{{ post.title }} 글 편집 글 편집 (이전 에디터) 작성자 {{ post.author.name }} 작성일

다물체 동역학을 이용한 스위치 단로기의 최적화

ㆍ제품: 스위치 단로기 (Switch Disconnector)

ㆍ해석 목적: 아크 발생을 줄이기 위한 설계 최적화

스위치 단로기에 있어서 가장 중요한 부분은 비상 동작 시 ON에서 OFF로 변화하는데 소요되는 시간이다. 만일 그 시간이 너무 오래 걸리면 스위치 내부에 아크가 발생하고 접촉부나 주변부에 손상을 입힐 수 있다. 또한 스위치 단로기의 설계는 안정성과 내구성이 충분히 확보되어야 한다. 이탈리아의 로바토 일렉트릭(Lovato Electric S.p.A.)은 스위치 단로기와 같은 전기/기계 장치의 동적인 거동을 최적화하기 위해 제품 개발에 RecurDyn을 도입하였다. 앞서 언급한 과제를 이를 통해 해결하는 한편 로바토 일렉트릭은 시제품의 제작 및 시험 횟수를 줄임으로써 개발 비용을 크게 절감할 수 있었다.

주요 작업 프로세스

① 리프 스프링(leaf springs)의 서브시스템을 모델링 (스프링 부착 시 발생하는 pre-stress를 포함한 유연체로 모델링)

② 가상 모델 내에 다수의 리프 스프링을 부착

③ 제조 공차 등에 의한 초기 위치의 불확실성을 고려할 수 있도록 파라미터를 설정

④ 3개의 캠으로 구성된 커맨드 그룹 (Command Group)을 모델링

⑤ 최적의 설계를 찾기 위해 다양한 설정값에 대한 시스템 시뮬레이션을 수행

주요 해석 기술

• 움직이는 부품들의 응력을 정확하게 계산하기 위한 유연 다물체 동역학 기술 (Multi Flexible Body Dynamics)
• 다양한 캠 형상에 대한 접촉력을 계산하기 위한 접촉 알고리즘
• 시스템 동작에 필요한 토크를 정확하게 예측하기 위한 다물체 동역학 솔버

관련 제품

• RecurDyn/Professional
• RecurDyn/FFlex

고객에게 주어진 과제 및 이슈

• 변형과 접촉을 수반하면서 고속으로 동작하는 모델의 동역학 계산을 할 수 있는 빠르고 안정적인 솔버의 필요성
• 제품 성능에 영향을 줄 수 있는 상세 형상 및 부품 간의 간격 등을 정확하게 고려해야 함
• 대변형, 비선형 물성치, 복잡한 접촉과 같은 높은 비선형성이 시스템에 존재
• 기존에 사용하던 CAD에 내장된 다물체 동역학 솔버로는 이와 같은 과제에 대응할 수 없음

해결

• 시스템의 거동을 손쉽게 시각화할 수 있는 뛰어난 GUI와 재활용성을 제공하는 서브시스템 모델링 기능
• 간격을 고려한 부품들의 거동을 계산하기 위한 다양한 3D 접촉 요소
• 리프 스프링의 정확한 거동을 재현할 수 있는 Full Flex 바디
• 복잡한 시스템을 빠르면서도 안정적으로 계산할 수 있는 MFBD 솔버

성과

• 스위치 단로기의 동역학 거동을 정확하게 재현하고 확인
• 다양한 조건에 대하여 일일이 시제품을 만들어 시험할 필요 없이 시뮬레이션을 통해 검증함으로써 시간과 비용 절감
• 가상 모델을 이용하여 최적의 설계안을 찾고 이를 검증

활용 및 해석사례

• 차단기 시뮬레이션
  • 차단기의 빠르면서도 정밀한 모션을 재현
  • 다양한 타입의 차단기를 시뮬레이션
• RecurDyn을 이용한 회로 차단기 검증 사례