 이어서 포스팅을 하기보다는 복합재 모델링의 3가지 방법에 대해서 어느 상황에서 어떤 모델링 방법을 사용해야하는지에 대해서 아는 것이 우선이라고 생각이 되기 때문에 Composite FE-Modeling 방법에 대해서 소개를 하려고 합니다.

위에 보이는 3가지 방법이 ABAQUS에서 사용하는 복합재 모델링을 할 수 있는 예입니다.

일반적으로 Shell Part에 적층판을 적용하는 방법으로 Convectional Shell의 방법이 있습니다. 이 방법은 각 Ply별로 영역, 재질, 각도, Thickness Integration Point의 개수에 대한 정보를 입력할 수 있으며, 이를 통해 쉽게 적층을 표현할 수 있습니다. 하지만, Bending Moment의 적용 함에 따라 bending의 방향이 Shell 단면의 방향과 일치하지 않을 경우에는 덜 정확한 값을 도출할 수도 있습니다. 이유는 Abaqus shell element는 초기 Transverse shear stiffness가 지정되어있지 않을 경우에 elastic material property로 초기에 한번 계산을 하고 이후에 변경되어지는 Transverse shear stiffness에 대한 정보를 계속해서 Tracking하지 않기 때문에 덜 정확한 값이 나올 수 있다고 할 수 있습니다.

두번째로, Continuum Shell의 경우에는 Convectional Shell과 매우 비슷합니다. 기존에 Convectional Shell에서 언급했던 것과 같이 Ply별 영역, 재질, 각도, Thickness Integration Point의 개수에 대한 정보를 입력해야하며, 여러층에 대한 정보를 입력할 수 있습니다.

"그렇다면 왜 이 Continuum Shell에 대한 모델링 방법이 있냐"라고 생각할 수 있습니다. 그 이유는 T자형 Solid 모델을 기준으로 설명할 수 있을 것 같습니다. 

Convectional Shell의 경우에는 Shell Part 기준으로 적용할 수 있기 때문에 T자형 Solid 모델의 경우 Mid-surface를 적용해주어야 Convectional Shell을 적용할 수 있습니다. 하지만, Mid-surface를 적용하는 과정에서 Connectivity가 제대로 적용이 안되는 경우가 많기 때문에 T자형 Solid모델일 경우에 Solid Part 기준으로 적용하는 Continuum Shell을 사용하는게 낫습니다.

아래 유투브 링크를 확인해서 Convectional Shell과 Continuum Shell과정을 확인할 수 있을 것 같습니다.

Convectional Shell 링크

https://youtu.be/Tstn1f_fRa8

Continuum Shell 링크

https://youtu.be/qEvPBtxsHDc

https://youtu.be/MdUb8ShqtXk

마지막으로 Solid 타입의 경우에는 Shear의 힘에 대한 측정이 정확해야하는 해석에서 많이 사용이 됩니다.

그래서 복합재의 고속 충격 실험에 있어서 Shear의 정확한 해석이 필요하기 때문에 Solid의 요소를 사용해서 많이 해석을 진행하게 됩니다.

이렇게 복합재의 해석 용도에 따라 다양한 방법으로 모델링을 진행할 수 있으며, 위에 언급된 내용만 숙지하셔도 해석하는데 도움이 될 것이라고 생각합니다.